基于项目式学习的跨学科实践：探秘“海洋宝库”与现代制盐工艺-九年级化学教学设计

基于项目式学习的跨学科实践：探秘“海洋宝库”与现代制盐工艺——九年级化学教学设计一、教学内容分析从《义务教育化学课程标准（2022年版）》审视，本节课隶属于“物质的性质与应用”及“化学与社会·跨学科实践”主题范畴。知识技能图谱上，它要求学生基于对溶液、溶解度、结晶等核心概念的理解（认知要求为“理解”与“应用”），系统认识海水这一复杂混合物中资源的多样性，并掌握从海水中获取氯化钠的基本原理——蒸发结晶。这既是“水与溶液”单元知识的综合应用，也为后续学习“生活中常见的盐”及“化学与资源利用”奠定了重要的认知与情感基础。过程方法路径上，课标强调科学探究与工程实践，本节课拟通过“问题提出→资料分析→原理探究→流程设计→模拟实验→评价优化”的完整链条，引导学生体验从化学原理到实际生产的“工程思维”过程。素养价值渗透方面，本课是培育学生“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”的绝佳载体，通过对海水成分及分离过程的层层剖析，深化对物质世界系统性与复杂性的认识。同时，以海洋资源综合利用这一国家战略议题为情境，自然融入“科学态度与社会责任”素养，引导学生关注资源、环境与发展的关系。教学实施前，必须进行立体化学情研判。九年级学生已有基础与障碍并存：他们已掌握溶解、过滤、蒸发等基本操作及溶液相关概念，具备初步的实验探究能力；生活经验中对“晒盐”有模糊认知。然而，其障碍点可能在于：一是将海水简单等同于氯化钠溶液，忽视其作为复杂混合物的本质；二是对现代化工中“综合利用”的系统思维和流程设计感到陌生；三是在跨学科联系（如地理、工程）时可能出现思维转换困难。为此，教学调适策略将聚焦于搭建认知阶梯：通过前测性问题（如“除了盐，海水中还有什么宝贵资源？”）动态诊断起点；在新授环节，利用可视化素材（海水成分饼图、盐田航拍图）化解抽象，通过设计分层探究任务（基础任务聚焦原理，挑战任务涉及流程优化）关照差异；在过程评估中，密切关注小组讨论时学生的发言逻辑与设计草图，及时提供思维“脚手架”，如“从得到粗盐到精制，我们还需要考虑除去哪些杂质？这对应我们学过的哪些分离方法？”。二、教学目标知识目标：学生能够系统阐述海水的主要化学成分及其资源价值；能准确解释利用蒸发结晶法从海水中获取氯化钠的原理，并辨析“日晒法”与“真空蒸发法”的技术特点与适用条件；能概述海水制盐后母液中镁、溴、钾等资源的提取方向，初步建立“综合利用”的概念网络。能力目标：学生能够基于给定信息，与合作者共同设计简化的海水综合利用流程图，并说明各步骤的化学或物理原理；能够安全、规范地完成模拟“海水晒盐”的蒸发结晶实验，并准确观察、记录晶体析出现象；能够从技术、经济、环境等多角度，对不同的制盐或资源提取方案进行初步的比较与评价。情感态度与价值观目标：在小组协作设计流程图的活动中，学生能主动倾听同伴意见，理性权衡不同方案，形成尊重科学、协同攻关的团队意识。在讨论海洋资源开发议题时，能自觉关注资源有限性与可持续发展的重要性，表现出一定的国家海洋资源安全意识与社会责任感。科学思维目标：本节课重点发展学生的“系统思维”与“工程思维”。通过将海水解构为资源系统，引导学生建立“组成分析→分离原理→工艺流程→价值评估”的系统分析框架。在评价优化环节，训练学生运用多因素权衡的思维方式，理解实际化工生产中的条件选择与平衡。评价与元认知目标：引导学生依据“流程设计的科学性、完整性、可行性”量规，对自身或他人的设计方案进行同伴互评。在课堂小结时，鼓励学生反思“本节课我是如何从分散的知识点构建起‘综合利用’整体认识的？”，提升对学习策略的元认知意识。三、教学重点与难点教学重点为：海水综合利用的系统思维建构以及蒸发结晶法从海水中分离氯化钠的原理。其确立依据源于对课程标准的深度解读：“认识物质的性质与应用”要求学生理解物质分离的化学原理，而“化学与社会·跨学科实践”则强调从社会性科学议题出发，培养学生的系统分析与决策能力。本课内容正是“物质分离”原理在“资源利用”这一真实、复杂情境中的综合应用，是连接化学知识与工程实践、个体认知与社会责任的关键节点，构成了本单元乃至本学科重要的“大概念”。从学业评价导向看，涉及混合物分离原理、流程设计与评价的题目，是中考中考查学生高阶思维能力的常见载体。教学难点为：海水综合利用多步分离流程的逻辑构建，以及对化学生产中技术选择所涉及的经济、环境等因素的综合权衡。预设依据主要基于学情分析：九年级学生的逻辑思维正从经验型向理论型过渡，但面对多步骤、多产品的复杂工业流程，仍可能感到信息过载、逻辑链条不清。这源于认知跨度较大，需要将多个单一的分离操作（如蒸发、结晶、过滤）有机整合，并理解每一步的输入与输出。此外，学生习惯于追求“唯一正确答案”，而实际工业生产方案的选择是多方博弈、动态优化的结果，这种“不确定性和权衡思维”对学生而言是新的挑战。突破方向在于，利用可视化流程图作为思维支架，并创设具体的决策情境（如“在土地成本高昂的沿海地区，是否还适合采用传统日晒法？”），引导学生在具体情境中体验权衡。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：制作交互式课件，包含海水成分动态示意图、盐场实景视频、现代真空制盐工艺动画、分层任务卡电子版。准备海水样品、蒸发皿、酒精灯、三脚架、玻璃棒、放大镜等分组实验器材。1.2学习支持材料：设计并打印《“探秘海洋宝库”项目学习任务单》（内含前测问题、实验记录表、流程图设计模板、评价量规、分层巩固练习）。2.学生准备提前预习教材中关于海水成分及粗盐提纯的相关内容。复习溶解、过滤、蒸发等基本操作要点。按异质分组（考虑化学基础、表达能力、动手能力）就座，便于合作探究。3.环境布置教室黑板划分为三个区域：核心问题区、知识建构区（用于张贴学生绘制的流程图草案）、思维方法区（用于提炼本节课的关键思路）。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与认知冲突：教师手持一袋普通食盐和一张展现浩瀚海洋的图片。“同学们，我们每天都会接触到盐，但你有没有想过，这小小一袋盐，和那片广阔的海洋之间，到底藏着怎样的联系呢？有人说‘海洋是地球上最大的资源宝库’，可我们除了得到食盐，还浪费了什么呢？”（此处停顿，引发思考）2.核心问题提出与旧知唤醒：“今天，我们就化身‘海洋化工项目组’的工程师，来共同探究一个核心课题：如何更全面、更聪明地从海水中获取财富？具体要解决两个问题：第一，怎样高效地得到食盐？第二，除了盐，我们还能得到什么，怎么得到？”（板书核心问题）3.路径明晰：“我们的探究将分三步走：先当‘分析师’，摸清海水这个‘宝库’里到底有哪些‘宝贝’；再当‘设计师’，聚焦如何获取最主要的‘宝贝’——食盐，并动手模拟；最后当‘规划师’，尝试为整个‘宝库’设计一份初步的综合开发蓝图。大家之前学过的混合物分离方法，可是我们今天最重要的工具包哦。”第二、新授环节任务一：解码“海洋宝库”——海水成分分析教师活动：展示海水主要成分含量表（以扇形图或柱状图形式呈现）。“请大家仔细观察这份‘宝库清单’，找一找，含量最高的金属离子是什么？除了氯化钠，还有哪些物质具有提取价值？给大家1分钟小组讨论，然后请代表用一句话概括海水的资源特征。”巡视中，提示学生关注图表中的微量成分，如溴、碘等。学生活动：观察图表，进行小组讨论。识别出钠、镁、氯等主要离子，并可能发现钾、溴、碘等元素。尝试概括：“海水是含有多种金属离子和非金属离子的复杂混合物，其中氯化钠含量最高。”即时评价标准：1.能否准确读取图表信息，指出主要成分（Na⁺、Cl⁻、Mg²⁺等）。2.能否超越“盐水”的朴素认知，认识到海水成分的复杂性及多种元素的资源潜力。3.小组讨论时，成员是否都能参与信息解读。形成知识、思维、方法清单：★海水组成认知海水是组成复杂的混合溶液，主要含有Na⁺、Cl⁻、Mg²⁺、SO₄²⁻、Ca²⁺、K⁺等多种离子，以及溴、碘等微量元素。▲资源视角转变教学提示：引导学生从“单纯制盐”转向“综合利用”的视角，这是本课思维的起点。★图表分析能力从化学数据图表中提取关键信息，是科学研究的基本方法。任务二：追寻“白色晶体”——蒸发结晶原理探究教师活动：“明确了目标，我们首先要攻克主角——氯化钠。大家知道，古代就有‘煮海为盐’，现代有大型盐田‘晒盐’，它们的核心化学原理是什么？”（引导学生回忆溶解度、结晶概念）。播放盐田晒盐的延时摄影短片。“看，海水在阳光下静静蒸发，最终析出‘盐花’。这里发生了什么变化？溶质（氯化钠）的质量变了吗？溶剂呢？”引导学生用溶解度曲线图解释：水分减少，溶液由不饱和变为饱和，最终析出晶体。学生活动：观看视频，回顾溶解与结晶的可逆过程。讨论并回答：原理是减少溶剂（水），使溶解的氯化钠结晶析出。氯化钠质量未变，水的质量减少。尝试用溶解度概念描述该过程。即时评价标准：1.能否准确用“蒸发溶剂，使溶质结晶析出”来描述现象背后的原理。2.能否联系溶解度知识，解释“为什么是氯化钠先大量析出，而不是其他物质？”（为后续母液利用埋下伏笔）。形成知识、思维、方法清单：★蒸发结晶原理通过减少溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，进而析出晶体的方法。★变化观念这是一个物理变化过程，物质本身（氯化钠）没有改变。▲条件控制日晒法依赖自然条件（日照、风力），成本低但效率受气候影响大。思考：如何实现更高效、可控的蒸发？任务三：设计“收获路径”——从原理到工艺流程教师活动：“理解了原理，我们能否设计一个从海水到粗盐的简要流程？”提供关键词卡片（海水、蒸发池、结晶池、粗盐、母液）。“请小组合作，在白板上用箭头和关键词摆出你们的流程设计图，并思考：为什么需要多个蒸发池？结晶池得到的母液直接倒掉吗？”参与小组讨论，引导他们思考“分级蒸发”提高效率，以及母液是“新宝库”的入口。学生活动：小组协作，排列卡片，构建流程：海水→（引入）蒸发池（蒸发部分水，浓度增大）→（转入）结晶池（继续蒸发，析出粗盐）→分离得到粗盐和母液。讨论母液的处理，意识到其中富含其他成分。即时评价标准：1.流程设计是否逻辑清晰，体现“先浓缩后结晶”的顺序。2.是否考虑到母液的存在及其潜在价值，体现出“流程产出物”的全面思考。形成知识、思维、方法清单：★海水晒盐工艺流程海水→蒸发池（浓缩）→结晶池（析盐）→粗盐+母液。★化工流程思维将化学原理转化为可操作的、分步骤的工业生产环节。▲母液价值析出氯化钠后的母液，是提取镁、溴、钾等重要化工原料的原料液。提示：这就是“综合利用”的关键一步。任务四：动手“模拟晒盐”——实验观察与记录教师活动：“现在，让我们在实验室里‘模拟’一个小型盐田。各小组请注意安全规范：用玻璃棒搅拌，防止暴沸；加热至蒸发皿中出现较多固体时，停止加热，用余热蒸干。”分发模拟海水（饱和食盐水）。巡视指导，重点观察加热操作是否规范，并提示学生：“大家仔细观察，晶体是从哪里开始出现的？晶体的形状是什么样的？”学生活动：分组进行实验：用量筒取一定量模拟海水倒入蒸发皿，用酒精灯加热，并用玻璃棒不断搅拌。观察蒸发过程中液面下降、边缘出现晶体、晶体逐渐增多的现象。停止加热后，用放大镜观察晶体形状。记录实验现象。即时评价标准：1.实验操作是否规范（特别是加热和搅拌）。2.能否准确描述晶体析出的动态过程（如“边缘先出现，然后向内扩展”）。3.观察记录是否详细、客观。形成知识、思维、方法清单：★实验操作要点蒸发结晶实验需不断搅拌，以防液滴飞溅；近干时停止加热，用余热蒸干。★宏观现象辨识晶体析出是溶液达到过饱和后发生的可见宏观变化。▲晶体形态氯化钠晶体通常为立方体。提示：自然形成的晶体形态可能与实验室快速析出的有所不同。任务五：规划“完整蓝图”——资源综合利用讨论教师活动：“我们得到了粗盐，但作为‘项目组’，任务还没完。那些富含镁、溴的母液，怎么处理？”展示一张海水综合利用的示意图（不包含详细步骤）。“请大家结合示意图和所学知识，以小组为单位，尝试在刚才的制盐流程图后面，‘接龙’设计12个后续资源提取的方向。比如，要提取镁，可能需要加入什么试剂？会发生什么反应？”引导学生回顾金属冶炼、碱的制取等知识，进行跨知识模块联想。学生活动：观察综合示意图，小组展开拓展性讨论。可能提出：向母液中加石灰乳得到氢氧化镁沉淀，再制取镁；或者通过吹入空气将溴离子氧化为溴单质等思路。将想法简要补充到流程图中。即时评价标准：1.提出的后续提取方向是否有一定的化学知识依据（即使不完整）。2.讨论是否体现了“物尽其用、变废为宝”的综合利用思想。形成知识、思维、方法清单：★海水综合利用理念通过一系列化学和物理方法，将海水中多种有价元素分别提取出来，实现资源价值最大化。▲跨知识联系提取镁涉及碱的制取（加石灰乳）、沉淀分离；提取溴涉及氧化还原反应。★系统与权衡完整的化工厂设计是复杂的系统，需权衡技术可行性、经济成本、环境影响等多方面因素。提示：这为我们理解现代工业提供了思维框架。第三、当堂巩固训练1.基础层（全体学生必做）：判断下列说法是否正确，并改正错误之处：（1）海水晒盐是利用氯化钠溶解度随温度变化大的原理。（）（2）从海水中获得粗盐后剩余的母液没有利用价值。（）“请独立思考完成，然后和同桌交换批改，重点说说判断依据。”2.综合层（多数学生挑战）：请根据本节课所学，将以下环节排序，形成海水制取粗盐并初步综合利用的简要流程示意图（部分环节已给出）：A.海水引入蒸发池；B.析出粗盐；C.母液中提取镁；D.海水浓缩；E.母液中提取溴。“这个任务需要理清主线和分支，小组内可以合作完成流程图绘制。”3.挑战层（学有余力学生选做）：资料显示，我国北方某大型盐场采用“日晒法”，而南方某现代化工厂采用“真空蒸发法”。请从地理气候、生产成本、产品纯度等角度，尝试分析这两种技术选择可能的原因。“这是一个开放式问题，没有标准答案，关键在于你的分析是否言之有理，考虑的因素是否全面。”反馈机制：基础题通过同桌互评即时反馈；综合题选取12个小组的流程图草案进行投影展示，由其他小组评价其逻辑是否清晰；挑战题邀请有想法的学生简要分享观点，教师进行点拨和归纳，强调多角度分析问题的方法。第四、课堂小结“旅程接近尾声，请大家闭上眼睛回顾一下：这节课，你的认知地图里增加了哪些关键‘地标’？”邀请23位学生用关键词分享（如：综合利用、蒸发结晶、母液是宝、系统设计）。教师随后进行结构化总结，在黑板的“思维方法区”板书：分析组成→理解原理→设计流程→实验验证→综合评价。“这就是我们今天探索复杂化工问题的一般思路。海洋资源的智慧利用，关乎未来，希望大家能将这份系统思维和责任感带入未来的学习中。”作业布置：必做作业：1.整理本节课完整知识结构图（建议用流程图形式）。2.完成练习册中与本课基础概念相关的习题。选做作业（二选一）：A（拓展型）：查阅资料，了解“盐穴”这种特殊地质结构在能源储备领域有哪些应用，写一篇200字左右的简介。B（探究/创造型）：设计一份面向社区居民的科普小报，主题为“一袋盐背后的科学故事”，需包含海水制盐原理、资源综合利用意义等内容。六、作业设计基础性作业：1.绘制海水晒盐的工艺流程图，并标注各步骤发生的主要变化（物理变化/化学变化）。2.解释“蒸发结晶”法适用于从海水中提取氯化钠的原因。3.列举海水母液中两种可提取的有价值元素，并写出其存在形式（如：镁以Mg²⁺形式存在）。拓展性作业：4.【家庭小实验】在家中厨房，用一碗盐水（可加一两滴酱油模拟杂质）放在窗台，观察自然蒸发下晶体的析出过程，记录所需时间并与课堂实验对比，思考原因。5.以“如果我是盐化工厂长”为题，撰写一份简短报告，说明你将如何平衡提高食盐产量与开展镁资源提取两项任务（可从投资、技术、市场角度简单分析）。探究性/创造性作业：6.小组合作（或独立）完成一项微型调研：通过网络或书籍，调研一家国内著名的海洋化工企业（如天津长芦盐场、山东海化集团），了解其至少两种主要产品及其生产流程，制作一份简易的电子简报或手抄报，在班级专栏展示。七、本节知识清单及拓展★1.海水组成复杂性：海水是含有多种离子（Na⁺,Cl⁻,Mg²⁺,SO₄²⁻,Ca²⁺,K⁺等）和微量元素的复杂混合溶液，不能简单等同于NaCl溶液。这是理解其资源价值的基础。★2.蒸发结晶原理：通过蒸发溶剂使溶液浓缩，达到饱和后继续蒸发，溶质以晶体形式析出。这是从海水中获取氯化钠的核心物理分离方法。★3.海水晒盐工艺流程：典型流程为：海水→蒸发池（多级，初步浓缩）→结晶池（析出NaCl晶体）→得到粗盐和母液。体现了化工生产的步骤化思想。★4.粗盐与母液：析出的固体主要为氯化钠，含少量杂质，称为粗盐。剩余的溶液称为母液（或称苦卤），其中富含Mg²⁺、K⁺、Br⁻等，是重要的化工原料来源。▲5.日晒法与真空蒸发法：日晒法依赖自然条件，成本低、能耗小，但生产周期长、受气候制约、占地面积大。真空蒸发法在密闭设备中降低气压使水的沸点降低，从而在较低温度下快速蒸发，效率高、产品纯度高、易于自动化，但能耗和设备成本高。★6.海水综合利用：指通过一系列化学和物理工序，从海水中提取多种有价物质（如：NaCl用于氯碱工业；从母液提Mg制镁合金；提Br制溴化物；提K制钾肥等），实现资源价值最大化的生产模式。▲7.流程中的化学转化示例（拓展）：从母液提取镁的主要步骤之一：向母液中加入石灰乳（Ca(OH)₂），发生反应：MgCl₂+Ca(OH)₂→Mg(OH)₂↓+CaCl₂，得到氢氧化镁沉淀，再进一步处理制取金属镁。★8.分离方法的选择：根据混合物的性质选择分离方法。海水制盐利用了物质溶解度的差异（蒸发溶剂结晶），后续提纯粗盐可能涉及溶解、过滤（除不溶杂质）、结晶等。★9.变化观念：海水晒盐（蒸发结晶）是物理变化，因为氯化钠分子（或离子）本身没有改变。而从海水中提取溴、镁等涉及化学反应，是化学变化。▲10.系统思维与工程思维：面对海水综合利用这类复杂问题，需要建立系统分析框架（分析成分、设计流程、评估效益），并运用工程思维在技术可行性、经济成本、环境impact等因素间进行权衡与优化。★11.科学态度与社会责任：认识海洋资源的重要性和有限性，树立合理开发、综合利用、保护海洋环境的可持续发展观念，理解化学技术在资源利用中的双重作用。▲12.溶解度曲线的应用（联系与回顾）：海水晒盐主要利用氯化钠的溶解度受温度影响不大的性质，通过蒸发溶剂使其析出。而像硝酸钾这类溶解度随温度变化大的物质，则通常采用降温结晶法。八、教学反思（一）教学目标达成度分析本节课预设的多维目标基本达成。从知识目标看，通过流程图绘制与讲解，大部分学生能清晰表述海水晒盐流程及原理；从能力目标看，实验操作规范，小组设计流程图的活动表明学生初步具备了将原理转化为流程的设计能力。素养目标的达成证据体现在：讨论母液处理时，学生能自发提出“不能浪费”、“要提取别的资源”，体现了“科学态度与社会责任”的萌芽；在对比日晒与真空蒸发法时，部分学生能联想到地理气候因素，展现了跨学科思维的运用。然而，科学思维目标中的“多因素权衡”对于部分学生而言仍显抽象，在有限的课堂时间内，未能让所有学生都深入体验这种复杂的决策过程。（二）教学环节有效性评估导入环节以“一袋盐与一片海”的对比设疑，成功激发了学生的探究欲，实现了快速聚焦。“同学们的眼神告诉我，这个问题问到了点子上。”新授环节的五个任务环环相扣，逻辑链条清晰。任务二（原理探究）到任务三（流程设计）的过渡自然，利用关键词卡片搭建了有效的思维脚手架。任务四（模拟实验）将理论具象化，学生参与度高，“老师，我们组的晶体像小方块！”这样的兴奋汇报证明了动手实践的吸引力。任务五（综合规划）是思维爬坡的关键点，虽然时间稍显仓促，但为学有余力的学生打开了视野。巩固与小结环节的分层练习设计，较好地照顾了差异，但挑战题的分析讨论因时间关系，未能让更多学生发表见解，略显遗憾。（三）学生表现与差异化应对课堂观察可见，学生大致分为三类：第一类（约30%）思维活跃，能主动构建知识联系，在任务五中能提出有依据的后续提取设想，对这部分学生，教师通过追问“你的依据是什么？”引导其深化思考；第二类（约60%）能跟随任务步骤，理解核心知识，完成基础与综合任务，但需依赖小组讨论和教师提示来构建完整图景，针对他