面對(duì)真問題培養(yǎng)科學(xué)決策能力

一、項(xiàng)目緣起

項(xiàng)目教材編寫的一個(gè)核心任務(wù)是確立項(xiàng)目。一個(gè)好項(xiàng)目需要涵蓋課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的課程內(nèi)容，涵蓋某個(gè)化學(xué)專題的核心知識(shí)，承載化學(xué)學(xué)科思想方法和學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，有助于學(xué)生建立化學(xué)學(xué)科主要活動(dòng)類型的經(jīng)驗(yàn)圖式。除此之外，項(xiàng)目應(yīng)該貼近生活、貼近社會(huì)、真實(shí)、有意義，確立學(xué)生感興趣、具有挑戰(zhàn)性和可操作性的任務(wù)。

金屬是初中化學(xué)核心的教學(xué)內(nèi)容，義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)“身邊的化學(xué)物質(zhì)”主題中 “金屬與金屬礦物”規(guī)定：了解金屬的物理特征，認(rèn)識(shí)常見金屬的主要化學(xué)性質(zhì)，了解防止金屬腐蝕的簡單方法；知道一些常見金屬（鐵、鋁等）礦物，知道可用鐵礦石煉鐵；知道在金屬中加入其他元素可以改變金屬材料的性能，知道生鐵和鋼等重要合金；認(rèn)識(shí)金屬材料在生產(chǎn)、生活、社會(huì)發(fā)展中的重要作用；認(rèn)識(shí)廢棄金屬對(duì)環(huán)境的影響和回收金屬的重要性。

將這些主要內(nèi)容繪制成知識(shí)結(jié)構(gòu)圖（見圖1），不難挖掘出如下的化學(xué)學(xué)科思維方法：金屬物質(zhì)的性質(zhì)與材料的關(guān)系；材料問題的基本分析框架（材料的性能、成本、使用）；從化學(xué)視角分析金屬材料選用的思路方法；研究一類物質(zhì)的性質(zhì)的思維方法（一類物質(zhì)的共性、差異性）。

日常生活中與金屬材料密切相關(guān)的學(xué)生感興趣的問題是：金屬制品的使用。學(xué)生對(duì)金屬制品的了解并不多。由于感覺熟悉，人們對(duì)金屬制品的使用不依據(jù)說明書，使用中存在較多的不合理。例如，用金屬保溫杯盛裝牛奶、梨水，鐵制炒鍋清洗后不擦干，用鋁鍋盛放剩菜等。此外，由于金屬制品使用的廣泛性和豐富性，人們面臨較多科學(xué)選擇和使用的問題，這些問題與金屬的性質(zhì)、金屬的腐蝕與防腐密切相關(guān)。

綜合多方面因素確立項(xiàng)目為：合理使用金屬制品。該項(xiàng)目能夠涵蓋金屬的存在、性質(zhì)、制備和用途等內(nèi)容，有穩(wěn)定的金屬材料認(rèn)識(shí)領(lǐng)域和金屬研究對(duì)象，有明確和獨(dú)立的本源性問題（如金屬制品的選擇和使用），有真實(shí)的客觀存在和應(yīng)用（如日常生活中的金屬制品），需要獨(dú)特的認(rèn)識(shí)角度和認(rèn)識(shí)思路（如金屬的性質(zhì)、金屬的制備、金屬的使用），與“化學(xué)與社會(huì)發(fā)展”專題中的材料、健康、環(huán)境等內(nèi)容有實(shí)質(zhì)性聯(lián)系，能夠幫助學(xué)生建構(gòu)從化學(xué)視角進(jìn)行材料選擇和使用的思路方法。

為了讓學(xué)生能夠把獲得的核心知識(shí)和解決問題的思路方法闡述表達(dá)出來，并且進(jìn)行深入理解與運(yùn)用，為了促進(jìn)人們使用金屬制品的日常行為更加科學(xué)合理，確立項(xiàng)目作品——“合理使用金屬制品”宣傳手冊(cè)，引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)社區(qū)進(jìn)行宣傳。

二、項(xiàng)目整體線索

為了制作“合理使用金屬制品”宣傳手冊(cè)，需要解決宣傳手冊(cè)的內(nèi)容和呈現(xiàn)形式兩方面的問題。首先是內(nèi)容，需要尋找人們使用金屬制品過程中存在的問題，然后分析原因，找到合理做法。為了能夠分析解決金屬制品的使用問題，需要認(rèn)識(shí)金屬制品和研究金屬的性質(zhì)。金屬制品的材料選擇、制備和使用中的核心問題是：腐蝕。這與金屬的性質(zhì)密切相關(guān)，是金屬一類物質(zhì)的共性問題，也體現(xiàn)出差異性。人們關(guān)于金屬制品，面臨的首要問題是“選擇”，由于金屬制品使用的廣泛性，再加上同類制品的豐富性，人們常常面臨著如何選擇金屬制品，緊接著是購買后如何正確使用的問題。因此本項(xiàng)目的主要任務(wù)包括：認(rèn)識(shí)金屬制品，發(fā)現(xiàn)問題→研究金屬的性質(zhì)、金屬制品材料的選擇→研究金屬制品的腐蝕與防腐→研究金屬制品的選擇和使用→走進(jìn)社區(qū)。（見圖3）

按照任務(wù)線索，階段性地完成項(xiàng)目作品，依次為：介紹金屬制品的主要成分，依據(jù)金屬性質(zhì)、金屬制品性能分析金屬制品的材料選擇；介紹金屬制品易被腐蝕的原因及其實(shí)質(zhì)，進(jìn)而分析解決日常生活中金屬制品的防腐問題，提出合理建議；通過項(xiàng)目研究，教師結(jié)合實(shí)例提供金屬制品選用策略及其合理使用措施；最后完成宣傳手冊(cè)的呈現(xiàn)設(shè)計(jì)、美化加工。

與任務(wù)線索相對(duì)應(yīng)完成核心知識(shí)的學(xué)習(xí)，依次為：認(rèn)識(shí)金屬材料與合金，了解金屬材料在生產(chǎn)生活和社會(huì)發(fā)展中的重要作用，認(rèn)識(shí)金屬的物理性質(zhì)與金屬材料的性能，認(rèn)識(shí)金屬的化學(xué)性質(zhì)及其規(guī)律——金屬活動(dòng)性順序，明確金屬性質(zhì)的共性和差異性；依據(jù)金屬的性質(zhì)，研究金屬的腐蝕與防腐問題，明確金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)是在一定環(huán)境下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，防腐的實(shí)質(zhì)是阻止金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；依據(jù)金屬性質(zhì)，了解金屬在自然界中的存在及常見的金屬礦物，了解活潑性不同的金屬的制備方法，通過金屬礦物的有限、人們制備金屬付出的代價(jià)以及廢棄金屬對(duì)環(huán)境的影響，進(jìn)而深入體會(huì)回收金屬的必要性和重要性。

在整個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生的能力發(fā)展線索為：認(rèn)識(shí)金屬制品、認(rèn)識(shí)金屬性質(zhì)→研究金屬制品、理解金屬性質(zhì)→選用金屬制品、應(yīng)用金屬性質(zhì)→內(nèi)化后輸出，遷移創(chuàng)新。對(duì)金屬制品的認(rèn)識(shí)和研究、金屬性質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解貫串整個(gè)項(xiàng)目。雖然金屬性質(zhì)在第一個(gè)任務(wù)中獲得，但是需要在研究金屬腐蝕、金屬制備、金屬制品的選用中不斷地理解和應(yīng)用。對(duì)金屬制品的認(rèn)識(shí)也是層層深入，從接觸到研究再到合理選用。對(duì)金屬制品的研究是明線，對(duì)金屬性質(zhì)的理解是暗線。

在整個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的完成過程中，以核心觀念統(tǒng)領(lǐng)：（1）科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任，無論是發(fā)現(xiàn)金屬制品的相關(guān)問題，還是研究金屬制品的腐蝕，體現(xiàn)求真求實(shí)、有理有據(jù)的科學(xué)精神；無論是研究金屬制備的實(shí)際問題，還是實(shí)驗(yàn)室模擬金屬制備和走進(jìn)社區(qū)宣傳，切實(shí)依據(jù)可持續(xù)發(fā)展、對(duì)環(huán)境友好的社會(huì)責(zé)任。（2）一類物質(zhì)的共性與差異性，研究金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，要體現(xiàn)研究一類物質(zhì)性質(zhì)的思路方法，研究結(jié)果聚焦為金屬的共性與差異性，金屬活動(dòng)性順序更是共性與差異性的體現(xiàn)；金屬腐蝕與防腐、金屬制備都同樣體現(xiàn)共性與差異性。（3）從化學(xué)視角分析材料的框架，也是本項(xiàng)目的核心觀念，材料的性能、制備、選擇與使用貫串整個(gè)項(xiàng)目，借助從化學(xué)視角分析金屬材料這個(gè)案例，期望讓學(xué)生形成從化學(xué)視角分析材料的基本框架的能力，并能夠遷移到非金屬材料、有機(jī)合成材料等其他材料的分析中，這是本項(xiàng)目幫助學(xué)生形成的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)圖式。

三、項(xiàng)目中的核心活動(dòng)設(shè)計(jì)

1.項(xiàng)目的策劃

項(xiàng)目教材，應(yīng)以項(xiàng)目要解決的真實(shí)問題作為明線，以實(shí)際問題的解決過程作為核心活動(dòng)設(shè)計(jì)的主線索。本項(xiàng)目的整體驅(qū)動(dòng)任務(wù)是：制作“金屬制品合理使用”宣傳手冊(cè)。第一個(gè)核心活動(dòng)是項(xiàng)目的策劃，需要學(xué)生暢所欲言，能夠拆解任務(wù)，合理分工。明確宣傳手冊(cè)要解決內(nèi)容和形式兩方面的問題，明確任務(wù)完成的基本思路：發(fā)現(xiàn)問題，分析解決問題，提出合理建議。完成任務(wù)的主要依據(jù)和前提是對(duì)金屬性質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解。

2.認(rèn)識(shí)金屬制品。

學(xué)生對(duì)日常生活中的金屬制品了解并不全面，主要知道的是鐵制品，不清楚其他金屬制品，因此認(rèn)識(shí)生活中的金屬制品很重要。從生活視角認(rèn)識(shí)金屬制品主要了解其用途、使用注意事項(xiàng)，從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)金屬制品，主要了解其成分和性能以及二者之間的關(guān)系，構(gòu)建金屬物理性質(zhì)共性和差異性的核心認(rèn)識(shí)，進(jìn)而研究金屬化學(xué)性質(zhì)的共性和差異性。（如圖4）

在認(rèn)識(shí)金屬制品的任務(wù)中，采取三種活動(dòng)形式。通過調(diào)研活動(dòng)，了解日常生活中常見金屬制品的成分，發(fā)現(xiàn)關(guān)于金屬制品的需要研究的問題。通過交流研討活動(dòng)，依據(jù)金屬物理性質(zhì)的共性和差異性，進(jìn)行金屬制品性能與材料成分之間的相互推理分析，建立金屬制品材料選擇的基本角度。通過實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，研究金屬化學(xué)性質(zhì)的共性和差異，了解金屬活動(dòng)性順序，建立研究一類物質(zhì)性質(zhì)的思路方法。

3.探究金屬制品的腐蝕。

金屬制品使用過程中存在的重要問題是被腐蝕。世界上每年因腐蝕而損失的金屬材料和設(shè)備相當(dāng)于其年產(chǎn)量的1/4左右。金屬制品被腐蝕的現(xiàn)象在我們身邊很普遍，也是金屬制品使用中應(yīng)該注意的主要問題。

研究金屬制品的腐蝕采取的是從案例到一般的思路，首先要研究常見的鐵制品腐蝕現(xiàn)象，通過調(diào)研初步預(yù)測鐵制品腐蝕的條件，然后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，尋找證據(jù)，揭示鐵制品腐蝕的實(shí)質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，研究其他金屬的腐蝕問題，依據(jù)金屬性質(zhì)和金屬腐蝕實(shí)質(zhì)進(jìn)行預(yù)測，然后去尋求證據(jù)，得到結(jié)論。根據(jù)金屬腐蝕的研究結(jié)果，通過交流研討，分析金屬制品的防腐措施，通過自主學(xué)習(xí)了解金屬防腐的發(fā)展趨勢，進(jìn)而總結(jié)金屬防腐措施的基本思路。（見圖5）

4.金屬制品的合理使用。

為了更好地使用金屬制品，首先需要了解金屬制品從何而來，特別是制造金屬制品的大量金屬材料的來源。讓學(xué)生依據(jù)金屬的性質(zhì)，預(yù)設(shè)金屬在自然界中的存在形式及其制備方法，然后通過交流研討和實(shí)驗(yàn)探究，了解常見金屬的制備方法，體會(huì)金屬冶煉方法與科學(xué)發(fā)展、社會(huì)發(fā)展、技術(shù)手段更新的密切聯(lián)系，幫助學(xué)生構(gòu)建“金屬礦物→金屬→金屬材料→金屬制品”的整體線索，明確金屬制品來之不易，體會(huì)回收金屬制品的必要性。接下來解決金屬制品的選購問題，以金屬保溫杯為例，通過調(diào)研分析了解金屬制品選購的基本原則，結(jié)合日常生活中選購金屬制品的做法，給出綜合建議。拿到金屬制品之后，面臨的是如何合理使用的問題，通過交流研討分析不銹鋼保溫杯的安全注意事項(xiàng)，及金屬保溫杯使用中具體事件的研究，形成合理使用的行為和態(tài)度。（見圖6）

“合理使用金屬制品”項(xiàng)目，借助“金屬制品合理使用”宣傳手冊(cè)的制作，引導(dǎo)學(xué)生積極發(fā)現(xiàn)金屬制品的使用問題，研究解決問題，提出合理建議，將對(duì)金屬制品的認(rèn)識(shí)和對(duì)金屬性質(zhì)的理解貫串始終，力求學(xué)生明晰并掌握初中化學(xué)金屬內(nèi)容的知識(shí)結(jié)構(gòu)，建立研究一類物質(zhì)性質(zhì)的思路方法，從化學(xué)視角分析材料的基本框架，深化以科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任為主要內(nèi)容的化學(xué)核心素養(yǎng)，形成從化學(xué)視角關(guān)注物品材料的主要成分與性能關(guān)系的意識(shí)，形成合理使用物品的行為，自主應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展和綠色化學(xué)觀念分析解決材料問題。（見圖7）