侯靜

[摘 要]

基于新時(shí)期學(xué)科核心素養(yǎng)培育的要求，選擇“化學(xué)反應(yīng)原理”選修模塊中熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識(shí)為切入點(diǎn)，以“解密乙醇水蒸氣重整制氫”為項(xiàng)目學(xué)習(xí)主題，以認(rèn)識(shí)反應(yīng)機(jī)理和解決實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題等為項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，呈現(xiàn)了真實(shí)情境下項(xiàng)目式教學(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，總結(jié)出此類教學(xué)模式。

[關(guān)鍵詞]

高中化學(xué);項(xiàng)目式教學(xué);核心素養(yǎng)

新課程標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，對(duì)基于學(xué)科核心素養(yǎng)培育的課堂教學(xué)提出了更高的要求，新時(shí)期的課堂轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。項(xiàng)目式教學(xué)產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代，它是以真實(shí)情境下社會(huì)生產(chǎn)生活實(shí)踐工作為項(xiàng)目主題，規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，使學(xué)生經(jīng)歷成果導(dǎo)向下的綜合任務(wù)完成過(guò)程，形成真實(shí)情境下的復(fù)雜問(wèn)題解決思路，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐應(yīng)用及遷移創(chuàng)新能力的綜合提升[1]。嘗試在高中化學(xué)課堂教學(xué)中采用項(xiàng)目式教學(xué)模式，對(duì)于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培育具有重要的實(shí)踐意義[2]。

一、項(xiàng)目學(xué)習(xí)主題的論證與確定

項(xiàng)目學(xué)習(xí)主題的選取是開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，對(duì)于后續(xù)項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的規(guī)劃以及學(xué)科核心素養(yǎng)的培育起到至關(guān)重要的作用。在新課程理念的指導(dǎo)下，一個(gè)好的項(xiàng)目學(xué)習(xí)主題，應(yīng)讓學(xué)生切實(shí)體驗(yàn)到學(xué)科核心知識(shí)在科技生產(chǎn)生活領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，兼具典型性、綜合性、開(kāi)放性和層級(jí)性。

（一）源于真實(shí)情境，強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值

學(xué)習(xí)情境的合理設(shè)置，有利于學(xué)生合作探究和技術(shù)實(shí)踐知識(shí)的掌握，真正體驗(yàn)到學(xué)科核心知識(shí)在科技生產(chǎn)生活領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[3]。近年來(lái)，新課程改革注重將核心知識(shí)的學(xué)習(xí)置于真實(shí)情境中，學(xué)科能力的培養(yǎng)要基于層層遞進(jìn)的問(wèn)題情境，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育與達(dá)成[4]。

化學(xué)學(xué)科的功能是指導(dǎo)人們?cè)谡J(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的基礎(chǔ)上合理利用自然資源，創(chuàng)造新物質(zhì)，同時(shí)有效保護(hù)環(huán)境，提高人類的生活質(zhì)量和生存安全。從化學(xué)學(xué)科多領(lǐng)域迅速發(fā)展的角度來(lái)看，運(yùn)用催化劑進(jìn)行復(fù)雜反應(yīng)體系的選擇催化，從而生產(chǎn)出具有更高實(shí)用價(jià)值的物質(zhì)，成為現(xiàn)階段的熱門研究課題。

乙醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)是將乙醇與水按比例混合，在一定溫度下汽化后通過(guò)催化劑床層，最終轉(zhuǎn)化為H2以及CO2的過(guò)程。由于乙醇含氫量高、無(wú)毒、廉價(jià)、易儲(chǔ)存、運(yùn)輸方便，并且可以通過(guò)生物質(zhì)發(fā)酵循環(huán)再生，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的二氧化碳零排放，乙醇水蒸氣重整成為最具吸引力的制氫方式之一。其原理如圖1所示[5]。

（二）升華理論探究，培育學(xué)科核心素養(yǎng)

從學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的角度看，“化學(xué)反應(yīng)原理”模塊對(duì)進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)具有重要作用。從學(xué)生的學(xué)科能力發(fā)展來(lái)看，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方向和限度、化學(xué)反應(yīng)速率與轉(zhuǎn)化率、催化劑作用原理的學(xué)習(xí)，在面對(duì)真實(shí)情境下的復(fù)雜反應(yīng)體系中工業(yè)生產(chǎn)條件的選擇優(yōu)化等化學(xué)問(wèn)題時(shí)，能夠自主運(yùn)用認(rèn)知模型，從熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)視角解決問(wèn)題[6]。

乙醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)源于真實(shí)生產(chǎn)情境，立足于清潔能源的開(kāi)發(fā)利用，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另外，此反應(yīng)中涉及的物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，學(xué)生可以運(yùn)用已有的熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)知識(shí)認(rèn)識(shí)反應(yīng)機(jī)理，發(fā)展工程思維，進(jìn)而形成解決實(shí)際問(wèn)題的思路方法。因此，項(xiàng)目學(xué)習(xí)主題確定為“解密乙醇水蒸氣重整制氫”。

二、項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

（一）項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)

通過(guò)經(jīng)歷層層遞進(jìn)的真實(shí)問(wèn)題解決過(guò)程，熟練掌握化學(xué)反應(yīng)的方向和限度、化學(xué)反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率、催化劑作用原理和條件優(yōu)化等學(xué)科核心知識(shí)。（必備知識(shí)基礎(chǔ)）

通過(guò)乙醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)機(jī)理的學(xué)習(xí)（任務(wù)1），從熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)視角分析物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一般途徑，建構(gòu)復(fù)雜反應(yīng)體系的認(rèn)知模型，發(fā)展遷移類比的邏輯思維能力。（證據(jù)推理與模型認(rèn)知）

通過(guò)催化劑操作條件優(yōu)化選擇的學(xué)習(xí)（任務(wù)2），運(yùn)用工程思維進(jìn)行多維度多層次分析，培育在真實(shí)復(fù)雜情境下解決問(wèn)題的能力，體驗(yàn)化學(xué)學(xué)科魅力及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。（證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任）

（二）項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)思路

項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)要針對(duì)項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵問(wèn)題，體現(xiàn)學(xué)科思想方法和視角的運(yùn)用，活動(dòng)組織順序應(yīng)遵循項(xiàng)目成果達(dá)成或關(guān)鍵問(wèn)題解決的邏輯順序。本項(xiàng)目以乙醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)為學(xué)習(xí)活動(dòng)載體，引導(dǎo)學(xué)生從熱力學(xué)角度分析反應(yīng)的方向和限度問(wèn)題，并依據(jù)反應(yīng)機(jī)理，從動(dòng)力學(xué)視角進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)適宜條件的初步探究，建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)認(rèn)知模型，在此基礎(chǔ)上，引出催化劑操作條件的優(yōu)化選擇問(wèn)題，讓學(xué)生經(jīng)歷真實(shí)情境下復(fù)雜問(wèn)題的解決過(guò)程，發(fā)展工程思維與學(xué)科核心素養(yǎng)。基本設(shè)計(jì)思路梳理如圖2所示。

（三）項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程

依據(jù)項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)，遵循知識(shí)進(jìn)階和能力進(jìn)階雙主線思想，項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程分為兩個(gè)核心任務(wù)，每個(gè)核心任務(wù)下設(shè)層層遞進(jìn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，具體流程設(shè)計(jì)如表1所示。

三、項(xiàng)目情境素材的選取與呈現(xiàn)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的順利開(kāi)展，需要以好的情境素材作為載體。情境素材的選取需要以項(xiàng)目任務(wù)為基準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)生自身的知識(shí)儲(chǔ)備與生活背景，突出學(xué)科核心知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。情境素材的呈現(xiàn)形式多種多樣，應(yīng)體現(xiàn)學(xué)科關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，如文字閱讀能力、圖表和數(shù)據(jù)信息的分析提取能力、綜合運(yùn)算能力、概括關(guān)聯(lián)和遷移運(yùn)用能力等。

以任務(wù)2為例，項(xiàng)目情境素材的選取和學(xué)習(xí)活動(dòng)具體實(shí)施過(guò)程如下。

活動(dòng)1：適宜的催化劑操作條件

【思考交流】依據(jù)乙醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)機(jī)理的研究，分析以下問(wèn)題：

1.催化劑在乙醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)過(guò)程中所起作用的機(jī)理是什么？

2.如何評(píng)價(jià)催化劑的性能？

【歸納總結(jié)】使用催化劑能夠降低反應(yīng)活化能，大大提高了單位體積內(nèi)活化分子的百分?jǐn)?shù)，從而增大化學(xué)反應(yīng)速率，但不能使化學(xué)反應(yīng)平衡發(fā)生移動(dòng)。