基于探究性实验任务群设计的项目式学习--以探秘古钱币中的金属为例.docx

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1、基于探究性实验任务群设计的项目式学习一以探秘古钱币中的金属为例义务教育化学课程标准（2022年版）（以下简称课程标准）指出要“创设真实问题情境,开展项目式学习,重视跨学科实践活动。项目式学习是一种以学习者为中心的综合学习,学生通过完成某一项特定的任务,在体验、实验、讨论与分享中获得能力发展。在初中化学项目式学习的设计过程中通过深度挖掘学科资源,开展探究性实验任务群设计,围绕实验任务群的完成开展深度探究,可以更好地培养学生的核心素养。一、教学内容和现状分析金属的性质和利用是沪教版（2017年版）初中化学第五章第一节的内容,这也是学生首次开始系统学习金属这一大类物质。学生已经具备了一定的金属基础知

2、识,如镁能和醋酸反应、镁能在空气中燃烧、铁能在氧气中燃烧、铁易生锈等。如何在已有基础上设计探究性实验,帮助建构知识体系,是教学设计中需要解决的重要问题。通过文献研究发现,对金属的性质和利用的教学主要是依据课本所提供的实验样本，借助分组实验的方式,通过对实验现象的分析与思考，归纳得出金属与氧气、酸等物质反应的结论思考发现，上述设计存在三个问题：（1）所选用的实验局限于课本提供的实验,缺少对相关资源的深度挖掘与利用。实验主要采取验证性为主的方式,缺少围绕探究目的开设实验的思维过程。(3)设计缺少对探究实验的系统设计,难以实现循序渐进的目标,忽视对科学思维能力的系统培养二、教学设计思想和创新点在初中

3、化学教学中,采取项目化学习的方式,聚焦化学学科核心概念和关键能力,是学科课程改革的可行之道。在项目化学习的实施过程中,可以通过探究性实验任务群的设计，促进学生围绕问题解决持续开展探究,不断深化对问题的理解,有效发展学生的学科思维能力。探究性实验任务群是指将围绕探究目的而设计的探究实验组合在一起,实验与实验之间形成逻辑上的关联性和一致性,前一个实验是后一个实验的基础,后一个实验是前一个实验的拓展和延伸。形成探究性实验任务群,通过一个个探究性实验的开展，系统思考问题解决的有效策略,体现循序渐进的原则实现螺旋上升的目标,有效培养学生的科学思维。探秘古钱币中的金属这一项目式学习主要包括认识古钱币中的金

4、属探究古钱币中金属的性质探究近代钱币的成分三个项目任务,利用取材于当地古玩市场的古代钱币,通过对不同钱币的观察与分析,提出可能的猜想和假设,设计并优化实验方案,共设计六个实验组成的探究性实验任务群，促进学生在持续探究过程中观察并收集证据运用逻辑推理得出初步结论,养成科学探究的习惯和方法。三、教学目标和探究性实验任务群设计教学目标：(1)了解常见古钱币的主要成分,认识金属在人类文明进步和社会发展中的重要作用,培养学生正确的学科价值观；(2)通过对古钱币中金属的探究，了解常见金属的性质,分析选用金属所蕴含的科学原理,在实验探究过程中,初步建立金属活动性顺序模型，培养学生的化学观念和科学思维：(3)

5、通过对近代钱币中主要金属的成分测定,初步了解金属定性和定量分析的作用,培养学生的科学态度和责任。探究性实验任务群设计:在项目式学习过程中围绕探究性实验任务群的设计开展教学，具体设计见1IflIA.tj5talu*四、教学过程1,认识古钱币含有的金属活动布置学生6人一组,利用教师提供的铜钱币.查阅有关古钱币的知识.并做好交流的准备。学生汇报根据课前布置的问题,交流古钱币的化学成分、锈蚀、鉴定、保护等相关知识。教师1大家通过资料检索，对古钱币的情况有了一些了解,那么今天我们就开始探秘古钱币中的金属,你们可以提出哪些值得研究的问题呢?学生古钱币中的金属有哪此?(2)为什么可以选用这些金属？为什么大部

6、分古钱币的主要成分是铜?(3)古钱币为什么容易锈蚀?是什么原因造成的?(4)如何保护古钱币？教师经济是国家命脉,作为有着五千年历史的文明古国,我国钱币的发展史与国家的发展史有着很大的关联。揭开古钱币的神秘面纱,将有助于我们了解国家的进步和文明的昌盛。那我们今天就围绕同学们提出的这些问题开始“探秘古钱币的学习问题古代的钱币有多种，如金币、银币、铜币等,观察从古玩市场上淘到的两枚古币(见图2),猜测它们主要是由什么金属制成的?依据是什么？图2七市阉/学生古币A主要是由铜制成的,因为表面有绿色物质,应该是铜绿;古币B可能是由铁制成的,因为表面看着像铁锈,可以用磁铁吸引加以鉴别。结论古币B可以被磁铁吸

7、,说明古币B主要是由铁制成的教师资料:金、银、铁、铜部分物理性质。金属般还有金属光泽、导电性、导热性、延展性等金属特有的物理性质。问题铁硬度比铜大,密度比铜小,似乎更适合做铸造钱币的金属,但历史上铜币的使用量却远大于铁币，大家能否分析其原因？学生由于铁比铜更易生锈,所以流通的古钱币以铜币为主。教师以古代铜钱币为例（紫铜、青铜、黄铜、白铜）,其主要化学成分有哪些？提供学习资料供学习小组合作学习。学生铜为主,还有铅、锡、锌等金属。教师中国古代钱币是东方钱币的代表,它有两个显著的特点:一是自始至终采用浇铸工艺而不用打制工艺,直至19世纪末西式机制币的传入;二是自始至终以铜钱为主流货币而不是金银或其他

8、,这构成了中国古代钱币独特的内涵。那么,为什么可以选这些金属?它们有着怎样的化学性质?这些性质又是如何影响并决定着古钱币的制造与流通的呢？2,探究古钱币中金属的性质教师我们发现,铜币和铁币都容易在空气中发生缓慢氧化而生成铜绿或铁锈。在纯氧中铁丝会发生剧烈燃烧,那铜和氧气会反应吗?请同学们用蜗钳夹取铜丝在酒精灯上加热,观察现象。学生铜丝表面有黑色物质生成,说明铜在加热条件下能和氧气反应。教师金属还能和哪些物质反应呢?利用实验探究镁、锌、铁、铜分别与盐酸的反应。学生开展分组实验。得出结论:镁、锌、铁都和稀盐酸反应,产生气体,且反应速率:镁锌铁铜不和稀盐酸反应。教师猜想产生的气体是什么呢?并加以验证

9、。学生在注射器内加入锌粒,吸入稀盐酸后倒置,在针尖端点燃气体,见图3结论产生的气体具有可燃性.是氢气。教师书写反应方程式,引出置换反应的概念,强调特征可以表述为图教师金属单质与酸溶液能否发生置换反应发生反应的剧烈程度,可说明金属活动性的强弱,由实验结果可知,金属活动性强弱依次为:MgZnFeCu。联系我们已知的古钱币,铸造古钱币对金属活动性有什么要求？学生铸造古钱币的金属其金属活动性要弱同时,考虑到钱币的流通性,金属在耐腐蚀的基础上还不能太昂贵。教师所以,金、钳、银等材质铸成的钱币发生缓慢氧化的程度比铜、铝、铁做成的钱币要慢得多口0。铸造古钱币的金属选择需要体现两个重要条件，一是耐腐蚀,二是“

10、价廉物美,这就是我国古钱币以铜钱为主流货币的重要原因。随着金属治炼工艺的发展,到了明朝出现了更耐腐蚀的黄铜币,教师据天工开物记载“铁质贱甚,能否用相对廉价、容易生锈的铁得到更贵重的、更耐腐蚀的铜？学生分组实验:把铁丝放入硫酸铜溶液中,观察现象。铁丝表面有红色物质产生。结论生成了铜。资料淮南万毕术记载曾青得铁则化为铜。试加以解释。学生解释这一现象的原理3 .探究近代钱币的主要成分教师老师在古币市场上还淘到了一枚民国钱币,请同学们观察、思考、推测它是由什么金属制成?并说出你的依据。图片展示古币C（民国钱币）,见图4学生(1)由银制成,因为是银白色的，而且民国时期有银制钱币。由镁或铝制成,因为是银白

11、色的,而且感觉到这枚钱币比较轻,密度比较小。图4民国钱,币提问同学们从性质的角度给出了不同的猜想学生可以从与氧气、稀盐酸、硫酸铜反应这三个角度思考它们的化学性质。实验探究:力口热铝片、银片，见图5图6as加妫M片结论铝片熔化,并且失去了光泽,但是熔化的铝并没有滴落下来,好像有一层膜兜着。银片表面没有变化。而镁条是可以点燃的。实验加热民国钱币，见图7。把民国钱币加人稀盐酸中，见图8雷7然KMl机*MSR申总铉及感结论钱币加热后没有燃烧,排除是镁;能和稀盐酸反应,排除是银。我们初步推测其主要成分是铝教师对古钱币的成分测定主要有化学分析法和物理仪器分析法。化学分析法是一切分析方法的基础，属于常量分析

12、法,但对古钱币来说这是一种有损性分析方法。物理分析法主要有:电子探针(EPMA)扫描电镜(SEM)X射线荧光分析(XRF)等口。老师用扫描电子显微镜(Regulus8100,日立高新技术公司)检测了这枚钱币的成分观察微观形貌(见图测定电子能谱见图10),相关数据见表1到10电子傀eICSr.三bemI9CIMOMCMMIOTCVBa11tt11士*nitastnlaK022nWiviQM1M、j.aR3OE6“B.*yU(IeCMQTJCB.11OWiIiO.M.QW11QMMMb.KIOM结论从检测数据中我们发现，这枚硬币中铝元素的重量百分含量最高,达到67.03%o通过定性与定量分析，我们

13、知道这枚民国钱币中的主要金属是铝。4 .总结反思及成果展示学生对项目过程进行总结反思并展示（略）教师古钱币中的金属成分选择与金属的性质密切相关，各个成分的确定涉及古代治金工艺的发展水平,同时,古钱币的锈蚀与保护也都离不开化学知识的学习。随着科技进步和生产水平的提升，近代和现代硬质钱币的材质已经发生了很大的变化。了解金属、研究金属、利用金属,可以更好地为人类文明的进步与发展做出更大的贡献。五、项目教学反思及改进建议本课例以古钱币为载体,利用当地古玩市场淘到的钱币,让学生进行猜想和假设，围绕古钱币中的金属成分开展探究活动，通过实验探究解决问题，并对金属的其他性质开展深度探究,初步形成金属活动性顺序

14、这一认知模型，同时,利用这一认知模型指导分析古钱币的成分。重视以跨学科的视角解决学科中的问题,将古钱币的产生与发展和我国的文明史有机结合,在探究古钱币的过程中，感受前人的智慧,树立民族自信心和自豪感,同时,坚持用学科发展的眼光看待古钱币的发展，为现代钱币的探究做好铺垫。本课例在后续再次施教的过程中做了以下优化。首先,引导学生在查阅资料的基础上,收集并提供不同的古钱币,在此基础上选择钱币开展探究活动。其次,让学生以小组为单位开展调查，了解家族成员和社区居民对古钱币的知晓情况，在调查的基础上,筛选出大家关注的共性问题,融人项目化学习的过程。再次，让学习小组围绕古钱币的发展、金属的冶炼、金属的锈蚀等内容,自主查阅资料,拓宽学生视野和探究兴趣，并思考在大单元背景下,将探秘古钱币的教学贯穿于单元学习,全面发展学生的核心素养。