初中化学“溶液”主题项目式复习教学

宫琦 武衍杰 王秀红

摘要： 以制作一枚“蓝宝石”为项目进行溶液主题的复习课教学。将项目分解为符合课程标准内容要求的关联性学习任务，让学生在完成任务的活动中调用学科必备知识和技能解决真实问题，通过经历实验探究、模型建构与优化等系列活动，切实实现知识的结构化和功能化。

关键词： 项目式学习; 初中化学; 复习课; 硫酸铜晶体; 溶液

文章编号： 1005-6629（2021）09-0056-07

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  项目确立

初中化学复习教学中将化学知识结构化和功能化是提高复习效率的重要策略，但当前很多复习课教学为了应对中考，花费大量时间进行知识的重复性教学，学生的学习兴趣和复习效率低下。项目式教学在实现学生学科知识、认识思路、学科观念结构化方面具有独特价值[1]，故选择以项目式教学形式开展“溶液”主题的复习。《义务教育化学课程标准》[2]与溶液主题相关的内容主要涉及过滤、溶液配制等实验操作以及溶解、溶解度、结晶、溶质、溶剂等必备知识。以课标提供的“明矾晶体的形成”这一情境素材开展“制作一枚蓝宝石”项目式教学，并将这一项目在知识层面进行解构，基本可以覆盖“溶液”主题的相关知识，具体如图1所示。此外，这一项目不仅聚焦化学核心知识，而且能发展学生的知识关联度和拓展学生的知识深度。例如，基于硫酸铜热饱和溶液的配制问题建构“饱和溶液与不饱和溶液间的转化模型”、基于物质溶解度性质形成对“分离提纯”与“结晶方法选择”问题的结构化认识、在普通过滤装置局限性的基础上拓展认识实验室快速过滤的“抽滤装置”等;“制备硫酸铜晶体”的具体过程还可迁移至其他晶体制备，甚至在家庭厨房里也可以制备出漂亮的氯化钠晶体，大大地激发了学生化学学习的兴趣。

2  项目目标

通过“蓝宝石”晶体的制备流程，对初中“溶液”主题相关知识进行复习，形成知识网络，建立学科知识与问题解决之间的关联，发展学生科学探究与模型认知的学科核心素养，具体目标如下：

（1） 通过“蓝宝石”晶体制备过程，感受化学之美，增进化学学习兴趣。

（2） 通过“硫酸铜热饱和溶液”的配制过程，加深对饱和溶液和不饱和溶液的认识，形成饱和溶液与不饱和溶液间的相互转化模型。

（3） 通过“混合体系中固液分离”问题，巩固过滤操作等实验技能，认识“趁热过滤”与“物质溶解度性质”间的联系，了解抽滤装置的原理。

（4） 通过“晶体的析出”过程，形成溶解度曲线的分析能力，能根据物质溶解度曲线特征选择合适的结晶方法并建立基于溶解度曲线特征差异的物质分离提纯的认识思路。

3  项目流程

教学流程设计如图2所示。项目推进围绕“如何制备晶体”这一核心任务，遵循问题解决的逻辑——如何配制硫酸铜热饱和溶液、如何除去多余固体、如何析

出晶体、晶体如何长大等。学生在解决上述问题的过程中，调用溶液配制、溶解度计算、过滤操作、溶解度曲线分析、结晶方法选择等必备知识和技能，经历实验探究、模型建构与优化等系列活动，在复习课中构建知识网络，切实实现知识的结构化和功能化，最终发展科学探究与模型认知的学科核心素养。

4  项目实施

晶体的制备可以展现化学之美。为激发学生制备晶体的兴趣，以“美丽化学”的结晶视频[3]作为开篇，展现硫酸铜晶体、三草酸合铁酸钾晶体、醋酸钠晶体等的形成过程。视频中的硫酸铜晶体像一枚蓝宝石，在观看视频后，学生有强烈动手制备硫酸铜晶体的欲望，而硫酸铜固体又属实验室常用药品，以此进入项目主题——制备一枚“蓝宝石”。教师首先从学生已有知识“实验室获得氯化钠晶体和硝酸钾晶体的方法”出发，引导学生寻找从溶液体系中获得晶体的思路和流程。此外，实验前要注意引导学生认识CuSO4和CuSO4·5H2O的区别，防止学生的认识及后续计算过程中出现科学性错误。

4.1  寻找获得晶体的方法

学习任务一： （1）根据图3的溶解度曲线，总结氯化钠和硝酸钾的溶解度特点，并思考实验室是如何从溶液中获得氯化钠和硝酸钾晶体的？（2）你认为实验室利用硫酸铜固体制备“蓝宝石”晶体应包括哪些步骤？

[学生讨论汇报]（1）观察溶解度曲线可以看出，KNO3的溶解度受温度影响较大，可采取将KNO3热饱和溶液降温结晶再过滤的方法获得晶体;NaCl溶解度受温度影响较小，因此需采用蒸发结晶的方法获得晶体。

（2） 由于CuSO4·5H2O溶解度随温度升高而升高，且受温度影响较大，所以可以通过将热饱和溶液降温结晶的方式获得“蓝宝石”晶体（类比硝酸钾）。因此实验制备“蓝宝石”晶体应包括： 配制硫酸铜热饱和溶液以及冷却结晶获得晶体等步骤。

[教师总结]由于不同物质的溶解度受温度影响不同，可以采用不同的结晶方法从溶液体系中获得晶体，具体思路如图4所示。那么真实制备“蓝宝石”晶体的流程是否就像大家说的那样直接冷却热饱和溶液就可以了呢？下面开始我们的项目之旅。

4.2  配制硫酸铜热饱和溶液

学习任务二： （1）欲用60mL沸水配制成饱和硫酸铜溶液，溶液配制的具体步骤如何？（2）为防止配制溶液时加入药品过多，造成浪费，结合表1中的数据思考，至少需称量多少克固体？（3）具体配制溶液时，如何判断配制的溶液是否饱和？

[学生汇报]（1） 參照氯化钠溶液的配制可知，溶液配制具体包括“计算—称量—量取—溶解”等步骤。

（2） 由于要利用60mL沸水配制溶液，结合溶解度概念可知所需称量固体质量m溶质=m溶剂×S100g=60g×114g100g=68.4g。

（3） 由于在一定温度和一定量的溶剂中，能继续溶解该物质的溶液是这种溶质的不饱和溶液，不能继续溶解该物质的溶液是这种溶质的饱和溶液，因此在配制溶液过程中若沸水不能再继续溶解固体，说明已达饱和。

[教师追问]不饱和溶液除了可以通过增加溶质的方法转化为饱和溶液，还有没有其他转化方法？

[学生补充]还可以通过减少溶剂的量，如蒸发溶剂或降低温度等方法;同样饱和溶液也可以通过增加溶剂或升高温度的方法转化为不饱和溶液。

[教师引导，建构思维模型]如图4所示，建构不饱和溶液、饱和溶液和结晶间的转化模型，实现知识关联结构化。

图4  不饱和溶液、饱和溶液和结晶间的转化关系

[学生实验]根据溶液配制的步骤及饱和溶液的判断方法进行硫酸铜热饱和溶液的配制（注意学生实验操作技能的训练和指导）。

4.3  除去未溶解的固体

[提供信息]晶体的形成和生长并不像大家想象的那样简单，它们对生长条件的要求是很“苛刻”的，具体见图5所示资料卡片1。

资料卡片1

（1） 晶体的生长需要晶核，晶核是晶体的生长中心。

（2） 溶液中多余的固体（小晶体）以及杂质灰尘等都可作为晶核。

（3） 晶核不能“泛滥”，否则无法生成大晶体。

（4） 晶核“泛滥”时，晶体发生粘连。

学习任务三： （1）根据资料卡片可知，要得到大晶体，必须除去溶液中未溶解的固体，应该选用什么方法？（2）为避免溶剂中的硫酸铜析出，操作时还要注意什么？

[学生讨论汇报]（1）固液分离可采用过滤操作，具体操作过程中要注意“一贴、二低、三靠”。（2）过滤的目的是要除去未溶解的固体及杂质，同时也要防止由于过滤过程中液体冷却，晶体过早析出，因此在实验过程中要注意加快过滤速度，并且要“趁热过滤”。

学习任务四： 认识抽滤装置。演示普通过滤操作（由于要趁热过滤，防止学生烫伤，实验由教师演示），注意引导学生回忆操作注意事项。学生发现即使趁热过滤，由于普通过滤耗时较长，过程中滤纸上仍然析出大量蓝色晶体，造成损失，因此必须找到一种实现快速过滤的方法！

[介绍抽滤装置]如何实现快速过滤呢？这里给大家介绍一种新的装置（见图6），整个装置包括抽滤瓶、布氏漏斗、抽气泵等部分，操作时注意将润湿的滤纸铺在布氏漏斗上。根据图6所示，思考该装置是如何实现快速过滤的？

[学生讨论汇报]过滤时，先将大小合适的滤纸铺在漏斗上，然后润湿，通过抽气泵的抽气作用，抽滤瓶中的压力迅速降低，此时将待过滤的溶液倒入布氏漏斗中，在外界大气压的作用下，漏斗中的液体被迅速过滤至抽滤瓶中，实现快速过滤。

4.4  实现晶体生长获得“蓝宝石”

学习任务五： 析出小晶体。将4.3活动中的滤液倒入干净的培养皿中，依据硫酸铜的溶解度曲线特征选择冷却结晶的方法获得小晶体作为“晶核”（注： 大概30～50分钟可看到有菱形的小晶体析出，挑选出晶型合适的小晶体作为培养大晶体的晶核，如图8所示。教学中为了节省时间，可事先制备好小晶体备用，下课后待晶体析出再让学生观察）。

学习任务六： 根据溶解度曲线特征，我们除了可以從单一溶液中获得晶体，还可用于混合体系中的物质分离提纯。请同学们思考： （1）如果是KNO3固体中混有少量NaCl或者NaCl固体中混有少量KNO3，应采用什么方法进行分离提纯呢？（2）如何基于物质的溶解度曲线特征，实现物质的分离提纯？

[学生讨论汇报]KNO3固体中混有少量NaCl： 首先将混合物溶解，获得混合物的热饱和溶液（可采用溶解后蒸发浓缩的方法），由于KNO3的溶解度受温度影响较大，采取降温结晶的方式，当有大量固体析出时，进行过滤，由于NaCl溶解度受温度影响较小，NaCl仍然留在滤液中，从而实现物质的分离;NaCl固体中混有少量KNO3： 首先将混合物溶解，由于NaCl溶解度受温度影响较小，所以采取蒸发结晶，当有大量晶体析出时，过滤，KNO3仍然留在滤液中，从而实现物质分离。

[教师追问]除去NaCl固体中混有的少量KNO3时，降温结晶后，需要过滤，过滤时应注意什么？

[学生补充]由于KNO3的溶解度受温度影响较大，为防止液体冷却后KNO3析出，应趁热过滤。

[建构认识思路]基于物质溶解度等特征，可建立如图7所示的物质分离提纯的认识思路。

学习任务七： 晶体生长。为了让晶体“长大”，将获得的小晶体作为晶核放入重新配制的硫酸铜饱和溶液（常温下配制即可）中，经过2～3天时间就可以观察到长大的美丽的“蓝宝石”晶体，然后将晶体简单打磨如图8所示（注： 由于晶体生长过程较慢，教师可事先录制晶体生长的倍速视频，便于学生观察。而课上制备的小晶体可放入培养皿供学生课下观察，但要注意防止灰尘落入）。

[思考]模型应用I： （1）为什么将“晶核”置于常温下配制的硫酸铜饱和溶液中也能在“晶核”表面析出固体，使晶体长大;（2）把“晶核”置于常温下未饱和的硫酸铜溶液中可行吗？

[学生汇报]（1）常温下硫酸铜的饱和溶液在2～3天时间里会蒸发大量水，在这个过程中饱和溶液变为过饱和溶液，析出固体使晶体长大;（2）如果将“晶核”置于不饱和的硫酸铜溶液中，“晶核”将充当溶质的角色发生溶解，使不饱和溶液变为饱和溶液。

[思考]模型应用Ⅱ： 真实问题解决。（1）我国北方有许多盐湖，湖中含有大量的碳酸钠和氯化钠，那里的人们有一句俗语“冬天捞碱，夏天晒盐”，请解释这是为什么？（碳酸钠和氯化钠的溶解度曲线如图9所示）（2）市场上卖的天气瓶，内部封存蒸馏水、樟脑、乙醇、硝酸钾和氯化铵混合成的饱和溶液，有人认为它可以用来预测天气： 如果溶液很澄清，代表天气将会晴好;如果溶液浑浊朦胧，代表天气多云阴郁;如果溶液出现大片固体，代表将降温甚至下雪。你认为这种预测有科学依据吗？

[学生汇报]（1）由于北方冬天温度低，碳酸钠溶解度受温度影响较大，因此会析出较多固体（冷却结晶）;而夏天温度较高，氯化钠溶解度受温度影响较小，通过水分蒸发，析出大量固体（蒸发结晶）。（2）天气瓶内的浑浊和澄清是由于溶质结晶或溶解造成的，在封闭体系中溶质的溶解和析出只受到外界温度的影响，随着温度的变化固体发生溶解和析出，由于天气瓶无法感知到除了温度以外的天气变化，因此将天气瓶看作工艺品更合适。

[教师总结]通过今天的学习，我们可以发现，化学不仅仅是学习丰富的变化莫测的化学符号，还可动

手实践创造绚丽多彩的晶体世界，更有未来还在等待我们继续探索的物质奥秘。大家回家后可以尝试利用“冷却结晶”的方法制备氯化钠晶体。给大家一周的时间，制备成功的同学带来学校展示你的成品。

5  项目反思

5.1  项目式教学大大提高复习课效益和学生兴趣

项目式教学倡导学生综合运用所学知识和技能解决真实的复杂问题，体现知识的功能性，使复习课教学从学会解题转向学会解决问题。在项目推进过程中，本节课较好地将化学基础知识和实验基本技能融入到项目任务中，让学生在“做中学”，既实现了知识的结构化和功能化，又提高了学生的学习兴趣。例如通过基于物质的溶解度曲线特征结晶析出“蓝宝石”晶体的方法，使学生在真实任务中区分“冷却结晶”和“蒸发结晶”，形成物质分离提纯的一般思路，并且学生能运用这一认识思路解决新问题（如冬天捞碱，夏天晒盐），说明学生在真实体验中建构的认识思路具有可迁移价值。此外“做中学”的方式大大提高了学生的兴趣，课后学生对制备氯化钠晶体展现出极强的积极性，很多同学在家里制备出了正方体形的氯化钠晶体在班级学习群展示，还分享了很多晶体制备的小技巧，如水少一些，溶剂自然蒸发干后能获得很多漂亮的正方体小晶体。

5.2  项目式教学设计要注意项目任务与学科知识、技能的匹配

开发出的项目式教学若想在当前的课堂教学中具备生命力，让教师乐用、善用，就必须在项目推进过程中覆盖课标要求的核心知识和技能。特别是在初三化学复习课中，时间紧任务重，学生面临升学压力，不建议用大量时间做科普性的项目式教学。“制备蓝宝石晶体”项目中涉及的溶解度在物质结晶中的应用、饱和溶液与不饱和溶液的相互转化、溶液配制和过滤等知识和技能紧扣课标要求，在项目推进过程中既解决了真实问题，又通过结构化板书等呈现了上述知识间的逻辑关联，进一步深化了学生对概念原理、核心知识和实验技能的理解。

5.3  项目式教学设计要注意学生对补充性教学内容的可接受性

由于項目式教学要解决真实的复杂问题，而初中生知识水平有限，有时需要引入一些课外知识作为资料补充使项目正常推进，这时要特别注意学生对补充性内容的可接受性。不能单纯为了推进项目任务，而将学生难以理解的知识内容引入教学中，增加学生的学习负担，影响课堂进度[5]。补充性内容要符合学生认识发展规律，尽量使补充性内容与已有知识建立关联，降低新知识难度。例如本项目教学中引入的抽滤装置，虽不在教学要求范围内，但这部分内容与普通过滤具有紧密联系，学生又能通过物理学中的气压差知识分析得出抽滤的原理。该补充性内容既推进了项目的正常进行，又发展了学生的高阶思维，难度也在学生可接受范围内，因此是值得引荐的。

（感谢厦门市教育科学研究院王锋老师和厦门市翔安区实验学校蔡辉舞老师对本节课的指导。）

参考文献：

[1]武衍杰， 江合佩， 杨伏勇. 基于化学教学内容“结构化”的项目式教学[J]. 化学教学， 2021， （3）： 44～50.

[2]中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准[S]. 北京： 北京师范大学出版社， 2012.

[3]https：//v.youku.com/v_show/id_XODE0ODEzMTI4.html.

[4][美] J.A. 迪安主编. 魏俊发等译. 兰氏化学手册（第二版）[M]. 北京： 科学出版社， 2003.

[5]武衍杰， 梁弘文， 宫琦， 王秀红. 例谈高考化学试题在课堂教学中的开发和运用[J]. 化学教学， 2019， （6）： 88～92.