“情境线-问题线-活动线-发展线”四线融合的初中化学项目式教学设计与实施
——以“二氧化碳的性质”为例

山东省泰安市徂汶景区教研室(271000) 张书振

山东省泰安市徂徕二中(271000) 李 勇

1 项目主题分析

“二氧化碳的性质”是鲁教版初中化学的教学内容，化学课程标准的要求是“结合实例说明二氧化碳的性质和用途”“自己设计二氧化碳气体性质的探究方案”。二氧化碳是学生日常生活中接触到的物质，在小学科学课程中即有所涉及，是培养学生核心素养的很好素材。二氧化碳也是学生在系统学习了水、氧气等物质性质后，第三个需要系统学习的物质，非常适合培养学生的知识迁移能力。但教材设计以二氧化碳在大自然中的循环为主线，内容以文字叙述和图片展示为主，未设计实验。

项目式学习PBL(Project-based Learning)，要求教学以学生为中心，教师根据真实情景设计驱动问题，学生在解决问题的过程中不断与同学和教师对话来诊断学习的障碍点，将知识融会贯通并应用于解决实际问题，在分析和解决问题的过程中发展能力。本项目以学生感兴趣的《西游记》导入，激发学生对探究“屠狗妖”的好奇，将“探究二氧化碳的性质”埋藏在创设的情景线中，通过“探究集气瓶中气体性质”“探究二氧化碳的密度”“探究二氧化碳的溶解性及石蕊变色原因”“自然界中二氧化碳的循环”“二氧化碳性质的应用”系列子任务线和问题线驱动，学生独立进行探究活动，逐步构筑学科核心素养的发展线。通过四线合一，外显了学科核心素养，促进知识的学习与能力培养的结合。

2 项目前的学情分析

为更好地了解学情，课前采用问卷调查法，调查问题包括：①二氧化碳在生产生活中有哪些应用；②在水和氧气的学习中，你是怎么认识这些物质的。

经调查发现，学生在知识、能力和思维三个层面具备了本节课所需要的基础知识。知识层面，二氧化碳是学生非常熟悉的物质，已初步具备二氧化碳可参与光合作用、灭火和制备碳酸饮料等感性知识，知道二氧化碳不能供给呼吸、怎样鉴别等基础知识，具备仪器连接、物质取用等基础实验技能，但还不能系统了解二氧化碳的性质，知识呈现碎片化且缺乏联系，感性的认识没有上升到科学的知识。能力层面，学生的探究能力较差，实验局限于教材，遇到问题时不善于探究。思维层面，面对生活中的问题，学生缺乏用化学知识分析解决实际问题的科学思维，常规讲授课难以激发学生的学习兴趣和建构知识的主动性。

3 项目教学目标

项目设计从学生已有知识出发，通过任务驱动，特制定如下教学目标。

(1)通过观察实验和探究实验，掌握二氧化碳的性质，增强学习化学的兴趣，促进认知发展和知识迁移能力。

(2)通过设计探究二氧化碳的溶解性以及是否与水反应的实验，体验完整的科学探究过程，初步学习在实验室制取二氧化碳的方法，在活动中培养学生的科学探究能力和创新精神。

(3)通过拓展阅读，激发学生的学习动力，拓宽学生视野，增强对社会、环境问题的关注，培养创新意识和跨学科联系。

4 项目任务及教学流程

情景是教学活动设计的载体，任务是教学活动的手段。本节以“智辨屠狗妖”作为情景主线，任务由自主到合作，问题由简单到复杂，学生在不断进阶中探索学科知识，在不同活动中逐步发展学科核心素养。

5 项目式实施过程及学生学习成果

5.1 任务1：探究集气瓶中气体的性质

情境创设：话说唐僧师徒四人走在取经的路上，路过一个山洞，想休息一下。但是当地居民却说里面有一个“屠狗妖”，有人牵着狗进去，狗都死了。待的时间一长，人会晕倒，连火把都自动熄灭。村民请大圣帮忙捉拿“屠狗妖”。

教师：大圣不负众望，已用宝葫芦收了“屠狗妖”，就装在你们面前的集气瓶中，请同学们好好观察，总结性质，利用化学知识赋予的“火眼金睛”解开“屠狗妖”的神秘面纱。

在观察的基础上，让学生回答两个问题：你的发现是什么？你有什么问题要提出吗？

以上两个问题促进学生基于观察分析和对已有知识进行迁移应用，进而提出科学探究问题。

学生根据已有生活和学习经验，通过观察集气瓶中气体，可以答出“屠狗妖”是无色、无味的气体；能使澄清石灰水变浑浊，推测“屠狗妖”是二氧化碳。学生根据故事中狗死亡和火把熄灭推测出，二氧化碳不支持燃烧，也不能供给呼吸。有的学生根据集气瓶正放和故事中狗先死亡等信息，推测出其密度比空气大。

教师肯定学生的观察成果，并让学生自由发言，发现生活中的“屠狗妖”。

学生回答：干冰、呼出的气体、碳酸饮料、灭火器、温室大棚、温室效应等。

5.2 任务2：比较二氧化碳与空气的密度大小

问题任务：“屠狗妖”为什么先屠狗？如何验证二氧化碳的密度比空气大？

学生通过讨论提出三种不同方法(见表1)，再分组利用不同实验方案进行验证，得出结论：二氧化碳的密度比空气大。

表1 学生汇报的实验方案

图1 学生利用上下开口塑料瓶进行实验及实验现象

5.3 任务3：设计实验探究二氧化碳的溶解性及石蕊变色的原因

创设情境：“屠狗妖”很厉害，不仅可以潜伏在山洞中，还可以隐藏在水中。

教师利用学生设计的上下开口塑料瓶充满二氧化碳，倒入蒸馏水，震荡，学生观察实验现象。学生可以很直观的看到塑料瓶变瘪，得出结论：二氧化碳易溶于水。

教师将另一个装水后捏扁的瓶子，与因溶解有二氧化碳变瘪的塑料瓶混放一起，让学生猜测哪个瓶子中盛有二氧化碳。学生根据经验很难辨别。教师将紫色石蕊滴加至两塑料瓶中，并点明变红色的为藏匿有“屠狗妖”的水溶液，不变色的为蒸馏水。

教师及时出示提示资料：紫色石蕊是一种具有天然色素的指示剂，遇酸性溶液变红，遇碱性溶液变蓝，遇中性溶液不变色。实验室可用大理石或石灰石(主要成分为CaCO3)和稀盐酸(HCl)反应制取二氧化碳，化学方程式为：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。

问题任务：为什么溶解了CO2的水溶液变红色，显酸性？

学生小组讨论，得出如下猜想：①二氧化碳使紫色石蕊变红；②水使紫色石蕊变红；③二氧化碳溶于水后产生的新物质使石蕊溶液变红。

各小组根据所支持猜想，自选仪器，制取二氧化碳，根据教材实验验证猜想。得出结论：二氧化碳遇水产生新的物质，使紫色石蕊变红，二氧化碳和水本身不能使紫色石蕊变红。

教师精讲：二氧化碳溶于水，与水反应产生新的物质碳酸，使紫色石蕊变红色(化合反应)。碳酸不稳定，受热易分解成二氧化碳与水，二氧化碳从水中逸出，石蕊重新变成紫色(分解反应)。

5.4 任务4：自然界中二氧化碳的循环

创设情境——无处不在的“屠狗妖”，向学生展示自然界中二氧化碳的循环、温室效应等课本图片素材。

学生小组讨论二氧化碳对人类生产生活和自然的影响，思考为什么山洞中聚集大量二氧化碳，总结二氧化碳的循环对环境、生产生活的影响。

学生阅读《京都议定书》资料，交流获得的关键信息和感想。《京都议定书》中规定的温室气体包括：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、六氟化硫(SF6)、氧化亚氮(N2O)、高氟碳化合物(PFCs)、氢氟碳化合(HFCs)等物质。二氧化碳对全球气候变暖的影响比例达到了60%。通过阅读课外资料，拓展学生的视野，让学生全面认识到温室效应的产生及影响。同时也向学生介绍二氧化碳自古就存在于自然界循环中，只是近百年来由于人类活动的影响而剧增，进而培养学生的科学态度和社会责任感。

5.5 任务5：二氧化碳性质的应用

创设情境——“屠狗妖”的自白：被大圣降服，又被大家用科学知识让我显露原形，我想改过自新，造福人类。(二氧化碳的性质决定了它有哪些应用？)

学生将知识与生活连接，自由讨论。教师向学生进一步展示现代科技对二氧化碳的应用，包括用作植物气肥、二氧化碳溶于原油提高石油开采量、用作超临界萃取和食品保鲜剂等多方面。这些材料让学生认识到创新源于对物质性质的基础认识，介绍了二氧化碳的现代应用，认识化学在满足人类日益增长的物质需要的作用，同时也把化学与科技、生物、工业等多学科联系在一起，增加学生跨学科应用的能力。有学生希望能多掌握些化学知识，以后能将空气中的二氧化碳收集并加以利用，进而减缓温室效应。

6 项目教学反思

6.1 通过多任务推进，培养化学学科核心素养

教学的目的不仅是为了帮助学生掌握知识，提高学生解决实际问题的能力、发展学生的核心素养才是关键。本节课以学生感兴趣的《西游记》导入，激发学生对探究“屠狗妖”的好奇，将“探究二氧化碳的性质”埋藏在创设的情景线中。通过“探究集气瓶中气体性质”“探究二氧化碳的密度”“探究二氧化碳的溶解性及石蕊变色原因”三个分任务驱动，侧重让学生亲身参与探究。最后，通过任务“自然界中二氧化碳的循环”进行跨学科的知识拓展，通过任务“二氧化碳性质的应用”引导学生对知识进行梳理，再进行反思交流。以上教学过程培养学生从化学视角探究物质性质，建立性质决定应用的学科观念，发展学生的实验探究与理论分析的化学学科核心素养。

6.2 在项目学习中掌握知识与发展能力相结合

在本项目实施过程中，隐藏在情境线中的驱动性问题很好地引发了学生的思考，促使不同思维发生碰撞，学生能主动调动已有知识进行迁移、构建知识体系。学生实验和教师的追问、精讲等行为有效促进了学生用化学知识解决问题，学生在分组合作中不断反思其认识思路，通过交流合作外显其思维过程，在师生互动中提升了探究问题的能力。

学生在任务1观察二氧化碳性质实验中，充分利用了分析和观察能力，可以根据集气瓶正放推测气体密度。在验证二氧化碳密度实验中，有学生提出可以将装有空气和二氧化碳的气球放在充满氢气的空间内，通过下降速度进行比较，虽然由于条件限制没有实施，但这说明学生在自主活动中掌握了二氧化碳的物理性质。

本项目除探究二氧化碳的性质这一教学重点外，还将《京都议定书》、二氧化碳的科技应用在“智辨屠狗妖”的情景下进行了跨学科、跨知识的综合性教学，促进学生有意义学习和构建知识的广泛联结。

学生的创新思维和创新能力在问题任务的驱动下得到了充分发展。例如在任务2中，学生设计了上下双开口塑料瓶，利用火焰在上下开口熄灭的位置不同，验证二氧化碳的密度。又如在任务3中，对于“二氧化碳的溶解性及石蕊变色原因”，有的小组为了防止饮料液体进入石蕊溶液影响检测，有意延长橡皮管的长度，或增设空锥形瓶以完善实验(见图2)。这都培养了学生利用所学知识分析和处理问题的能力，也激发了学生的创新思维。

图2 学生改进的实验装置

6.3 教师在任务驱动中要及时引导

本节教学过程中，学生的观察能力、分析能力和创新能力超出教师的预期，任务驱动下的小组活动给予了学生展示的环节，让课堂变成学生的“舞台”，教师起到了“导演”的作用。在“石蕊变色”这一部分，教师要及时精讲，引导学生完成新知的学习。需要注意的是，学生由于受传统讲授思维的影响，部分小组在问题任务探究阶段存在思维过分发散和思维难以发散两个极端，教师要在问题任务驱动中给予学生正确的方向指导，鼓励学生大胆且合理的假设。此外，在任务驱动的各个环节，都存在不同小组间的任务进度难以同步的问题，后续教学中会启发学生运用已学过的化学知识优化设计实验方案，避免过多的讨论。

项目式教学，强调在真实情景中的问题解决，以任务为驱动，注重学生的实践探究。但项目式教学没有可以遵循的固定模板，教学既要从学情出发，以学生引领课堂，又要做必要的支持和引领，通过任务驱动指引正确的方向。