基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

【摘" 要】 文章旨在探討如何將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)應(yīng)用于高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以提升學(xué)生的科學(xué)探究能力和實(shí)驗(yàn)技能。文章以人教版選擇性必修二中第三章第四節(jié)“配合物與超分子”的第一課——“配合物的性質(zhì)及應(yīng)用”為例，詳細(xì)闡述了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用過(guò)程。實(shí)踐結(jié)果表明，這種教學(xué)方法不僅能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，還能夠培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作精神和問(wèn)題解決能力，幫助他們夯實(shí)化學(xué)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)設(shè)計(jì)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中化學(xué)教學(xué)中占據(jù)著舉足輕重的地位。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅能直觀地觀察和理解化學(xué)現(xiàn)象，還能親身體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，從而培養(yǎng)科學(xué)研究的方法與態(tài)度。然而，傳統(tǒng)的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往存在內(nèi)容單一、方法陳舊、學(xué)生參與度不足等問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果不盡如人意。為了改善這一狀況，將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)引入高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤為重要。本文特選取“配合物的性質(zhì)及應(yīng)用”這一主題，深入探討基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，以期為提高高中化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量與效果提供有益的參考。

一、教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)狀

“配合物的性質(zhì)及應(yīng)用”作為人教版選擇性必修二第三章第四節(jié)“配合物與超分子”的第一課時(shí)內(nèi)容，無(wú)疑是高中化學(xué)課程中的核心組成部分。該章節(jié)系統(tǒng)涵蓋了配合物的概念、形成機(jī)制、性質(zhì)特征以及廣泛應(yīng)用等多個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，如何巧妙設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)，以幫助學(xué)生構(gòu)建起完整的知識(shí)體系，成為亟待解決的問(wèn)題。

然而，當(dāng)前這部分內(nèi)容的教學(xué)現(xiàn)狀卻不盡如人意。在教學(xué)方式上，理論講解往往占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生主要通過(guò)書(shū)本知識(shí)和教師的口頭傳授來(lái)獲取關(guān)于配合物的相關(guān)概念和原理。這種教學(xué)方式缺乏直觀的體驗(yàn)和親身的實(shí)踐操作，使得學(xué)生在理解上存在一定的困難。尤其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生動(dòng)手探究配合物性質(zhì)的機(jī)會(huì)相當(dāng)稀缺，這在很大程度上限制了他們對(duì)知識(shí)的深度理解。此外，在知識(shí)的應(yīng)用方面，教學(xué)中對(duì)配合物在實(shí)際生活和生產(chǎn)中的具體應(yīng)用介紹往往不夠深入全面。這導(dǎo)致學(xué)生難以深切領(lǐng)悟到所學(xué)知識(shí)的實(shí)際用途和價(jià)值，從而影響了他們的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。再者，由于配合物的概念相對(duì)抽象，所涉及的化學(xué)鍵和結(jié)構(gòu)又較為繁雜，學(xué)生在理解這些知識(shí)時(shí)往往面臨較大挑戰(zhàn)。因此，改革現(xiàn)有教學(xué)方式，引入更多實(shí)踐性和探究性的教學(xué)環(huán)節(jié)尤為重要。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)理念

本教學(xué)設(shè)計(jì)以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為核心，巧妙地將“配合物的性質(zhì)及應(yīng)用”這一知識(shí)內(nèi)容融入具體的項(xiàng)目任務(wù)之中。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，著重通過(guò)探究性實(shí)驗(yàn)來(lái)揭示配合物的性質(zhì)及應(yīng)用。以問(wèn)題為引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出假設(shè)，并自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。在此過(guò)程中，學(xué)生需要仔細(xì)觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終得出結(jié)論。這樣的教學(xué)方式旨在讓學(xué)生在實(shí)踐中深入理解化學(xué)原理，提升他們的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)探究能力。

本教學(xué)設(shè)計(jì)特別圍繞藥物配合物展開(kāi)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，旨在讓學(xué)生通過(guò)深入探究藥物配合物的性質(zhì)和應(yīng)用，深刻理解化學(xué)知識(shí)在醫(yī)藥領(lǐng)域的重要作用。以解決藥物配合物相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入學(xué)習(xí)。首先，讓學(xué)生了解常見(jiàn)藥物配合物的種類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為他們打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。然后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究藥物配合物的性質(zhì)，如穩(wěn)定性、溶解性和生物活性等，讓學(xué)生在實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

在探究過(guò)程中，注重培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析處理和問(wèn)題解決方面的能力。同時(shí)，組織學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解藥物配合物在臨床治療中的應(yīng)用案例，以及研發(fā)過(guò)程中的挑戰(zhàn)和解決方案。通過(guò)小組討論和匯報(bào)，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和交流表達(dá)能力，還讓他們?cè)趯?shí)踐中感受到了化學(xué)知識(shí)的魅力和價(jià)值。

三、教學(xué)目標(biāo)

本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：1. 了解典型配合物的組成，認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)單配合物的配位體和配位數(shù)；2. 通過(guò)將已有的“沉淀轉(zhuǎn)化”知識(shí)遷移至難溶電解質(zhì)與配合物之間的相互轉(zhuǎn)化，搭建配合物電離平衡模型；3. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比相同金屬離子在形成配合物前后發(fā)生的變化，體會(huì)配合物中配離子的穩(wěn)定性，能結(jié)合典型實(shí)例從配位鍵強(qiáng)度解釋配合物的穩(wěn)定性。

四、教學(xué)過(guò)程

（一）情境創(chuàng)設(shè)

［資料］介紹生活中的一種常見(jiàn)燙傷藥磺胺嘧啶銀乳膏，英文名：Sulfadiazine Silver Cream，化學(xué)名：N-2-嘧啶基-4-氨基苯磺酰胺銀鹽，分子式：C10H9AgN4O2S。這是一種配合物，藥品類別外科用藥及消殺用藥性狀，為乳劑型基質(zhì)的白色乳膏。貯藏密閉，在涼處避光保存。本品用于預(yù)防或治療燒傷繼發(fā)創(chuàng)面感染。

［提出問(wèn)題］磺胺嘧啶銀可以長(zhǎng)效抗菌防止細(xì)菌感染的原因。

（二）任務(wù)一：探究配合物的結(jié)構(gòu)

［教師］氨氣易與氫離子結(jié)合生成銨根離子（NH3+H+=NH4+）。

［活動(dòng)1］NH3分子容易與H+結(jié)合成NH4+，請(qǐng)同學(xué)們從結(jié)構(gòu)角度分析。

［學(xué)生］1. 畫(huà)出氨氣分子、氫離子和銨根離子的電子式；2. 通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)氫離子核外沒(méi)有電子只有空軌道，氨氣分子有一對(duì)孤電子對(duì)，一個(gè)銨根離子存在四條氮?dú)涔矁r(jià)鍵。

［教師］在銨根離子中，氨氣分子與氫離子間形成的化學(xué)鍵是由氨氣分子提供一對(duì)孤電子，氫離子提供空軌道接受氨氣分子提供的孤電子對(duì)形成的，這類“電子對(duì)給予—接受”的鍵定義為配位鍵，它是一類特殊的共價(jià)鍵。

［活動(dòng)2］借助元素周期表，尋找組成配位鍵的元素，嘗試解釋抗菌劑的抗菌原理。

［學(xué)生］抗菌藥中的銀離子具備比較強(qiáng)的殺菌功能。它可以與細(xì)菌的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜以及細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、酶等生物大分子結(jié)合，干擾細(xì)菌的正常生理功能，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。銀離子還能抑制細(xì)菌的呼吸作用和DNA復(fù)制。

［教師］形成配位鍵的條件有：1. 形成配位鍵的原子一方可以提供孤電子對(duì)，如NH3、H2O、HF、CO等分子，Cl-、OH-、CN-、SCN-等離子。2. 成鍵的原子另一方可以提供空軌道，如H+、Al3+、B及過(guò)渡金屬的原子或離子。

［資料］通常情況下，一方是金屬離子或原子（稱為中心離子或原子），另一方是某些分子或離子（稱為配位體或配體），它們之間以配位鍵結(jié)合形成的化合物，簡(jiǎn)稱為配合物。配合物溶于水易電離為內(nèi)界配離子和外界離子，內(nèi)界配離子一般很穩(wěn)定，不易電離，但有些配合物不存在外界。高中化學(xué)常見(jiàn)的配合物：K3［Fe（SCN）6］、［Ag（NH3）2］Cl、［Cu（NH3）4］SO4等。

［活動(dòng)3］設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究［Ag（NH3）2］+的解離平衡。取少量0.1mol/L的NaCl溶液于試管中，向其中滴加幾滴AgNO3溶液，觀察到試管中產(chǎn)生難溶于水的白色的AgCl沉淀，再慢慢滴加氨水，振蕩，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

［學(xué)生］討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案1：在含有［Ag（NH3）2］+溶液中滴加KI溶液，預(yù)測(cè)有黃色沉淀生成；實(shí)驗(yàn)方案2：在含有［Ag（NH3）2］+溶液中滴加NaCl溶液，預(yù)測(cè)有白色沉淀生成。

［教師］在0.1 mol/LNaCl溶液中滴加幾滴AgNO3溶液后，溶液中依然含有未反應(yīng)的氯離子，因此選擇方案1更合理。

（三）任務(wù)二：探知配合物的穩(wěn)定性

［資料］配合物種類是非常多的，新的配合物也會(huì)因?yàn)榧姺睆?fù)雜的有機(jī)化合物配體而層出不窮，已知的配合物品種已超過(guò)幾百萬(wàn)種，是一個(gè)非常大的化合物家族，不同的配合物穩(wěn)定性也不同。

［實(shí)驗(yàn)探究1］探究硫酸銅溶液中銅離子的存在形式。取少量硫酸銅固體放入燒杯中，加足量的水溶解，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄。

［活動(dòng)1］試根據(jù)以上存在形式改寫(xiě)CuSO4-5H2O化學(xué)式，找出內(nèi)外界、中心離子、配體和配位數(shù)。

［學(xué)生］CuSO4-5H2O的寫(xiě)法可以寫(xiě)成［Cu（H2O）4］SO4-H2O，［Cu（H2O）4］2+是內(nèi)界，SO42-是外界，中心離子是銅離子，配體和配位數(shù)分別是水分子和4。

［實(shí)驗(yàn)探究2］探究一水合硫酸四氨合銅的形成。取少量配制好的CuSO4溶液于試管中，向試管中滴加幾滴1 mol/L氨水，繼續(xù)添加氨水并振蕩試管。

［教師］向盛有硫酸銅溶液的試管里慢慢滴加氨水，生成難溶物的原因是氨水是堿性溶液，電離出的氫氧根離子可與銅離子生成難溶解的氫氧化銅：Cu2++2NH3·H2O=2NH4++Cu（OH）2↓

［活動(dòng)2］描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終得到的溶液還是CuSO4溶液?jiǎn)幔拷Y(jié)合實(shí)驗(yàn)探究1的學(xué)習(xí)成果，推測(cè)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。

［學(xué)生］繼續(xù)添加氨水，難溶物逐漸溶解，最終得到深藍(lán)色的透明溶液，深藍(lán)色是由于存在［Cu（NH3）4］2+，它是銅離子的另一種常見(jiàn)配離子，中心離子仍然是銅離子，而配體是氨氣分子，配位數(shù)為4。

［活動(dòng)3］實(shí)驗(yàn)探究2沉淀溶解后得到深藍(lán)色的一水合硫酸四氨合銅溶液，請(qǐng)結(jié)合平衡移動(dòng)原理去解釋沉淀的溶解過(guò)程。

［結(jié)論］不同的配位鍵其強(qiáng)弱是不一樣的，一些配合物很穩(wěn)定，另一些很不穩(wěn)定，并且配合物更易轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性更強(qiáng)的配合物。很多過(guò)渡族金屬元素的離子在結(jié)合配體方面具有很強(qiáng)的結(jié)合力，因此，過(guò)渡金屬元素的配合物要比主族金屬元素的配合物多得多。

（四）任務(wù)三：探討配位化學(xué)的未來(lái)發(fā)展

［資料］自從科學(xué)家在偶然中發(fā)現(xiàn)順鉑具有抗癌活性以來(lái)，現(xiàn)在鉑族金屬藥物是最為活躍的抗癌藥物研究和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域之一。

［活動(dòng)1］第二代鉑族抗癌藥物卡鉑的水溶性和穩(wěn)定性都比第一代順鉑好，試著從結(jié)構(gòu)角度分析其原因。

［學(xué)生］分小組進(jìn)行討論。

［教師］水溶性方面：順鉑中的氯原子是相對(duì)疏水的基團(tuán)，而卡鉑中的1，1-環(huán)丁二羧酸基團(tuán)具有更多的親水官能團(tuán)，增加了分子整體的親水性，從而使得卡鉑在水中的溶解性更好。穩(wěn)定性方面：順鉑中的氯原子在生理環(huán)境中較容易離去，導(dǎo)致順鉑發(fā)生水解等反應(yīng)，從而降低其穩(wěn)定性。而卡鉑中的1，1-環(huán)丁二羧酸基團(tuán)與鉑的結(jié)合相對(duì)更穩(wěn)定，不易在生理?xiàng)l件下輕易解離，使得卡鉑具有更好的穩(wěn)定性。

［資料］南京大學(xué)郭子建院士、王曉勇教授開(kāi)發(fā)了以TREM2為靶標(biāo)的鉑類抗癌配合物，通過(guò)重塑腫瘤微環(huán)境提高化學(xué)免疫治療效果。

［總結(jié)］配合物廣泛存在于自然界中，尤其是生命體中。此外，配合物在信息材料、光電技術(shù)、激光能源等光電磁功能材料和化學(xué)生物學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，且有廣闊的前景。

（五）總結(jié)反思及成果展示

［學(xué)生］對(duì)項(xiàng)目過(guò)程進(jìn)行總結(jié)反思并展示。

［教師］1. 以學(xué)生為中心，提升學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、積極探索，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力和問(wèn)題解決能力。2. 聯(lián)系生活實(shí)際，將配合物的知識(shí)與日常生活、藥物合成中的實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。3. 強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)探究，通過(guò)設(shè)計(jì)豐富多樣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過(guò)程，觀察現(xiàn)象、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，從而深入理解配合物的性質(zhì)。4. 構(gòu)建知識(shí)體系，幫助學(xué)生梳理配合物的相關(guān)概念、性質(zhì)和應(yīng)用，構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)框架，促進(jìn)知識(shí)的整合和遷移。5. 培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)，注重培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究能力、創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)責(zé)任等。

五、項(xiàng)目教學(xué)反思及改進(jìn)

該課例項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)緊扣教學(xué)目標(biāo)，不僅讓學(xué)生親身體驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，還培養(yǎng)了他們的實(shí)驗(yàn)操作和觀察能力。將配合物的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用緊密相連，幫助學(xué)生建立了知識(shí)與生活的聯(lián)系，增強(qiáng)了他們學(xué)以致用的意識(shí)。在后續(xù)再次施教的過(guò)程中可以適當(dāng)增加理論知識(shí)的講解時(shí)間，并采用多樣化的教學(xué)方法，如案例分析、小組辯論等，加深學(xué)生對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)的理解。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，提前組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)策略的討論，提高他們應(yīng)對(duì)突發(fā)問(wèn)題的能力，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的指導(dǎo)和反饋，引導(dǎo)他們更規(guī)范、科學(xué)地記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，教師可以設(shè)置一些開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)或問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生提出獨(dú)特的解決方案。此外，提供更多的創(chuàng)新案例和前沿研究成果，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，組織創(chuàng)新思維訓(xùn)練活動(dòng)，如頭腦風(fēng)暴等，讓學(xué)生在交流中碰撞出創(chuàng)新的火花

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