杨菲菲

摘要：将高一繁杂琐碎的元素化合物学习根植于项目式学习中，激发学生自主探究热情，同时有利于学生化学核心素养的提升。基于此，以“工业尾气SO₂的治理”项目为例，对项目的流程进行详细分析。在解决问题的过程中，学生经查阅资料、实验探究、组内和组间评价、反思总结等途径获得核心知识，提升关键能力，达到了较理想的教学效果。

关键词：化学核心素养;项目式学习;元素化合物;工业尾气SO₂的治理

文章編号：1008-0546（2020）11-0019-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.005

一、项目背景

项目式学习（Proiect-Based Learning，简称PBL），源于杜威提出的“从做中学”的教育理念，后来逐渐发展演变为“项目学习”教学法。它与我国著名教育家陶行知先生“生活即教育、教学做合一、行是知之始”的教育理念有着异曲同工之处。它以小组合作解决具有现实意义的问题为载体，通过一系列流程（见图1），改变了学生和老师的角色。学生从单一的被动接受者转变成主动探索者，教师则从单纯的讲授者转变成项目的督导者，在探究和解决问题的过程中发展了学生的化学核心素养。因此，项目式学习符合基础教育改革倡导的理念，是未来教学的必然趋势。

元素化合物知识是高中核心教学内容之一，也是培养学生化学核心素养的重要载体。其内容具有繁杂、零乱的特点，传统教学多数围绕物质的制备、性质、用途等方面进行学习，缺乏真实的教学实践情境，学生无法获得情感、知识、技能等体验，处于被动灌输的角色。学生通过机械记忆的途径获得知识，这样的知识保留时间也是很短暂的，会经常性遗忘。因此对于这部分内容，学生普遍存在畏惧和抵触心理，并没有形成知识结构化、解决问题的一般思路与方法和持久性学习的能力。

高一学生根据问题情境，自主选定项目为工业尾气S02的治理，并依据项目的流程完成该项目。以硫磺回收厂尾气的主要成分、尾气中sO₂的处理和处理后尾气中残余sO₂的检测为项目主线，在真实有意义的情境中，复习了研究元素化合物的一般思路与方法，并将知识进行迁移应用。在活动探究中，小组讨论形成初步的sO₂处理方案和残余sO₂的检测方案。通过评价交流和反思总结，学生进一步完善方案，并形成最终成果，提炼出工业尾气处理和物质检测的一般思路与方法。在整个项目的实施过程中，学生的化学核心素养也得到了很大的提升。

二、项目设计流程

1.准备阶段

（1）项目选择

[问题情境]硫磺是一种重要化工原料，主要被用来生成硫酸、钛白粉、二硫化碳等产品，这些产品在轻工、医药等领域有着广泛应用。2019年我国硫磺产量和进口量分别约为705.31万吨和964.39万吨，出现供不应求的局面，很大程度上要依赖于国外进口，因此对硫磺的回收势在必行。目前硫磺回收主要是采用克劳斯法对石油炼制产生的烟气进行处理，在获得硫磺的同时，从该装置中排出的尾气含有SO₂和少量其它杂质。SO₂作为大气的主要污染物之一，严重地威胁着生态环境和人们的健康。

[学生]选定研究项目为工业尾气SO₂的治理。

[设计意图]通过硫资源短缺的现状，开拓学生废弃资源再利用，变废为宝的思维。在回收的过程中又会伴随SO₂环境污染问题，引导学生确定主题为工业尾气SO₂的治理。让学生感悟到凡事都有两面性，学会辩证看待问题。从真实的情境入手，更能增强学生的成就感和兴趣度，培养学生“科学态度和社会责任”的核心素养。

（2）制定计划

在此环节中，做好小组的分工是项目顺利进行的前提，合理的分工可以更大地发挥项目价值性。合理的分工应具有一定层次性，从多维度、多角度对学生进行综合考量，考量的因素主要有性别性格、知识储备、人际交往能力、动手能力、决策力、领导力等。结合班级实际情况，以6人为一组，共分成6组。小组成员通过民主投票的形式选出心目中的组长人选，这样既能增强组员对组长的认同感，又能提高工作推进的效率。

[学生]通过上网查阅资料和走访附近工厂进行咨询，将核心项目“工业尾气SO₂的治理”拆分成三个子项目：①硫磺回收厂尾气的主要成分②尾气中S02的处理②处理后尾气中残余SO₂的检测。组内交流，通过以前元素化合物学习的相关知识，初步制定项目计划，并画出草图。

[教师]各组初步方案做好以后，引导学生组间交换意见，经分析讨论形成最终计划（见图2）。如若遇到瓶颈，教师可以适当提供方法指导。

2实施阶段

[学生]依据制定好的项目计划，深入细致地讨论交流，确定在每个子项目中要解决的问题。学生根据自己设计的方案，利用老师提供的仪器和药品进行实验探究。如果遇到困难，可向老师寻求帮助。

[教师]在活动探究的过程中，为学生提供必要的支持（见图3）。

[学生]通过老师引导和小组互助合作的方式，完成探究过程，记录好相应的实验现象和结论。并将做好的脱硫方案和SO₂检测方案写在纸上，用于成果展示交流。

（1）硫磺回收厂尾气的主要成分

[学生]根据提供的克劳斯法基本流程（见图4）和所学工艺流程知识，生生讨论，师生讨论，分析燃烧炉和转化器中所发生的主要反应，确定硫磺回收厂尾气主要成分为SO₂、CO₂、H2S、O₂。

[设计意图]以真实的硫磺回收工业为背景，引出其中伴随的环境污染问题，培养学生“科学态度与社会责任”的核心素养。借助情境，复习巩固工艺流程的相关知识，提升综合运用能力，同时让学生了解硫磺回收厂尾气的主要成分，为后面问题的有效解决做好铺垫。

（2）尾气中SO₂的处理

[学生]类比迁移以前学习的元素化合物知识，先从价类二维的视角先预测SO₂的化学性质。从物质类别的角度，SO₂具有酸性氧化物的通性;从元素化合价的角度，SO₂中硫元素的化合价为+4价，处于硫的中间价态，应既有氧化性，又有还原性。想要探究一个物质是否具有氧化性（还原性），应选择具有还原性（氧化性）的试剂。接下来，再利用提供的材料设计方案进行实验探究。经组内讨论，理论上能和S02反应的试剂可以被用来脱硫，制定初步脱硫方案。各组初步方案汇总如下图（见图5）所示。

[教师]提供实验所需的仪器、药品和指导。

[设计意图]利用物质类别和元素价态两个维度学习sO₂的性质，复习酸性氧化物通性、氧化还原反应、基本实验操作等核心知识，学会运用价类二维模型解决问题。在实验探究和问题解决的过程中，提高学生的科学探究能力。根据现象，建立宏观物质转化和微观粒子转化间的联系，培养了学生“宏观辨识与微观探析”和“证据推理与模型认知”的核心素养。

（3）处理后尾气中残余sO₂的检测

[学生]结合SO₂的性质，最初提出的方案是利用尾气SO₂处理那一步中现象明显的试剂进行检测。小组其他成员表达各自看法，有的同学提出反对意见，认为还应该结合克劳斯法工艺流程考虑尾气中其它气体的干扰。在交流讨论中，发现前面用到的试剂并不能很好地进行尾气中SO₂的检测，此时在老师的引导下阅读教材，进一步实验探究，修改检测方案。学生确定将SO₂的水溶液（针筒）注射到装有品红溶液的青霉素药瓶（带胶塞）中，再将溶液褪色后的药瓶放在酒精灯上加热。其中针对药瓶如何加热进行交流，学生普遍认识到直接加热药瓶，会导致瓶内压强增大，使胶塞喷出，存在一定危险性。接着，进一步改进实验装置，最终选择在青霉素药瓶胶塞上插一个针头，从而达到平衡内外压强的目的，安全性高，又可以减少有毒气体对环境的污染。将小组商讨后的S02检测方案写在纸上，用于后面的成果交流。各组初步方案汇总如下图（见图6）所示。

[教师]提供实验仪器和药品，并在恰当的时候进行引导。

[设计意图]体验式教学能让我们的课堂焕发生机和活力，增强学生学习化学的兴趣。通过交流讨论，让学生的思维进行碰撞，突破个人思维局限性，进而引发深度学习。利用所给实验装置和药品，进行药品选取、实验装置组装和改进一系列活动，培养学生“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”的核心素养。

3.总结阶段

（1）成果交流

[学生]各小组代表展示本组初步设计的尾气中S02处理方案和处理后尾气中残余SO₂的检测方案，讲述活动探究过程，分享在项目实施过程中遇到的困难、疑惑和本组又是如何突破困难，找寻到解决方法的。

[教师]组织学生进行成果交流，对学生该环节需要讲述的方面给予指导。培养学生的语言表达能力、逻辑思维能力和团队合作意识。

（2）活动评价

①脱硫方案的评价

[学生]师生一起对展示的脱硫方案进行评价，指出方案中的不足之处。学生评价1：根据提供的药品价格，高锰酸钾溶液和碘水的价格最为昂贵，工厂很看重经济效益，所以不会选择这两种药品。对于氢硫酸易挥发产生H2S，它是有臭鸡蛋气味的剧毒气体，会造成环境污染。同时根据我们所学的氧化还原知识知道氢硫酸具有强还原性，很容易被空气氧化，不利于保存。学生评价2：氨水易挥发产生氨气，不够绿色環保，运输和存储也存在问题。在老师的引导下，自己分析出脱硫装置中氨水吸收SO₂后的产物为（NIL）2SO3，（NIL）2SO3进一步被风机引入的空气氧化成（NIL）2SO4，铵盐可以用作氮肥，脱硫的同时还能提高企业的经济效益。氢氧化钠溶液具有强腐蚀性，使用起来不够安全，不能选用氢氧化钠溶液。学生评价3：对学生2的评价进行补充，根据以前学习的氯气尾气处理知识，我们选择了氢氧化钠溶液，而没有选择氢氧化钙溶液的原因是氢氧化钙的溶解度较小，从而导致对气体的吸收效果不好，因此对于SO2气体的吸收，也应该选择氢氧化钠溶液。学生评价4：我不同意学生3的想法，我们现在是在谈工业SO2尾气的处理，在价格上每吨氢氧化钠要比氢氧化钙贵1000多元钱，所以选用氢氧化钙溶液更合适。学生评价5：这里面生石灰的价格最便宜，选择生石灰岂不是更好。学生评价6：生石灰价格是便宜，但它是固体，固体对气体的吸收效果一般没有溶液好，我们不能只考虑成本。而且使用氢氧化钙溶液吸收SO2，在脱硫装置中最终产物为CaSO4·2H2O，石膏在建筑、医学等领域有着广泛应用。学生认识到工业问题的解决应考虑工业生产实际相关因素，不能单纯从理论的角度进行思考。经综合考量，认为石灰浆一石膏法在工业脱硫中应用更为普遍，而钠碱法（NaOH）更适合实验室脱硫，并对方案加以完善。

[教师]组织学生交流评价，提供真实工业脱硫装置图（见图7）和药品价格，合理搭建解决问题的脚手架，并帮助学生补充完善。

②处理后尾气中残余SO2的检测方案评价

[学生]师生一起对展示的SO2检测方案进行评价。根据资料显示，工业生产上规定空气中二氧化硫的最大允许排放浓度不得超过2×10^-5g·L^-1。认识到随着科技的发展和人们环保意识的提高，对SO2的检测要精确到具体的量，进而修改完善方案。查阅到的精确测量方法主要有比色法、碘量法、分光光度法和传感器法（见图8），并对这四种方法进行简要介绍。

[教师]组织学生进行交流评价，适时提供资料和帮助。

（3）反思总结

[学生]通过反思，体会元素化合物性质在解决实际问题中的重要性。在对方案进行评价时，应秉承多维度和多角度原则，从而形成对事物的完整认识。结合本节课所学知识，在价类二维图的基础上，建构含硫物质相互转化模型。总结工业情境下尾气处理（见图9）和物质检测的一般思路与方法（见图10）。

[教师]在此环节中，引导学生做好反思总结。

三、教学反思

为了更好地满足时代发展和个体发展的需要，本设计采用项目式学习，以“工业尾气sO2的治理”为项目进行s02等有关知识的学习。通过真实情境下的问题解决，激发学生的探究热情，让学生在自主搜寻、过滤、分类、消化、整合、输出信息的过程中，提升解决问题能力。在实验探究和评价反思环节，促使学生从记忆、理解、简单应用等低阶思维向分析评价、创新创造等高阶思维的过渡，同时培养了学生的沟通交流、团结协作和实验操作等能力。在小组方案不断修改完善中，教师在必要的时候提供解决问题的脚手架，最终由学生自主建构解决问题的一般模型，增强学生自我成就感、学习化学的自信心和责任意识。项目式学习是一种提升化学核心素养的教学手段，项目的解决过程也就是核心素养的落实过程，在理念上它们是不谋而合的，关注核心知识获得的同时，也要注重必备品格和关键能力的培养。