基于探究性實驗任務群設計的項目式學習--以探秘古錢幣中的金屬為例《義務教育化學課程標準(2022年版)》(以下簡稱“課程標準”)指出要“創(chuàng)設真實問題情境,開展項目式學習,重視跨學科實踐活動”。項目式學習是一種以學習者為中心的綜合學習,學生通過完成某一項特定的“任務”,在體驗、實驗、討論與分享中獲得能力發(fā)展。在初中化學項目式學習的設計過程中通過深度挖掘?qū)W科資源,開展探究性實驗任務群設計,圍繞實驗任務群的完成開展深度探究,可以更好地培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。一、教學內(nèi)容和現(xiàn)狀分析“金屬的性質(zhì)和利用”是滬教版(2017年版)初中化學第五章第一節(jié)的內(nèi)容,這也是學生首次開始系統(tǒng)學習金屬這一大類物質(zhì)。學生已經(jīng)具備了一定的金屬基礎知識,如鎂能和醋酸反應、鎂能在空氣中燃燒、鐵能在氧氣中燃燒、鐵易生銹等。如何在已有基礎上設計探究性實驗,幫助建構(gòu)知識體系,是教學設計中需要解決的重要問題。通過文獻研究發(fā)現(xiàn),對“金屬的性質(zhì)和利用”的教學主要是依據(jù)課本所提供的實驗樣本，借助分組實驗的方式,通過對實驗現(xiàn)象的分析與思考，歸納得出金屬與氧氣、酸等物質(zhì)反應的結(jié)論思考發(fā)現(xiàn)，上述設計存在三個問題:(1)所選用的實驗局限于課本提供的實驗,缺少對相關資源的深度挖掘與利用。(2)實驗主要采取驗證性為主的方式,缺少圍繞探究目的開設實驗的思維過程。(3)設計缺少對探究實驗的系統(tǒng)設計,難以實現(xiàn)循序漸進的目標,忽視對科學思維能力的系統(tǒng)培養(yǎng)二、教學設計思想和創(chuàng)新點在初中化學教學中,采取項目化學習的方式,聚焦化學學科核心概念和關鍵能力,是學科課程改革的可行之道。在項目化學習的實施過程中,可以通過探究性實驗任務群的設計，促進學生圍繞問題解決持續(xù)開展探究,不斷深化對問題的理解,有效發(fā)展學生的學科思維能力。探究性實驗任務群是指將圍繞探究目的而設計的探究實驗組合在一起,實驗與實驗之間形成邏輯上的關聯(lián)性和一致性,前一個實驗是后一個實驗的基礎,后一個實驗是前一個實驗的拓展和延伸。形成探究性實驗任務群,通過一個個探究性實驗的開展，系統(tǒng)思考問題解決的有效策略,體現(xiàn)循序漸進的原則實現(xiàn)螺旋上升的目標,有效培養(yǎng)學生的科學思維?！疤矫毓佩X幣中的金屬”這一項目式學習主要包括“認識古錢幣中的金屬”“探究古錢幣中金屬的性質(zhì)”“探究近代錢幣的成分”三個項目任務,利用取材于當?shù)毓磐媸袌龅墓糯X幣,通過對不同錢幣的觀察與分析,提出可能的猜想和假設,設計并優(yōu)化實驗方案,共設計了六個實驗組成的探究性實驗任務群，促進學生在持續(xù)探究過程中觀察并收集證據(jù)運用邏輯推理得出初步結(jié)論,養(yǎng)成科學探究的習慣和方法。三、教學目標和探究性實驗任務群設計教學目標:(1)了解常見古錢幣的主要成分,認識金屬在人類文明進步和社會發(fā)展中的重要作用,培養(yǎng)學生正確的學科價值觀;(2)通過對古錢幣中金屬的探究，了解常見金屬的性質(zhì),分析選用金屬所蘊含的科學原理,在實驗探究過程中,初步建立金屬活動性順序模型，培養(yǎng)學生的化學觀念和科學思維:(3)通過對近代錢幣中主要金屬的成分測定,初步了解金屬定性和定量分析的作用,培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和責任。探究性實驗任務群設計:在項目式學習過程中圍繞探究性實驗任務群的設計開展教學，具體設計見1四、教學過程1.認識古錢幣含有的金屬[活動布置]學生6人一組,利用教師提供的銅錢幣.查閱有關古錢幣的知識.并做好交流的準備。學生匯報]根據(jù)課前布置的問題,交流古錢幣的化學成分、銹蝕、鑒定、保護等相關知識。教師1大家通過資料檢索，對古錢幣的情況有了一些了解,那么今天我們就開始“探秘古錢幣中的金屬”,你們可以提出哪些值得研究的問題呢?學生](1)古錢幣中的金屬有哪此?(2)為什么可以選用這些金屬?為什么大部分古錢幣的主要成分是銅?(3)古錢幣為什么容易銹蝕?是什么原因造成的?(4)如何保護古錢幣?[教師]經(jīng)濟是國家命脈,作為有著五千年歷史的文明古國,我國錢幣的發(fā)展史與國家的發(fā)展史有著很大的關聯(lián)。揭開古錢幣的神秘面紗,將有助于我們了解國家的進步和文明的昌盛。那我們今天就圍繞同學們提出的這些問題開始“探秘古錢幣”的學習[問題]古代的錢幣有多種，如金幣、銀幣、銅幣等,觀察從古玩市場上淘到的兩枚古幣(見圖2),猜測它們主要是由什么金屬制成的?依據(jù)是什么?[學生]古幣A主要是由銅制成的,因為表面有綠色物質(zhì),應該是銅綠;古幣B可能是由鐵制成的,因為表面看著像鐵銹,可以用磁鐵吸引加以鑒別。[結(jié)論]古幣B可以被磁鐵吸,說明古幣B主要是由鐵制成的[教師]資料:金、銀、鐵、銅部分物理性質(zhì)。金屬般還有金屬光澤、導電性、導熱性、延展性等金屬特有的物理性質(zhì)。[問題]鐵硬度比銅大，密度比銅小,似乎更適合做鑄造錢幣的金屬,但歷史上銅幣的使用量卻遠大于鐵幣，大家能否分析其原因?[學生]由于鐵比銅更易生銹,所以流通的古錢幣以銅幣為主。[教師]以古代銅錢幣為例(紫銅、青銅、黃銅、白銅),其主要化學成分有哪些?提供學習資料供學習小組合作學習。[學生]銅為主,還有鉛、錫、鋅等金屬。[教師]中國古代錢幣是東方錢幣的代表,它有兩個顯著的特點:一是自始至終采用澆鑄工藝而不用打制工藝,直至19世紀末西式機制幣的傳入;二是自始至終以銅錢為主流貨幣而不是金銀或其他,這構(gòu)成了中國古代錢幣獨特的內(nèi)涵”。那么,為什么可以選這些金屬?它們有著怎樣的化學性質(zhì)?這些性質(zhì)又是如何影響并決定著古錢幣的制造與流通的呢?2.探究古錢幣中金屬的性質(zhì)[教師]我們發(fā)現(xiàn),銅幣和鐵幣都容易在空氣中發(fā)生緩慢氧化而生成銅綠或鐵銹。在純氧中鐵絲會發(fā)生劇烈燃燒,那銅和氧氣會反應嗎?請同學們用蝸鉗夾取銅絲在酒精燈上加熱,觀察現(xiàn)象。[學生]銅絲表面有黑色物質(zhì)生成,說明銅在加熱條件下能和氧氣反應。[教師]金屬還能和哪些物質(zhì)反應呢?利用實驗探究鎂、鋅、鐵、銅分別與鹽酸的反應。[學生]開展分組實驗。得出結(jié)論:鎂、鋅、鐵都和稀鹽酸反應,產(chǎn)生氣體,且反應速率:鎂>鋅>鐵銅不和稀鹽酸反應。[教師]猜想產(chǎn)生的氣體是什么呢?并加以驗證。[學生]在注射器內(nèi)加入鋅粒,吸入稀鹽酸后倒置,在針尖端點燃氣體,見圖3[結(jié)論]產(chǎn)生的氣體具有可燃性.是氫氣。[教師]書寫反應方程式,引出置換反應的概念,強調(diào)特征可以表述為圖[教師]金屬單質(zhì)與酸溶液能否發(fā)生置換反應發(fā)生反應的劇烈程度,可說明金屬活動性的強弱,由實驗結(jié)果可知,金屬活動性強弱依次為:MgZnFeCu。聯(lián)系我們已知的古錢幣,鑄造古錢幣對金屬活動性有什么要求?[學生]鑄造古錢幣的金屬其金屬活動性要弱同時,考慮到錢幣的流通性,金屬在耐腐蝕的基礎上還不能太昂貴。[教師]所以,金、鉑、銀等材質(zhì)鑄成的錢幣發(fā)生緩慢氧化的程度比銅、鋁、鐵做成的錢幣要慢得多[10]。鑄造古錢幣的金屬選擇需要體現(xiàn)兩個重要條件，一是“耐腐蝕”,二是“價廉物美”,這就是我國古錢幣以銅錢為主流貨幣的重要原因。隨著金屬治煉工藝的發(fā)展,到了明朝出現(xiàn)了更耐腐蝕的黃銅幣,[教師]據(jù)《天工開物》記載“鐵質(zhì)賤甚”,能否用相對廉價、容易生銹的鐵得到更貴重的、更耐腐蝕的銅?學生]分組實驗:把鐵絲放入硫酸銅溶液中,觀察現(xiàn)象。鐵絲表面有紅色物質(zhì)產(chǎn)生。結(jié)論]生成了銅。[資料]《淮南萬畢術》記載“曾青得鐵則化為銅”。試加以解釋。[學生]解釋這一現(xiàn)象的原理3.探究近代錢幣的主要成分[教師]老師在古幣市場上還淘到了一枚民國錢幣,請同學們觀察、思考、推測它是由什么金屬制成?并說出你的依據(jù)。[圖片展示]古幣C(民國錢幣),見圖4[學生](1)由銀制成,因為是銀白色的，而且民國時期有銀制錢幣。(2)由鎂或鋁制成,因為是銀白色的,而且感覺到這枚錢幣比較輕,密度比較小。提問]同學們從性質(zhì)的角度給出了不同的猜想學生]可以從與氧氣、稀鹽酸、硫酸銅反應這三個角度思考它們的化學性質(zhì)。實驗探究:加熱鋁片、銀片，見圖5圖6結(jié)論]鋁片熔化,并且失去了光澤,但是熔化的鋁并沒有滴落下來,好像有一層膜兜著。銀片表面沒有變化。而鎂條是可以點燃的。[實驗]加熱民國錢幣，見圖7。把民國錢幣加人稀鹽酸中，見圖8[結(jié)論]錢幣加熱后沒有燃燒,排除是鎂;能和稀鹽酸反應,排除是銀。我們初步推測其主要成分是鋁教師]對古錢幣的成分測定主要有化學分析法和物理儀器分析法?；瘜W分析法是一切分析方法的基礎，屬于常量分析法,但對古錢幣來說這是一種有損性分析方法。物理分析法主要有:電子探針(EPMA)掃描電鏡(SEM)X射線熒光分析(XRF)等[1]。老師用掃描電子顯微鏡(Regulus8100,日立高新技術公司)檢測了這枚錢幣的成分觀察微觀形貌(見圖測定電子能譜見圖10),相關數(shù)據(jù)見表1[結(jié)論]從檢測數(shù)據(jù)中我們發(fā)現(xiàn)，這枚硬幣中鋁元素的重量百分含量最高,達到67.03%。通過定性與定量分析，我們知道這枚民國錢幣中的主要金屬是鋁。4.總結(jié)反思及成果展示學生]對項目過程進行總結(jié)反思并展示(略)[教師]古錢幣中的金屬成分選擇與金屬的性質(zhì)密切相關，各個成分的確定涉及古代治金工藝的發(fā)展水平,同時,古錢幣的銹蝕與保護也都離不開化學知識的學習。隨著科技進步和生產(chǎn)水平的提升，近代和現(xiàn)代硬質(zhì)錢幣的材質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。了解金屬、研究金屬、利用金屬,可以更好地為人類文明的進步與發(fā)展做出更大的貢獻。五、項目教學反思及改進建議本課例以古錢幣為載體,利用當?shù)毓磐媸袌鎏缘降腻X幣,讓學生進行猜想和假設，圍繞古錢幣中的金屬成分開展探究活動，通過實驗探究解決問題，并對金屬的其他性質(zhì)開展深度探究,初步形成金屬活動性順序這一認知模型，同時,利用這一認知模型指導分析古錢幣的成分。重視以跨學科的視角解決學科中的問題,將古錢幣的產(chǎn)生與發(fā)展和我國的文明史有機結(jié)合,在探究古錢幣的過程中，感受前人的智慧,樹立民族自信心和自豪感,同時,堅持用學科發(fā)展的眼光看待古錢幣的發(fā)展，為現(xiàn)代錢幣的探究做好鋪墊。本課例在后續(xù)再次施教的過程中做了