化工生产中重要非金属元素的项目式学习

张曾栋 莫尊理 杨翠苹 赵存梅 张华敏 包钰涵

摘要：氮与硫及其化合物的教学是不少高中化学教师教学的重难点，学生普遍存在较大的学习困难。作为复习课，学生已经系统学习过本部分内容，但对知识点之间的总体掌握尚欠火候。将学生熟悉的兰州石化搬迁问题作为项目式学习的主题，分析讨论确定本项目的实质问题（即驱动性问题）——解决污染排放，拆解驱动性问题，形成相关的学科子问题，形成一堂硫和氮的复习课，提升学生的化学学科核心素养。

关键词：复习课;氮和硫;项目式学习

文章编号：1008-0546（2022）07-0069-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.017

一、问题的提出

时代的发展和社会的进步对未来的劳动者提出了更高的要求，传统的教育模式逐渐无法满足当下的实际需要，以素养为本的教育成为主流，其核心在于发展学生的必备品格和关键能力，这也是我国课程标准提出的明确要求。有研究表明，基于项目开展的教学，有利于培养学生的核心素养[1]。所谓项目式学习，不同的学者有不同的定义，但他们都认同项目式学习具有以下特征：一是问题性;二是合作性;三是探究性;四是真实性;五是过程性和结果性[2]。综合多位学者的观点以及研究的实际需要，对项目式学习做出如下定义：基于真实的问题，让学生进行合作式的探究学习解决问题的过程，项目式学习既重视过程也看重结果。

元素及其化合物由于知识较为庞杂和琐碎，不易于建立体系，一直是高中化学教学的重点和难点[3]。《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称课标）对该部分内容的教学做出了如下建议[4]（表1）：

可以看出，课标对该部分内容的教学建议十分符合项目式教学的特征，因此，选择项目式学习的方式进行“化工生产中重要非金属元素”的复习课。

二、项目式学习准备

以“作为兰州市市长，是否考虑将兰州石化搬离兰州市”作为核心问题，学生将核心问题拆分为与化学及其他学科相关的具体子问题，通过教师提供的资料包以及学生课前收集的各种资料，学生最终提出一套问题的解决方案。

1.项目背景

在本节复习课之前，学生已经较为系统地学习完几种非金属元素及其化合物的性质等内容，但许多学生对所学内容尚存在困惑。例如不能熟练掌握知识点之间的联系，无法灵活运用所学知识解决现实问题。通过在复习课上使用价类二维图，学生能够在物质转化中建立知识结构体系，初步尝试应用所学知识解决生活中的问题。

兰州石化是兰州学生最熟悉的企业之一，曾经是当地的支柱产业，对兰州社会经济的健康发展发挥着十分重要的作用。在过去，兰州常年灰蒙蒙的天空一直为当地居民所诟病，酸雨和黄河水污染更是直接关系日常生活的老大难问题。将空气污染、水污染、酸雨污染的危害作为背景知识呈现给学生，引入本节课。引导学生去思考交流造成兰州市污染的主要原因，学生查阅相关资料最终锁定最大的污染源——兰石化。进一步启发学生思考，综合考虑兰石化是否应该搬离兰州，分组讨论，各抒己见，提出一套解决环境问题的方案。

2.教学目标

（1）了解空气污染、酸雨等灾害是氮硫化合物燃烧的结果。基于硫和氮的价类二维图培养学生的变化守恒素养。

（2）能够将生活中宏观的酸雨现象和微观的氮硫化合物转化联系起来，培养学生的宏微结合素养。

（3）使用化學的思想和方法解决身边真实存在的社会问题，培养学生的创新意识与社会责任，认识到学好化学的巨大价值。

3.项目拆解

项目式学习的关键在于问题的拆解，学生的思维五花八门，不同的学生存在不一样的思考方式，同一个问题可能会拆分出好几种结果，有一定的盲目性。因此在该过程中，要发挥教师的引导作用，对学生可能会出现分歧的地方及时加以引领和点拨。问题拆解如图1所示。

三、项目学习实施

1.引入

教师活动：多媒体投影兰石化在兰州的重要地位（补充资料）;空气污染的危害;黄河水污染的危害;酸雨的危害（见图2）。

学生活动：观看投影，掌握提供的信息，思考这些现象背后的原因。

设计意图：使得学生认识到环境污染问题的严重性，让学生关心生活，关注社会。

2.展开

教师活动：提出问题，请学生搜集资料，分析造成兰州空气污染、水污染、酸雨污染的罪魁祸首，并展示自己的猜测，说明理由。

学生活动：查阅资料，分析原因，同学之间互相交流讨论，提出多种可能的原因，最终一致认为最大的源头是兰石化。

教师活动：请同学从刚学习的氮氧化合物的角度，推测造成以上现象的原理。

学生活动：学生从价类二维的角度推测是氮和硫在大自然中循环造成了以上问题。

教师活动：既然兰石化是造成以上污染的最大源头，那么是不是应该就把它搬离兰州市呢？请同学们各抒己见，并说明理由。

学生活动：有的学生支持搬离，原因是环保问题，生命安全问题应该放于第一位;有的学生不支持搬离，认为经济发展第一，只需要对相关的生产工艺进行改进，就可以解决这些问题。结合教师提供的资料包得到以下结论：

①在别处也会产生污染，并不会从根本解决环境污染问题;

②搬迁会产生巨大的生产成本，对企业和当地政府财政都会造成沉重的负担，收益很低;

③化工厂的选址要求很高，兰州周边这样的地区很难寻找。

综上分析，确定本项目的实质为解决兰石化的污染物排放问题。

教师活动：请学生分组讨论，兰石化的污染都有哪些？

学生活动：水污染——废水的排放;空气污染——废气的排放。

学生活动：收集资料发现：兰石化的废水排放处理较好，排放的废气中主要成分是氮和硫的氧化物。因此本节课的任务主要是处理废气。

教师活动：请学生画出价类二维图（见图3 和图4），据此设计方案脱硫脱硝。

学生活动：初步设计出两套废气处理装置，分别用来脱硫和脱硝。

常见的脱硫方案

①用NaOH溶液吸收

②用氯水氧化

③催化氧化，制硫酸常见的脱硝方案

①用NaOH溶液吸收

②催化氧化，制硝酸

③催化反应为氮气

教师活动：请学生优化设计方案，设计能够同时吸收氮和硫的方案。

学生活动：对比单独吸收硫和氮的方案，找到可以同时吸收两类物质的方案。

学生设计的可行的方案：

①利用氧化剂氧化（见图5）;②利用碱液吸收（图6）。

方案1原理：将硫和氮的氧化物催化氧化，再通入水中得到硫酸和硝酸的混合物。

方案2 原理：利用 NaOH 和 SO2与 NO2反应，生成对大气无害的Na2SO3、NaNO2和NaNO3。

教師活动：请学生选择可以在工业生产中应用的方案。

学生活动：根据教师提供的资料包，对比两种方案的生产成本和操作难度等多方面因素，选择利用碱液吸收是最优解。

3.总结（项目梳理）

教师活动：捋顺思路，做出总结，系统梳理相关知识。

学生活动：观看，思考，做好笔记和总结。

四、教学反思

本项目选择了兰州当地学生最熟悉的企业——兰州石化作为项目来源，可以在一定程度上激发学生的学习兴趣。在驱动性问题“是否搬离兰州石化”的启发下，学生自主思考，交流讨论，将核心问题拆解为一个个相互关联的子问题，学生的问题分析能力得到了锻炼，表达交流能力获得了提高，创新思维能力受到了训练。在问题解决的过程中，学生需要调用并创造性运用已学过的知识，最后在设计解决方案的时候，要求学生能够具有创新思维，不拘泥于过去固有的思维定式，大胆设想，小心求证，学生的核心素养得到了潜移默化的培养。

同样地，本项目存在一些缺点和不足，首先本项目设计较为宏大，包括地理、经济、化学多门学科的交叉融合。在实际开展的过程中，对教师和学生的能力要求较高，只能将项目简化为污染物处理问题。其次受制于学生自身知识储备的局限性，所设计出来的解决方案在实际生产中无法应用，是一种理想的设计。最后本节课属于复习课，项目式学习耗费时间较长，可能会存在学时不足拖慢整体教学进度的问题。

五、启示

项目式学习是未来教育改革的热点和趋势，在国外项目式学习已经相当成熟，它不仅仅在基础教育阶段受到欢迎，在高等教育阶段也同样适用。在知网搜索有关化学学科的项目式学习期刊文献，发现属于核心及以上的高质量文章数量并不多，这说明在未来，这一领域还有很大的挖掘空间值得探究。项目式学习应该扎根于本土，根据各地实际情况选择合适的项目。鼓励学校开发校本课程，打造项目式学习金课。鼓励不同地区的教师针对项目学习开展研讨交流，东部发达地区教师主动向西部经济落后地区对口帮扶，提供技术指导和教学理念的传授;西部地区的教师也应该能够挖掘自身特点，因地制宜，克服经济不足带来的困难，创造性地巧妙设计项目，经济欠发达地区也同样能够在项目式学习上演奏第一提琴。

六、补充资料

中石油兰州石化公司由原来的兰炼、兰化两家企业合并组建而成，二者均是国家“一五”期间的156项重点工程项目。自 1958年建成投产以来，为国家的建设发展立下了汗马功劳。这里走出了成千上万优秀的石化技术人才，他们将先进的理念、技术、经验带往全国，影响了一代又一代石化人。兰炼兰化被誉为新中国炼油工业和石化工业的“摇篮”，是中国西部地区最大的石化企业。2014年，兰州的自来水出现了苯污染事件，兰州人民开始呼吁将该企业搬出兰州。近年来，随着绿水青山就是金山银山理念的深入人心，搬离兰州石化的呼声日益强烈。

参考文献

[1] 陈颖，王磊，徐敏，尚荣荣，陈松，宁燕丹.高中化学项目教学案例——探秘神奇的医用胶[J]. 化学教育（中英文），2018，39（19）：8-14.

[2] 胡红杏.项目式学习：培养学生核心素养的课堂教学活动[J]. 兰州大学学报（社会科学版），2017，45（6）：165-172.

[3] 宋立栋，刘翠，王磊，史凡.基于项目式教学的含硫物质转化复习教学设计与实施[J]. 化学教育（中英文），2019，40（19）：37-40.

[4] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018：4.