利用數字化實驗探究餐桌上的醋

田斌 張曹俊 陳俊英 侯家梅 徐少飛 孟變紅

摘 要：本文基于學科核心素養培育的要求和課標的“習得性”，通過項目式學習的教學模式開展化學知識的學習，以高中代表性物質“乙酸”為例，結合物質性質、實際工業生產和生活中的應用，以項目式學習方式呈現了真實情境下教學設計思路和教學實踐過程，概括了項目主題的論證與確定、學習活動的規劃與設計、情境素材的選取與呈現等方面的思路和策略。

關鍵詞：項目式學習 數字化實驗 化學教學

基金項目 全國教育科學規劃課題“基于課標的‘習得性’項目學習教學模式的實踐研究”（FHB170581）

一、設計項目的緣起

1.解讀課標，整合教材，突破重難點

有機物是高中階段所學物質中極其重要的一類物質，項目的實施依賴于課標的指導。課標中指出醋酸是烴的衍生物的重要代表物之一。人教版高中化學必修2第三章《有機化合物》的第三節《生活中兩種常見的有機物》，課標中提到學生通過典型的有機物乙酸能夠認識有機物中的官能團，結合典型實例認識官能團與性質的關系。通過觀察實驗現象、聯系生產生活實際、歸納總結等策略，對乙酸的結構、性質及應用進行學習。同時在乙酸的教學指導中提出，應結合我國釀造技術與食醋文化，開展乙酸的教學，證明食醋中含有乙酸，進而探究乙酸的結構和性質。[1]

選修5《有機化學基礎》中第三章《烴的含氧衍生物》第三節《羧酸 酯》，課標中提到學生復習乙酸結構和化學性質的基礎上，查閱廣泛存在于植物中的萜類化合物（如香精、色素）的形成與乙酸的關系，深入研究羧基官能團的結構特點，并將乙酸的結構和性質遷移到羧酸類化合物。[2]

由于這兩塊內容關聯緊密，我們將必修2中《生活中兩種常見的有機物》與選修5中《羧酸 酯》的知識進行整合，形成與“乙酸”相關的教學資料。確定了項目學習的課題為“利用數字化實驗探究餐桌上的醋”。項目實施的開展周期為10學時。項目學習突破傳統教學方式，利用數字化實驗儀器對所學知識進行探究。

2.知識聯系生活，學以致用

“醋”是我們生活中常見的調味品，在人們生活中扮演著很重要的角色。古語中就曾說“居家開門七件事，柴米油鹽醬醋茶”。山西盛產醋，不僅是因為原料資源豐富，主要還是因為山西人愛吃醋。與山西老陳醋同樣馳名的，還有鎮江香醋、保寧醋、永春老醋等，這也說明對醋的嗜好不只限于山西人。那么醋中主要成分是什么，它有怎樣的結構和性質呢？結合這一實際問題，展開“利用數字化實驗探究餐桌上的醋”項目，讓學生了解乙酸的結構、性質和應用，將所學知識與生活實際相聯系。

二、項目設計與實施

1.研討項目，設計驅動任務

在確定了項目課題后，組織教研組和備課組的教師開展了多次項目研討會，主要研討了項目的流程，并不斷進行優化。

2.項目學習目標

（1）學生通過觀看醋文化視頻、觀察日常生活中在餐桌上出現的醋品，以及對醋廠的參觀，了解醋的生產原理與流程。

（2）學生通過查閱資料，了解食醋中各成分的作用，培養學生們的“宏觀辨識與微觀探析”素養。

（3）利用數字化實驗儀器，設計對比實驗，測定食醋中醋酸的含量，培養學生們的“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”素養。

（4）綜合理論分析和實驗驗證，形成學習報告，以小組為單位進行匯報，分享自己的學習經歷和感受，培養學生們的“科學態度與社會責任”素養。

3.項目實施過程

任務1：參觀醋廠，了解流程，感受醋文化

作為醋的故鄉，在民間至今有做醋的遺風。人說山西好地方，地肥水美醋更香。山西人善制醋，是因為山西人愛吃醋，而山西人愛吃醋也真可稱為全國之最，在山西民間有無醋不成味之說。帶著山西人對醋的一種特殊感情，學生們觀看了山西老陳醋紀錄片、參觀了東湖醋園（圖1），對餐桌上的醋產生了濃厚的興趣。參觀過程中學生了解了食醋的釀造工藝：原料粉碎→潤糟→蒸料→出甑冷卻→冷卻加曲→拌大曲→發酵→薰醋坯→淋醋→鑒定成品。

參觀完醋廠，看完紀錄片，學生們不禁被老陳醋的歷史和釀造工藝所吸引。作為中國醋業的活化石，寧化府益源慶已經不單單是一個商業字號，而是山西人的一種標志和形象。我們應該傳承和弘揚它，使其在時間的長河中熠熠生輝。這更增加了學生們對醋知識學習和探究的欲望。

任務2：設計實驗，進行對比，測定醋酸含量

食醋的主要成分是醋酸，醋酸即為乙酸。學生學習乙酸的結構，結合初中所學知識，推斷其性質，利用滴定原理，同時結合滴速傳感器和pH微型傳感器，設計實驗測定不同食醋和果醋飲料中醋酸的含量（圖2）。

材 料：0.1 mol/L NaOH、0.1 mol/L HCl、白醋、寧化府老陳醋、紫林陳醋、果醋爽（果醋紅和果醋黃）、蒸餾水。

儀 器：燒杯、滴定管、鐵架臺、pH微型傳感器、滴速傳感器。

實驗原理：

采用酸堿滴定的方式（用0.1 mol/L的NaOH滴定不同濃度的醋酸溶液）測定醋酸溶液的pH，進而算出溶液中氫離子濃度。因白醋、寧化府老陳醋、紫林陳醋商品標簽顯示醋酸濃度較高，所以稀釋后進行滴定，得出數據后再換算回原溶液濃度。果醋爽為醋酸飲料，其中所含醋酸濃度較低，可直接滴定。

在化學計量點前后加入少量的酸或堿使溶液的pH發生突變的現象稱為滴定突躍。所謂滴定突躍，即計量點前后± 0.1% 誤差范圍內溶液pH的變化范圍。滴定分析一般借助指示劑指示終點，而滴定突躍是選擇指示劑的依據，這正是研究滴定突躍的意義。[3]

根據pH = -lg[H+]計算氫離子濃度，比如pH = 3，那么氫離子濃度就是10-3 = 0.001 mol/L。

為了更好地表示溶液的酸堿性，科學家提出了酸度（AG）的概念，AG = lg[c（H+）/c（OH-）]。

實驗過程：

（1）用0.1 mol/L NaOH滴定0.1 mol/L HCl，認識滴定曲線。

（2）用0.1 mol/L NaOH滴定白醋，得出滴定曲線。

（3）寧化府老陳醋、紫林陳醋、果醋爽測定方法同上。

實驗記錄：得到5條滴定曲線，見圖3、圖4。

數據處理：在圖象上找出斜率最大的一點（即滴定終點），并記錄下此時所用氫氧化鈉溶液的體積，根據c1V1 = c2V2求出酸度，見表1。

結果分析：

（1）酸度排序：白醋>寧化府老陳醋>紫林陳醋>果醋爽。

（2）實驗得出的結果在標簽范圍內。

任務3：拓展范圍，深入了解

醋不僅僅是一種調味品，也不僅僅是一種弱酸，它還有很多的功效。學生上網查閱資料，了解更多有關醋的應用。

任務4：展示成果，交流匯報

展示學生的學習成果，是對學生學習能力的充分肯定，是對學生學習興趣的極大鼓勵。學生在準備成果的過程中，知識和能力都得到了提升（圖5）。

任務5：學生總結項目學習體會

學生在數字化實驗儀器的輔助下，能直接探究食醋的化學性質，認識乙酸的結構和性質的關系，也更加明白了學以致用的重要性。有效地將碎片化知識合并，減輕學生學習負擔的同時，也培養和落實了學生的化學學科素養。[4]

三、項目總結及評價

項目實施過程中，每完成一個環節，教師和學生都做總結，分析并反思這一環節出現的問題，及時對下一環節計劃做出調整。數字化實驗的引入，有效解決了教學的難點，讓學生能夠更直觀和具體地了解反應的變化過程。

1.教學目標達成評價

在項目實施前，已經制訂了比較詳細的目標要求。在項目開展過程中，學生表現出了極大的熱情、豐富的想象力和活躍的思維，一次次碰撞出閃亮的思維火花，推動著教學的進程。有了數字化實驗儀器的輔助，學生在化學學習的方法和態度方面有了明顯的變化。學生的學習不再是枯燥的被動接受知識，而是真正成了學習的主體，很好地達成了項目學習的知識目標和能力目標。[5]實踐再次證明，學生的主動學習是最有效的學習方式。

2.教學改革效果評價

項目學習的開展，在學習內容上，始終要堅持源于教材，但不應拘泥于教材，應該將知識的學習放在社會生產實際、學生的生活經驗和學科的大背景下；在學習方式上，不能用傳統的灌輸式教學，而應通過豐富多彩的、多元化的活動，通過先進的儀器設備讓學生感受、參與和體驗知識的生成過程；[6]在教學目標上，我們不應單純地追求知識的落實，而是應該從知識、能力、素養上全面發展。[7]

3.學生能力的提升

通過項目學習的方式，學生能夠真正地自己參與知識的學習，提高學生的思維能力、動手能力和創新性研究。[8]在給學生布置任務時，可以給學生更多的創新空間。在該項目學習的過程中，學生不僅能夠自主設計實驗過程、實驗報告，還能積極地討論，發現問題、探究問題和解決問題。學習的最終目的是在獲得知識的同時能夠掌握學習的方法并提升自我學習的能力。項目學習恰恰可以實現這一目的。

通過本項目的學習，學生不僅掌握了乙酸的結構和性質，優化了學習方法，還提高了分析解決問題和動手操作的能力，有效提升了化學學科素養，為我們的教學改革提供了可靠的素材，也是我們繼續開展項目學習的動力。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 畢傳學，江合佩.基于核心素養的情境探究教學實踐與反思：以“重要的有機物專題復習”為例[J].化學教與學，2018（05）：32-36+25.

[3] 蔣永貴，吳俊明.新課程背景下的數字化實驗室及其在中學理科教學中的應用[J].中國電化教育，2006（11）：45-48.

[4] 蔣梅.活動教學在高中化學教學中的實踐分析[J].新課程導學，2018（05）：62.

[5] 徐涵.項目教學的理論基礎、基本特征及對教師的要求[J].職教論壇，2007（06）：9-12.

[6] 王愛勝.2017，新課標下的課堂展望[J].中國信息技術教育，2017（01）：10-11.

[7] 王磊.基于學生核心素養的化學學科能力研究[M].北京：北京師范大學出版社，2017.

[8] 邱激揚.項目學習模式下化學校本課程的設計和應用：以“水的探究之旅”項目學習為例[J].化學教與學，2017（02）：27-28+57.