基于项目化学习,培养学生综合实践能力
张云杰
《普通高中化学课程标准（2017年版）》明确指出：重视开展素养为本的教育，倡导真实问题情境的创设，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。汽车尾气污染治理既是社会性科学议题，又是可以整合单元知识，提升学生解决真实问题能力的重要情境素材。基于项目化学习开展汽车尾气污染治理实践研究，在解决综合问题的过程中实现知识的结构化发展，发展其适应终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力。
人教版高中化学必修第一册“氧化还原反应”一节的“思考与讨论”栏目引入了汽车尾气系统中安装催化转化器处理汽车尾气中的CO和NO。化学课程标准中也建议氧化还原反应教学提供有关“汽车尾气及危害”的素材，因此，本项目课题的选择既是选自教材，又不拘泥于教材，既是对教材知识的整合，又拓展教材的知识，同时关注环境问题，引导学生从STSE视角感受氧化还原反应的社会价值，形成“绿色化学”的理念，增强社会责任感。
1.核心知识及素养发展
知识层面，本单元围绕物质分类观、转化观、离子反应和氧化还原反应等大概念展开教学。通过开展汽车尾气的污染治理项目，希望学生加强对学科本质的理解，从氧化还原角度分析尾气中污染物的成因、危害与治理方案;能利用胶体的性质解释PM2.5、PM10.0的危害;能从离子反应角度解释酸雨的成因，及对建筑物的腐蚀与危害。
能力层面，能通过汽车尾气污染治理问题的探究，培养搜集证据、处理信息的能力，能从化学等学科视角分析和解决实际问题，培养科学态度与可持续发展意识，实现从学科价值视角到社会价值视角，再到学科和社会价值视角的进阶发展。
2.驱动性问题与项目解构
以酸雨、雾霾等环境污染问题为背景，引出本节课的驱动性问题“如何治理汽车尾气？”学生在讨论中对项目进行解构。根据组间同质、组内异质，全班分成8组，6人一组。每个小组明确自己的任务方向，列出操作细节。通过查阅资料、讨论等方式推进课题研究问题，在问题解决的过程中发展学科素养。后期小组成员汇总所有素材，进行筛选、分析和综合，以科技小报的形式在班级展示，方便学习沟通。
3.具体实施
任务一：基于学科观念，分析汽车尾气成分
小组讨论，细化研究方案。物质的转化遵循守恒观，为了分析汽车尾气的成分，我们需要知道汽车的燃料有哪些？为什么会产生污染物质？污染物质具体有什么？学生利用氧化还原反应原理解释污染产生的原因，由于汽油的不完全燃烧产生了CO、碳氢化合物、PM2.5、PM10.0等碳烟颗粒;汽油机在工作工程中，燃料在气缸内部燃烧，形成高温，空气中的氮气在高温条件下被氧气氧化得到氮氧化合物;汽车尾气中的铅则是因为汽油中加入的抗爆剂四乙基铅;汽车尾气中的SO2是来源于石油中含硫化合物的燃烧。
学生基于元素观，通过价类二维角度分析尾气中各种成分的成因，在复杂问题的解决中建立高阶的物质转化观，发展宏观辨识与微观探析素养。感兴趣的小组还用数字化传感器实地测量汽车尾气中的SO2、CO2等含量，发展科学精神与探究意识。
任务二：跨学科融合，分析汽车尾气的危害
学生通过价类二维角度，结合氧化还原和离子反应原理分析硫酸型酸雨和硝酸型酸雨的成因，进一步发展了高阶的物质转化观。从生态环境建设角度，了解酸雨对人体造成的影响和对环境造成的影响。
学生又结合物理学、生物学等知识，分析污染物颗粒大多是粒子0.1～40微米的多孔性炭粒组成，能吸附苯芘或者SO2等有毒物质。从粒子直径大小出发，分析2.5～10微米的颗粒可进入支气管，小于2.5微米的可进入肺泡，影响生物健康，使农作物减产，并导致大气污染。通过本阶段的研究，学生加强对微粒观和转化观的理解，能从STSE角度出发，科学分析污染的危害，同时发展科学态度与社会责任素养。
任务三：多举并进治理汽车尾气，发展科学素养
经过小组讨论，从改善燃油、物理净化、化学净化、新能源汽车四个角度分析汽车尾气的治理。采用乙醇汽油、CNG、液化石油氣、生物柴油等作为机动车燃料，减少污染的产生;选择孔径合适的新型过滤装置对碳烟颗粒进行过滤，并进行水洗或蒸汽淋浴去除碳颗粒及有毒物质，同时采用户外高压喷洒水和安放雾霾净化塔的方式，净化细小粉尘和颗粒物;在发动机尾气管安装三元催化转化装置，从氧化还原反应角度实现CO、氮氧化物、碳氢化合物的绿色化转化，进一步发展高阶的物质转化观。
兴趣小组还从电化学角度为学生们介绍了新能源汽车中的燃料电池工作原理，以氧化还原反应为本质，将化学能转化为电能，提高能源利用率，减少污染产生;从能源的角度介绍了混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等。在真实问题的解决过程中，体验科学精神，运用所学知识，解决真实问题，在做中学，学以致用，增强科学精神与创新意识，感受科学技术的魅力。
任务四：拓展迁移，氧化还原反应在生产生活中的其他应用
汇报组从提供能量、物质转化、冶炼金属、污水处理、检验酒驾、供氧、医疗卫生、农业生产等角度介绍了氧化还原的有利用途，并结合食物腐败、金属生锈、消毒剂不当使用、自然、爆炸等阐述了氧化还原在生活中的危害。
由此，学生深刻认识到物质变化时伴随能量的变化，可以从不同视角对化学变化进行研究，用对立统一、联系发展和动态平衡的观点考查和分析化学反应，进而发展变化观念与平衡思想。
4.交流与评价
在成果汇报阶段，不同小组进行不同专题的介绍，学生之间相互评价，在交流过程中发展化学核心观念——元素观、微粒观、转化观，整合氧化还原反应、离子反应、胶体性质等核心知识用于解决真实情境下的汽车尾气污染治理问题。
教师在小组汇报过程中提出以下衍生性问题：为什么选择汽油等燃料作为汽车能源？如何将有毒物质转化为无毒物质，转化需要哪些条件？什么是绿色化处理？医用口罩能用于防雾霾吗？防雾霾口罩能用于阻隔病毒吗？以新能源汽车为例，分析能量转化的形式？如果你要买一辆车，你会从哪些角度评估？通过这些问题引发学生的深度思考，进一步激发学生的探究欲望，用高阶思维包裹低阶思维。学生们组间合作、整合信息，制作PPT等进行展示交流，培养了学生的信息加工能力、语言表达能力、增强社会责任感、开展有意义的学习，又形成了科学研究的思路和方法，培养科学素质。
汽车尾气的污染治理是一个社会热点问题，是学生可以综合所学知识，交流合作共同研究探索的有价值的问题。项目化学习是学生基于真实问题而自主开展的科学实践活动，是学生发展自我认知、知识结构化、能力提升的有效载体。在项目的设计到完成，以学生为主体，在信息的获取、加工、交流、反思、评价过程中，发展学科核心素养，提升综合能力，实现事实性知识的组织和意义化。
编辑/陆鹤鸣
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