【优秀课例】基于项目式学习的初中化学二氧化碳专题复习

复习课不等于知识点的简单重复与刷题训练。在传统初中化学专题复习课堂中，常常面临知识碎片化、学生被动记忆、学科知识与真实生活脱节等现实困境。《义务教育化学课程标准》明确提出要基于大概念建构，开展项目式学习，落实“做中学、用中学、创中学”，强化跨学科实践，推动核心素养落地课堂。今天为大家推介这节优秀项目式复习课 ——“我是灭火器设计师” 二氧化碳专题复习课。本课以真实工程任务为载体，以 “物质的变化与转化” 学科大概念为统领，依托 “认识化学变化的思维模型”，把二氧化碳制取与性质、酸与碳酸盐、燃烧与灭火等分散知识点融入 “设计灭火器” 完整工程流程，让学生化身设计师，从原理探究、实验验证、方案制图、原型迭代到成果发布，完整经历“化学原理→工程产品”的转化过程，实现知识结构化、思维模型化、实践工程化，为初中化学复习课与跨学科实践教学提供极具参考价值的实践范本。

1 课例背景：跳出刷题，重构复习课的育人价值

九年级二氧化碳专题，是初中化学知识网络中的枢纽章节，串联气体制备、物质性质、酸碱盐反应、燃烧灭火等众多重难点。传统复习模式大多采用 “梳理知识点 — 习题巩固” 的路径，学生能够记忆方程式，却很难解释生活真实问题，更难以理解化学知识如何转化为现实技术产品，学生的变化观、物质转化观念很难真正建立。

项目式教学，是把学生置于真实复杂情境，在解决挑战性任务的过程中习得知识、发展能力、培育素养的教学模式，能够同步训练批判性思维、创新思维、协作实践能力。本节课选取灭火器设计这一贴近生活、兼具安全科普价值的真实工程主题，打破单一学科边界，融合化学、工程设计、物理气体压强、劳动技术等多领域内容。整个项目围绕大概念“物质的变化与转化”展开，该大概念具备三重特征：高度概括性、统摄性、迁移性。

大概念的多角度建构图

概括性：借助灭火器探究，把二氧化碳制备性质、碳酸盐与酸反应、燃烧灭火原理等零散知识编织成立体认知网络；

统摄性：引导学生从反应本质、条件控制、速率调控、能量变化、实际应用多维度理解化学反应，建立调控反应的工程思维，而不仅仅停留在记忆知识；

迁移性：打通学科壁垒，将化学知识迁移到工程结构设计、压强调控、实物制作等真实问题，完成思维模型从理解知识到创新实践的跃迁。

整节课核心工具为“认识化学变化的思维模型”，从宏观、微观、定性、定量四个维度，围绕反应物、反应条件、反应现象、生成物、质量守恒展开分析，成为学生贯穿全程分析问题、设计实验、开展工程设计的思维脚手架。项目总驱动问题为：如何设计和制作灭火器？，项目总计 5 课时，采用课内外结合实施，拆解为 4 个递进子任务：项目导引；原理探究与实验验证；方案设计与工程制图；原型实现与迭代优化；成果发布与综合评价。学生完整走完调研分析 — 原理建模 — 实验探究 — 工程制图 — 原型制作测试优化 — 成果推介全链条实践路径。

2 教学目标：知识、思维、素养三维协同进阶

本课没有把 “记住二氧化碳性质、会写化学方程式” 作为唯一目标，而是将知识掌握、模型建构、工程思维、社会责任融为一体，设置四层教学目标：

1. 思维与信息处理层面：分析不同灭火器工作原理，调用“认识化学变化的思维模型”，从反应物、反应条件、产物维度对比不同技术方案差异，发展证据推理、批判性思维。

2. 科学探究层面：以苏打酸灭火器为研究载体，运用控制变量设计对比实验，能够结合宏观现象、微观本质、定性现象、定量计算多角度解析化学反应，搭建 “化学原理向工程设计转化” 的逻辑链条，落实 “科学探究与实践” 核心素养。

认识化学变化的思维模型

3. 模型与工程思维层面：借助研发记录单，自主应用思维模型开展项目研发，打通实验室二氧化碳制取与灭火器产品之间内在关联，实现从化学方程式到工程图纸的转化，提升模型认知与工程设计思维。

4. 实践与社会责任层面：亲身完成原型制作、迭代优化、产品发布，体验科学原理到实物产品的完整路径，培育质疑精神、创新意识，建立化学技术服务社会的科学态度与社会责任。

3 项目实施全流程：四大子任务，实现思维三次进阶

本节课学生对“认识化学变化的思维模型”的使用经历了感知回忆 — 深化应用 — 自觉远迁移三个认知阶段：调研阶段激活原有模型；实验探究中反复调用深化模型内涵；产品设计制作陌生情境中自主迁移创新。学生认知同步完成三次进阶：大概念思路外显→模型化建构→运用大概念解决陌生复杂问题的功能输出，螺旋式建构 “物质的变化与转化” 大概念。

任务零：项目导引 —— 拆解任务，建立工程思维框架

驱动性问题：如何设计和制作灭火器？需要考虑哪些流程？可以借鉴哪些已有经验？

在项目开启阶段，学生首先了解火灾危害，学习识别火灾类型，掌握灭火器选用与使用常识，建立真实情境认知。学生以小组为单位，借助 AI 工具查阅资料，调研历史上不同类型灭火器的原理、内部结构、适用场景。围绕核心驱动问题开展头脑风暴，完成任务拆解。

学生经过研讨梳理出核心思考问题：

1. 设计制作灭火器完整流程：选定适用场景→确定灭火原理→产品设计→测试优化→成品完成→产品推介；

2. 需要匹配不同火灾类型，确定产品适用场景；

3. 关键设计要素：灭火原理选择、装置结构、材料选型、安全性能、操作便捷度、成本控制；

4. 借鉴已有灭火器的原理、结构开展设计。

教师在此环节主要提供文献与数字资源索引，引导学生拆解大问题，保护学生自主探究，不直接给出标准答案。本环节核心价值，是激活学生旧知，初步建立工程设计的思维框架，不是直接进入实验，而是学会把一个宏大真实项目拆解成一个个可解决的小问题。

任务一：原理探究与实验验证 —— 解密苏打酸灭火器，深化化学变化思维模型

驱动性问题：苏打酸灭火器背后蕴含哪些科学原理与工程逻辑？

本任务是项目的核心探究环节，设置 5 个递进探究活动，学生以灭火器设计师视角，层层解密苏打酸灭火器的药品、状态、酸的种类以及内部结构，全程以 “认识化学变化的思维模型” 作为分析工具，同步开展定性实验、定量计算、数字化实验。

活动 1：辨析 “苏打”，碳酸钠还是碳酸氢钠？

学生结合溶解度资料，猜想灭火器内的苏打溶液，可能是碳酸钠或者碳酸氢钠。教师抛出任务：如何通过实验对比两种物质的灭火潜力？学生小组自主设计控制变量实验，确定自变量、因变量、控制变量，把 “灭火效果” 转化为可观测指标：单位时间反应速率、生成二氧化碳的量。

学生实验方案分析

学生分组实验现场

学生利用气球膨胀、排水集气法收集气体，观察实验现象：相同条件，碳酸氢钠与盐酸反应更加剧烈，相同时间生成更多二氧化碳。由此得出，灭火器选用的是碳酸氢钠。

活动 2：探究碳酸氢钠最佳反应状态

教师抛出工程实际问题：作为设计师，灭火器内部碳酸氢钠应该配成不饱和溶液、饱和溶液，还是饱和溶液加未溶解固体，或是直接用固体？

教师利用三颈烧瓶、压强传感器开展数字化演示实验，采集不同体系反应的压强随时间变化曲线。

数字化压强实验装置及曲线

实验结果清晰显示，饱和溶液加未溶解固体的体系，反应启动最快，压强上升最快。教师从微观视角解析：稀盐酸中存在自由移动氢离子，碳酸氢钠饱和溶液中存在大量碳酸氢根离子，离子自由接触，反应速率远远大于固体直接与酸接触。因此灭火器内部选用饱和碳酸氢钠混合未溶解固体。

活动 3：选择合适的酸：稀盐酸还是稀硫酸？

学生结合定量计算，设计对照实验对比两种酸与碳酸氢钠的反应。实验现象表明同等条件稀盐酸和碳酸氢钠反应速率更快，单位时间产出二氧化碳更多，确定苏打酸灭火器选用稀盐酸。

活动 4：解密灭火器内部结构与选材

结合传统苏打酸灭火器资料：使用时撞击玻璃瓶，瓶体破碎，摇晃之后两种药品接触反应。学生思考药品摆放：碳酸氢钠混合物放在灭火器桶身，稀盐酸密封放置在内部玻璃瓶。进一步讨论筒身材料：不能与酸、碳酸氢钠反应，抗磕碰，成本适宜，综合得出铜质筒身等选材思路。

整个探究活动，实现多重认知发展：从宏观现象走向微观离子解释，从定性观察走向定量计算，打通化学原理和工程结构之间逻辑。教师同步完成板书建构，把反应物、反应调控（浓度、状态）、生成物、压强变化、二氧化碳灭火性质完整串联，将思维模型可视化，帮助学生把零散知识整合为体系化认知。

任务1板书设计

任务二：方案设计与工程制图 —— 从实验室制取二氧化碳迁移到工程产品

驱动性问题：如何运用“认识化学变化的思维模型”完成简易灭火器创新设计？

完成原理探究之后，教学进入知识迁移阶段，实现实验室化学实验向工程产品设计的跨越。教师设置类比任务：对比实验室制取二氧化碳和灭火器产品设计。实验室制备关注原理、装置、操作、气体收集；而灭火器作为产品，需要兼顾反应原理、反应可控性、装置结构、压力输出、安全操作、成本材料。

学生小组开展关键技术论证，多维度评估不同药品组合：碳酸钙与稀盐酸、碳酸氢钠与稀盐酸的优劣，综合反应速率、安全性、药品易得程度，确定选用碳酸氢钠固体 + 15% 稀盐酸作为简易灭火器反应体系。

工程设计要解决核心工程难题：储存的时候固液必须分离，使用的时候可以快速混合，反应生成足够二氧化碳形成喷射压强。学生小组确定材料，完成药品用量定量计算，填写研发记录单，绘制装置草图，标注药品、结构、操作步骤。

学生研发记录单

很多同学选用矿泉水瓶作为筒身，把稀盐酸放置在小试管内部，瓶口用细绳固定，倒置摇晃之后，试管倾倒，酸流出与瓶内碳酸氢钠接触，密闭容器内产生大量二氧化碳，瓶内压强大于外界大气压，打开止水夹实现喷射。

这个环节标志着 “认识化学变化的思维模型”，从分析解释实验现象的工具，转化为创造新产品的设计工具，完成知识的迁移。

任务三：原型实现与迭代优化 —— 制作、测试、改进，体会工程的 “迭代思维”

驱动性问题：依据研发记录单，我们能否完成灭火器制作、测试与迭代优化？

工程产品从来不是一次设计就能完美，迭代优化是工程思维的关键。学生按照研发记录单组装原型，开展气密性检查、灭火性能测试，记录故障，回头修改研发方案，迭代出新的产品版本。课堂实录中学生遇到大量真实问题：

1. 初始版本：碳酸氢钠固体过多，倒立之后固体堵住试管口，酸液无法流出，反应不充分，瓶内压强不足，喷射距离短。学生思考解决方案：试管内增加粗吸管支撑，保证倒立之后液体顺利流出。

2. 新矛盾：普通试管容积有限，盛放稀盐酸太少，灭火持续时间不足。学生继续迭代，更换容积更大的软塑料棒棒冰包装，用来盛放稀盐酸，搭配细吸管，能够放置于矿泉水瓶内部。改进后产品，反应产生足量二氧化碳，喷射距离更远，覆盖范围更广，喷射时间得到提升。

一次次发现故障、分析原因、修改结构、再次测试，让学生真切体会，工程设计不是纸上画图，需要直面现实材料的局限，在矛盾权衡中不断优化，这正是传统化学实验课很难带给学生的体验。教师板书同步聚焦密闭容器压强变化、固液分离与混合的触发机制，把化学变化和压强变化的跨学科逻辑再次梳理巩固。

任务3板书设计

任务四：成果发布与综合评价 —— 从设计师到产品推介者，落实多元评价

驱动性问题：如何向他人推介我们的灭火器产品，展现设计价值？

角色转变，学生从设计者成为产品推介人。小组完成展示方案，面向全班开展产品发布会，讲解设计原理、装置结构、迭代过程、产品优势。本课突破只看 “作品好不好用” 单一评价，开发完整多维评价量规，采用小组自评、组间互评、教师评价三方结合。评价维度覆盖 8 个板块：展示讲解、装置操作、药品用量、灭火效果、创新性、反思迭代过程、实验整理、小组协作。

特别值得关注，评价标准专门设置“反思迭代过程”的评分项：高分标准要求精准定位故障原因，多轮优化并且经过测试验证，鼓励学生重视试错、反思改进，而不是只追求一次成功的完美作品，保护创新试错的价值。本环节实现从技术实践走向社会表达，强化化学技术与社会生活之间联系，培育 “科学态度与社会责任” 素养。

4 课例亮点：破解复习课痛点，实现多重创新

亮点 1：大概念统领，重构复习逻辑，实现知识结构化

传统复习课以知识点为线索，本节课以“物质的变化与转化” 大概念统摄全部教学，把二氧化碳、碳酸盐、酸、燃烧灭火碎片化知识，全部收纳到 “认识化学变化的思维模型” 框架中。学生复习不是背诵方程式，而是学会一套分析化学反应的思维工具，从宏观、微观、定性、定量多角度看待物质变化，实现从点状记忆走向结构化认知。

亮点 2：打通 “科学实验” 与 “工程实践”，落实工程思维培育

这是本节课最突出特色。实验室化学实验追求现象明显、便于观察；工程产品需要兼顾材料、安全、成本、操作、故障容错。本节课让学生看到：化学原理不等于产品。同样的化学反应，想要做成可用灭火器，要解决反应物状态选择、固液隔离触发机制、压强控制、防堵塞等一系列工程难题。学生经历 “设计 — 失败 — 分析 — 改进” 完整迭代过程，建立化学‑技术‑工程跨学科解决真实问题的思路，真正落实新课标跨学科实践的要求。

亮点 3：任务序列化，思维脚手架分层搭建，适配学生认知

5 课时课内外结合，任务层层递进：调研拆解任务→解密原理实验探究→工程图纸设计→原型迭代制作→成果评价发布。“认识化学变化的思维模型” 作为贯穿全程的脚手架，经历激活、深化、自主迁移三个层次。一开始教师引导学生用模型分析已有灭火器，之后学生自主用模型设计实验，最后自主使用模型创造新产品，脚手架逐步 “隐退”，学生思维能力逐步进阶。课堂同时融合传统分组实验、定量计算、数字化压强传感器，实现传统实验与现代技术互补。

亮点 4：多元表现性评价，不只评价知识，更评价思维过程

评价不只看 “灭火器能不能喷”，重点评价方案设计、定量计算、故障归因、迭代改进、小组协作。把试错、反思、迭代纳入评价体系，尊重学生真实实践过程，发挥评价促进学习的功能，实现 “教‑学‑评一体化”。

亮点 5：真实情境兼具安全教育价值，实现学科育人

灭火器主题自带消防安全科普属性，学生在项目过程中掌握火灾识别、灭火器选用常识，把化学学习延伸到生活应急安全教育，实现学科知识与生命安全教育融合，落实科学态度与社会责任素养。

这节经过真实课堂落地的课例，同时也给出教学反思，为一线开展项目式复习课提供可借鉴的经验：

1. 重视大概念建构，正视学生实操短板

项目实践把零散知识整合为知识网络，渗透微粒观、变化观，让学生体会化学的应用价值。同时实践中也暴露出学生实操短板，学生实验操作熟练度不足，药品用量控制不够精准，药品损耗较大。一线教学开展同类项目，需要预留充足实操时间，课前对基础操作做铺垫。

2. 把握项目开放度，做到 “放开思维，稳住过程”

项目式学习不是完全放任学生自由探究。在项目启动阶段，给学生充分空间自主拆解任务，减少教师过度干预，保护探究自主性；探究阶段，借助实验方案、研发记录单、工程图纸把学生内隐思维外显出来，保证探究深度；成果展示阶段，重点复盘解决问题思路，而不是仅仅炫耀成品效果。教学中要搭建适度的学习脚手架，平衡学生自主探究和课堂过程管控，实现 “放开思维、稳住过程”。

3. 复习课可以大胆做项目式重构

很多一线教师会认为复习时间紧张，不适合开展项目式学习。本课给我们重要启发：专题复习完全可以用真实项目作为载体，以大概念为统领，把多个考点融入序列化探究任务。学生在解决真实问题的过程中，主动调用、整合、巩固全部考点，学习的内在动机远远高于刷题训练。当然项目不一定必须 5 课时完整开展，教师可以灵活剪裁，选取部分子任务开展微型项目复习。

4. 重视迭代思维的培育，接纳不完美的学生作品

工程实践必然会出现失败，很多教师课堂追求实验一次成功。本案例启示我们：学生原型作品出现堵塞、喷射效果差等故障，恰恰是最宝贵教学资源。引导学生分析故障原因，修改方案再次测试，比得到一个完美成品更加重要。

6 课例总结：让复习课从 “刷题巩固” 走向 “创造输出”

传统复习课，学生更多是输入、巩固旧知识；而在 “我是灭火器设计师” 项目课堂，学生完成从输入知识→建构模型→创造产品的跃迁。学生不再仅仅是记忆二氧化碳能灭火，而是完整理解：选择什么反应物、什么状态、如何控制反应速率，怎么设计结构实现固液隔离，如何利用压强实现喷射，如何处理产品故障。

本节课深度践行新课标 “做中学、用中学、创中学” 理念，以 “物质的变化与转化” 大概念为魂，以 “认识化学变化的思维模型” 为工具，以工程设计项目为载体，打通化学、工程、物理的学科边界。它向我们展示，初中化学复习课可以跳出刷题模式，把真实生活中的技术产品搬进课堂，让学生化身设计师、工程师，在探究、试错、创造的过程中，同步掌握知识、训练科学探究、建构学科观念、培育工程思维与社会责任感，为初中化学专题复习、跨学科实践教学提供高质量的实践样本。