利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究餐桌上的醋

田斌 張曹俊 陳俊英 侯家梅 徐少飛 孟變紅

摘 要：本文基于學(xué)科核心素養(yǎng)培育的要求和課標(biāo)的“習(xí)得性”，通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式開(kāi)展化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，以高中代表性物質(zhì)“乙酸”為例，結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)、實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式呈現(xiàn)了真實(shí)情境下教學(xué)設(shè)計(jì)思路和教學(xué)實(shí)踐過(guò)程，概括了項(xiàng)目主題的論證與確定、學(xué)習(xí)活動(dòng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、情境素材的選取與呈現(xiàn)等方面的思路和策略。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí) 數(shù)字化實(shí)驗(yàn) 化學(xué)教學(xué)

基金項(xiàng)目 全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于課標(biāo)的‘習(xí)得性’項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)模式的實(shí)踐研究”（FHB170581）

一、設(shè)計(jì)項(xiàng)目的緣起

1.解讀課標(biāo)，整合教材，突破重難點(diǎn)

有機(jī)物是高中階段所學(xué)物質(zhì)中極其重要的一類物質(zhì)，項(xiàng)目的實(shí)施依賴于課標(biāo)的指導(dǎo)。課標(biāo)中指出醋酸是烴的衍生物的重要代表物之一。人教版高中化學(xué)必修2第三章《有機(jī)化合物》的第三節(jié)《生活中兩種常見(jiàn)的有機(jī)物》，課標(biāo)中提到學(xué)生通過(guò)典型的有機(jī)物乙酸能夠認(rèn)識(shí)有機(jī)物中的官能團(tuán)，結(jié)合典型實(shí)例認(rèn)識(shí)官能團(tuán)與性質(zhì)的關(guān)系。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際、歸納總結(jié)等策略，對(duì)乙酸的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)行學(xué)習(xí)。同時(shí)在乙酸的教學(xué)指導(dǎo)中提出，應(yīng)結(jié)合我國(guó)釀造技術(shù)與食醋文化，開(kāi)展乙酸的教學(xué)，證明食醋中含有乙酸，進(jìn)而探究乙酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。[1]

選修5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中第三章《烴的含氧衍生物》第三節(jié)《羧酸 酯》，課標(biāo)中提到學(xué)生復(fù)習(xí)乙酸結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，查閱廣泛存在于植物中的萜類化合物（如香精、色素）的形成與乙酸的關(guān)系，深入研究羧基官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并將乙酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)遷移到羧酸類化合物。[2]

由于這兩塊內(nèi)容關(guān)聯(lián)緊密，我們將必修2中《生活中兩種常見(jiàn)的有機(jī)物》與選修5中《羧酸 酯》的知識(shí)進(jìn)行整合，形成與“乙酸”相關(guān)的教學(xué)資料。確定了項(xiàng)目學(xué)習(xí)的課題為“利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究餐桌上的醋”。項(xiàng)目實(shí)施的開(kāi)展周期為10學(xué)時(shí)。項(xiàng)目學(xué)習(xí)突破傳統(tǒng)教學(xué)方式，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行探究。

2.知識(shí)聯(lián)系生活，學(xué)以致用

“醋”是我們生活中常見(jiàn)的調(diào)味品，在人們生活中扮演著很重要的角色。古語(yǔ)中就曾說(shuō)“居家開(kāi)門七件事，柴米油鹽醬醋茶”。山西盛產(chǎn)醋，不僅是因?yàn)樵腺Y源豐富，主要還是因?yàn)樯轿魅藧?ài)吃醋。與山西老陳醋同樣馳名的，還有鎮(zhèn)江香醋、保寧醋、永春老醋等，這也說(shuō)明對(duì)醋的嗜好不只限于山西人。那么醋中主要成分是什么，它有怎樣的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)呢？結(jié)合這一實(shí)際問(wèn)題，展開(kāi)“利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究餐桌上的醋”項(xiàng)目，讓學(xué)生了解乙酸的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用，將所學(xué)知識(shí)與生活實(shí)際相聯(lián)系。

二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.研討項(xiàng)目，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)任務(wù)

在確定了項(xiàng)目課題后，組織教研組和備課組的教師開(kāi)展了多次項(xiàng)目研討會(huì)，主要研討了項(xiàng)目的流程，并不斷進(jìn)行優(yōu)化。

2.項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）學(xué)生通過(guò)觀看醋文化視頻、觀察日常生活中在餐桌上出現(xiàn)的醋品，以及對(duì)醋廠的參觀，了解醋的生產(chǎn)原理與流程。

（2）學(xué)生通過(guò)查閱資料，了解食醋中各成分的作用，培養(yǎng)學(xué)生們的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)。

（3）利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)定食醋中醋酸的含量，培養(yǎng)學(xué)生們的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)。

（4）綜合理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，形成學(xué)習(xí)報(bào)告，以小組為單位進(jìn)行匯報(bào)，分享自己的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和感受，培養(yǎng)學(xué)生們的“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)。

3.項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

任務(wù)1：參觀醋廠，了解流程，感受醋文化

作為醋的故鄉(xiāng)，在民間至今有做醋的遺風(fēng)。人說(shuō)山西好地方，地肥水美醋更香。山西人善制醋，是因?yàn)樯轿魅藧?ài)吃醋，而山西人愛(ài)吃醋也真可稱為全國(guó)之最，在山西民間有無(wú)醋不成味之說(shuō)。帶著山西人對(duì)醋的一種特殊感情，學(xué)生們觀看了山西老陳醋紀(jì)錄片、參觀了東湖醋園（圖1），對(duì)餐桌上的醋產(chǎn)生了濃厚的興趣。參觀過(guò)程中學(xué)生了解了食醋的釀造工藝：原料粉碎→潤(rùn)糟→蒸料→出甑冷卻→冷卻加曲→拌大曲→發(fā)酵→薰醋坯→淋醋→鑒定成品。

參觀完醋廠，看完紀(jì)錄片，學(xué)生們不禁被老陳醋的歷史和釀造工藝所吸引。作為中國(guó)醋業(yè)的活化石，寧化府益源慶已經(jīng)不單單是一個(gè)商業(yè)字號(hào)，而是山西人的一種標(biāo)志和形象。我們應(yīng)該傳承和弘揚(yáng)它，使其在時(shí)間的長(zhǎng)河中熠熠生輝。這更增加了學(xué)生們對(duì)醋知識(shí)學(xué)習(xí)和探究的欲望。

任務(wù)2：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)比，測(cè)定醋酸含量

食醋的主要成分是醋酸，醋酸即為乙酸。學(xué)生學(xué)習(xí)乙酸的結(jié)構(gòu)，結(jié)合初中所學(xué)知識(shí)，推斷其性質(zhì)，利用滴定原理，同時(shí)結(jié)合滴速傳感器和pH微型傳感器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同食醋和果醋飲料中醋酸的含量（圖2）。

材 料：0.1 mol/L NaOH、0.1 mol/L HCl、白醋、寧化府老陳醋、紫林陳醋、果醋爽（果醋紅和果醋黃）、蒸餾水。

儀 器：燒杯、滴定管、鐵架臺(tái)、pH微型傳感器、滴速傳感器。

實(shí)驗(yàn)原理：

采用酸堿滴定的方式（用0.1 mol/L的NaOH滴定不同濃度的醋酸溶液）測(cè)定醋酸溶液的pH，進(jìn)而算出溶液中氫離子濃度。因白醋、寧化府老陳醋、紫林陳醋商品標(biāo)簽顯示醋酸濃度較高，所以稀釋后進(jìn)行滴定，得出數(shù)據(jù)后再換算回原溶液濃度。果醋爽為醋酸飲料，其中所含醋酸濃度較低，可直接滴定。

在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前后加入少量的酸或堿使溶液的pH發(fā)生突變的現(xiàn)象稱為滴定突躍。所謂滴定突躍，即計(jì)量點(diǎn)前后± 0.1% 誤差范圍內(nèi)溶液pH的變化范圍。滴定分析一般借助指示劑指示終點(diǎn)，而滴定突躍是選擇指示劑的依據(jù)，這正是研究滴定突躍的意義。[3]

根據(jù)pH = -lg[H+]計(jì)算氫離子濃度，比如pH = 3，那么氫離子濃度就是10-3 = 0.001 mol/L。

為了更好地表示溶液的酸堿性，科學(xué)家提出了酸度（AG）的概念，AG = lg[c（H+）/c（OH-）]。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

（1）用0.1 mol/L NaOH滴定0.1 mol/L HCl，認(rèn)識(shí)滴定曲線。

（2）用0.1 mol/L NaOH滴定白醋，得出滴定曲線。

（3）寧化府老陳醋、紫林陳醋、果醋爽測(cè)定方法同上。

實(shí)驗(yàn)記錄：得到5條滴定曲線，見(jiàn)圖3、圖4。

數(shù)據(jù)處理：在圖象上找出斜率最大的一點(diǎn)（即滴定終點(diǎn)），并記錄下此時(shí)所用氫氧化鈉溶液的體積，根據(jù)c1V1 = c2V2求出酸度，見(jiàn)表1。

結(jié)果分析：

（1）酸度排序：白醋>寧化府老陳醋>紫林陳醋>果醋爽。

（2）實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果在標(biāo)簽范圍內(nèi)。

任務(wù)3：拓展范圍，深入了解

醋不僅僅是一種調(diào)味品，也不僅僅是一種弱酸，它還有很多的功效。學(xué)生上網(wǎng)查閱資料，了解更多有關(guān)醋的應(yīng)用。

任務(wù)4：展示成果，交流匯報(bào)

展示學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的充分肯定，是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的極大鼓勵(lì)。學(xué)生在準(zhǔn)備成果的過(guò)程中，知識(shí)和能力都得到了提升（圖5）。

任務(wù)5：學(xué)生總結(jié)項(xiàng)目學(xué)習(xí)體會(huì)

學(xué)生在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的輔助下，能直接探究食醋的化學(xué)性質(zhì)，認(rèn)識(shí)乙酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，也更加明白了學(xué)以致用的重要性。有效地將碎片化知識(shí)合并，減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也培養(yǎng)和落實(shí)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。[4]

三、項(xiàng)目總結(jié)及評(píng)價(jià)

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，每完成一個(gè)環(huán)節(jié)，教師和學(xué)生都做總結(jié)，分析并反思這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)對(duì)下一環(huán)節(jié)計(jì)劃做出調(diào)整。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入，有效解決了教學(xué)的難點(diǎn)，讓學(xué)生能夠更直觀和具體地了解反應(yīng)的變化過(guò)程。

1.教學(xué)目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)

在項(xiàng)目實(shí)施前，已經(jīng)制訂了比較詳細(xì)的目標(biāo)要求。在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，學(xué)生表現(xiàn)出了極大的熱情、豐富的想象力和活躍的思維，一次次碰撞出閃亮的思維火花，推動(dòng)著教學(xué)的進(jìn)程。有了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的輔助，學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)的方法和態(tài)度方面有了明顯的變化。學(xué)生的學(xué)習(xí)不再是枯燥的被動(dòng)接受知識(shí)，而是真正成了學(xué)習(xí)的主體，很好地達(dá)成了項(xiàng)目學(xué)習(xí)的知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)。[5]實(shí)踐再次證明，學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)是最有效的學(xué)習(xí)方式。

2.教學(xué)改革效果評(píng)價(jià)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)的開(kāi)展，在學(xué)習(xí)內(nèi)容上，始終要堅(jiān)持源于教材，但不應(yīng)拘泥于教材，應(yīng)該將知識(shí)的學(xué)習(xí)放在社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際、學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和學(xué)科的大背景下；在學(xué)習(xí)方式上，不能用傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，而應(yīng)通過(guò)豐富多彩的、多元化的活動(dòng)，通過(guò)先進(jìn)的儀器設(shè)備讓學(xué)生感受、參與和體驗(yàn)知識(shí)的生成過(guò)程；[6]在教學(xué)目標(biāo)上，我們不應(yīng)單純地追求知識(shí)的落實(shí)，而是應(yīng)該從知識(shí)、能力、素養(yǎng)上全面發(fā)展。[7]

3.學(xué)生能力的提升

通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，學(xué)生能夠真正地自己參與知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新性研究。[8]在給學(xué)生布置任務(wù)時(shí)，可以給學(xué)生更多的創(chuàng)新空間。在該項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生不僅能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，還能積極地討論，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探究問(wèn)題和解決問(wèn)題。學(xué)習(xí)的最終目的是在獲得知識(shí)的同時(shí)能夠掌握學(xué)習(xí)的方法并提升自我學(xué)習(xí)的能力。項(xiàng)目學(xué)習(xí)恰恰可以實(shí)現(xiàn)這一目的。

通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅掌握了乙酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，優(yōu)化了學(xué)習(xí)方法，還提高了分析解決問(wèn)題和動(dòng)手操作的能力，有效提升了化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，為我們的教學(xué)改革提供了可靠的素材，也是我們繼續(xù)開(kāi)展項(xiàng)目學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 畢傳學(xué)，江合佩.基于核心素養(yǎng)的情境探究教學(xué)實(shí)踐與反思：以“重要的有機(jī)物專題復(fù)習(xí)”為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2018（05）：32-36+25.

[3] 蔣永貴，吳俊明.新課程背景下的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室及其在中學(xué)理科教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電化教育，2006（11）：45-48.

[4] 蔣梅.活動(dòng)教學(xué)在高中化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐分析[J].新課程導(dǎo)學(xué)，2018（05）：62.

[5] 徐涵.項(xiàng)目教學(xué)的理論基礎(chǔ)、基本特征及對(duì)教師的要求[J].職教論壇，2007（06）：9-12.

[6] 王愛(ài)勝.2017，新課標(biāo)下的課堂展望[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2017（01）：10-11.

[7] 王磊.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的化學(xué)學(xué)科能力研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[8] 邱激揚(yáng).項(xiàng)目學(xué)習(xí)模式下化學(xué)校本課程的設(shè)計(jì)和應(yīng)用：以“水的探究之旅”項(xiàng)目學(xué)習(xí)為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2017（02）：27-28+57.