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

《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。

(2)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,共设计了六个实

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)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1

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](1)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?

[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,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,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

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。[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

[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、铂、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[10]。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“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。

(2)由镁或铝制成,因为是银白色的,而且感觉到这枚钱币比较轻,密度

比较小。

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:加

热铝片、银片，见图5 图6

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

[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[1]。老

师用扫描电子显微镜( Regulus 8100,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

[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%。通过定性与定量分析，我们知道这枚民国钱币

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。