“從自然界的水到千家萬戶的水” 教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

史凡　周冬冬　王光輝

作為整個(gè)學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)的開篇，教材選擇“從自然界中的水到千家萬戶的水”這個(gè)項(xiàng)目。首先，因?yàn)樗菍W(xué)生日常生活中最為熟悉的物質(zhì)，它與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)；其次，該項(xiàng)目操作簡單，制作簡易凈水器項(xiàng)目成果非常易得；再次，項(xiàng)目實(shí)施過程中需要使用化學(xué)知識，能體現(xiàn)化學(xué)的作用。因而編者試圖通過該項(xiàng)目來讓學(xué)生了解“化學(xué)研究的是什么”“化學(xué)有什么用”“如何開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)”“如何通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)化學(xué)”。

一、不同教材中“水的凈化”部分內(nèi)容設(shè)計(jì)的比較分析——明確教學(xué)目標(biāo)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)的一大特點(diǎn)是讓學(xué)生在做中學(xué)。現(xiàn)行的人教版和上教版兩套化學(xué)教材，也都嘗試把科學(xué)探究作為教材的一個(gè)突破口。為了更好地解讀這個(gè)項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容，我們選擇這兩個(gè)版本的教材與項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材，就“水的凈化”這一內(nèi)容進(jìn)行簡要比較和分析。

三個(gè)版本的教材都涉及到自來水廠凈水以及軟水和硬水兩個(gè)知識點(diǎn)，但是在教材中承載的教學(xué)作用卻有很大的不同。人教版和上教版的自來水廠凈水只是簡單的示意圖介紹，前者出現(xiàn)在教材的第一個(gè)部分，后者出現(xiàn)在教材的最后一個(gè)部分。跟人教版類似，項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材的自來水廠凈水也是安排在教材的開始部分，但與其他兩個(gè)版本的教材相比，項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材是以“自主學(xué)習(xí)”欄目，引導(dǎo)學(xué)生從“裝置”“作用”“狀態(tài)”“組成”四個(gè)方面來分析每一步凈化的過程，讓學(xué)生初步體會“化學(xué)是研究物質(zhì)的組成和變化的一門科學(xué)”，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目研究的能力。對于軟水和硬水這一知識內(nèi)容，三個(gè)版本的教材均是以實(shí)驗(yàn)探究的形式出現(xiàn)，其中項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材從問題出發(fā)，由問題“我們凈化后的水是純水嗎”引出“硬水和軟水的區(qū)分”實(shí)驗(yàn)探究，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的要求高于其他版本。

此外，人教版和上教版教材均有過濾操作的知識點(diǎn)，而項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材并未將規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作知識放在這一部分，但是在讓學(xué)生“查閱自來水廠凈水過程”以及“自制簡易凈水器”的兩個(gè)項(xiàng)目活動中都涉及到過濾的原理。雖然人教版和項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材都有“自制簡易凈水器”的活動，但通過對比可以發(fā)現(xiàn)，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材中，該活動任務(wù)是基于學(xué)生自主學(xué)習(xí)“查閱自來水廠凈水過程”的活動分析基礎(chǔ)之上的，而且教材中并未給出具體的凈水器示意圖，完全是讓學(xué)生自主選擇合適的生活替代品來實(shí)現(xiàn)的，這對于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力提出了更高的要求。同時(shí)項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材把這一活動任務(wù)作為一個(gè)重要的課堂活動，且作為該項(xiàng)目的成果進(jìn)行匯報(bào)展示，而非人教版的課后家庭小實(shí)驗(yàn)。

對于實(shí)驗(yàn)室制蒸餾水的知識，人教版以實(shí)驗(yàn)形式呈現(xiàn)，上教版未涉及，項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材在“拓展資源”欄目中出現(xiàn)。而且，在課標(biāo)要求的基本實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)活動中，也沒有對學(xué)生的蒸餾實(shí)驗(yàn)提出明確要求。因此，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材中，也只是作為拓展性資源讓學(xué)生了解。

通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)的目標(biāo)定位，結(jié)合不同版本教材中“水的凈化”教學(xué)內(nèi)容分析和課程標(biāo)準(zhǔn)要求，明確該項(xiàng)目教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)：（1）使學(xué)生了解水凈化的流程，認(rèn)識到沉淀、過濾、吸附是工業(yè)上常用的方法，也是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中分離混合物的常用方法，體會物質(zhì)分離的一般思路和方法；（2）體會實(shí)驗(yàn)過程中如何通過控制變量進(jìn)行對比；（3）體會化學(xué)的意義，可以利用化學(xué)變化區(qū)分物質(zhì)，認(rèn)識和確定物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造新物質(zhì)，提高生活水平，推動科技發(fā)展；（4）了解開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)的流程及其作用；體會如何通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)化學(xué)，學(xué)會從實(shí)際生產(chǎn)生活問題中提煉出化學(xué)元素，轉(zhuǎn)化成化學(xué)問題，從化學(xué)的視角重新認(rèn)識和解決問題；（5）體會項(xiàng)目學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的不同，需要積極主動思考問題，同時(shí)需要與同學(xué)分工合作解決問題。

二、項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)錄

（一）教學(xué)安排

第一課時(shí)

【項(xiàng)目導(dǎo)引】

發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，將實(shí)際生產(chǎn)生活問題轉(zhuǎn)化成化學(xué)研究問題。

（需引導(dǎo)學(xué)生對驅(qū)動性問題進(jìn)行分析。）

【活動1】 水中含有什么？

信息檢索：了解自然界中的水含有什么物質(zhì)。（課前查閱資料。）

【活動2】從自然界中的水到千家萬戶的水需要除去哪些物質(zhì)？

交流研討：討論從自然界中的水到千家萬戶的水需要除去哪些物質(zhì)？（課前查閱水凈化的相關(guān)資料。）第二課時(shí)

【活動3】我們?nèi)绾纬ミ@些物質(zhì)？

自主學(xué)習(xí)：查閱自來水廠凈水過程，并從步驟、作用、狀態(tài)、組成四個(gè)方面進(jìn)行資料整理。

（課前查閱自來水廠凈水的相關(guān)資料，并學(xué)會如何獲取有效信息。）

設(shè)計(jì)制作：繪制簡易凈水器設(shè)計(jì)圖，動手制作簡易凈水器，利用自己制作的簡易凈水器實(shí)現(xiàn)水的凈化。（教師需在課前準(zhǔn)備相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置、藥品以及污水。）

匯報(bào)展示：比較不同自制簡易凈水器的效果。

第三課時(shí)

【活動4】我們凈化后的水是純水嗎？

交流研討：檢驗(yàn)水中的雜質(zhì)是否除盡。

實(shí)驗(yàn)探究：探究凈化得到的水與蒸餾水的成分是否一樣。

拓展閱讀： 水的蒸餾及其裝置。

（學(xué)生可根據(jù)興趣，查閱凈水器相關(guān)資料。）

總結(jié)反思：總結(jié)學(xué)習(xí)本項(xiàng)目的體會和收獲。

（二）“我們?nèi)绾纬ミ@些物質(zhì)”教學(xué)實(shí)錄。

1.啟動階段

學(xué)生以小組為單位匯報(bào)本組自來水廠凈化水流程表格的填寫情況，教師與學(xué)生對話，幫助學(xué)生明確自來水廠凈化水流程中各步驟的作用、狀態(tài)和組成變化情況。

教師總結(jié)：（1）自來水廠凈水過程中，選擇除雜試劑的方法和依據(jù)。（2）自來水廠凈水過程中，哪些發(fā)生的是物理變化，哪些發(fā)生的是化學(xué)變化，我們判斷它屬于什么變化類型的依據(jù)是什么。（3）工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室常用的方法。

教師布置任務(wù)：經(jīng)過對自來水廠凈化水流程的分析，我們能不能自己選用一些生活中常見的物品來設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡易凈水器實(shí)現(xiàn)水的凈化。

方法技能描述：

自主學(xué)習(xí)：教師要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到查閱資料的意義，并對所查閱資料進(jìn)行分析，才能更好地實(shí)施問題解決過程：（1）在查閱資料前，必須要明確自己的目標(biāo)，根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)規(guī)劃制訂記錄表。（2）查閱資料過程中，需要及時(shí)記錄自己所需資料；（3）查閱資料結(jié)束后，及時(shí)對所記錄資料進(jìn)行整理。

2.活動過程

學(xué)生活動：設(shè)計(jì)簡易凈水器。

學(xué)生在學(xué)案上畫出簡易凈水器的設(shè)計(jì)圖。教師巡視，查看學(xué)生的設(shè)計(jì)圖，并及時(shí)解答學(xué)生設(shè)計(jì)凈水器中的困惑。

學(xué)生匯報(bào)：簡易凈水器的設(shè)計(jì)圖。

教師選取2～3組學(xué)生匯報(bào)展示自己的簡易凈水器設(shè)計(jì)圖（見圖1），且注意學(xué)生設(shè)計(jì)的差異性，讓學(xué)生的設(shè)計(jì)能夠互相補(bǔ)充，明確各部分裝置的作用，明確各組最終的設(shè)計(jì)。

教師組織討論：什么因素會影響水的凈化效果。

教師組織學(xué)生討論什么會影響水的凈化效果。（不需要明確的預(yù)設(shè)，只需要猜測可能的影響因素。）在此基礎(chǔ)上，讓各小組明確自己的實(shí)驗(yàn)變量，明確各小組選取制作凈水器的裝置、藥品、用量等。

學(xué)生活動：制作簡易凈水器（1輪）。

教師組織學(xué)生分組，每組4人，同組內(nèi)每2人完成一套凈水器裝置，教師需要考慮所選擇的物質(zhì)、順序、用量、操作對凈化效果的影響，需要對每組所選用的裝置和藥品進(jìn)行控制。

教師指導(dǎo)：教師巡視班級，及時(shí)解決學(xué)生遇到的困難。

在學(xué)生第一輪凈水結(jié)束后，組織學(xué)生進(jìn)行小討論，成功的學(xué)生分享成功的經(jīng)驗(yàn)，未成功的學(xué)生反思自己實(shí)驗(yàn)中的問題，再進(jìn)行第二輪實(shí)驗(yàn)。教師總結(jié)制作凈水器的注意事項(xiàng)，包括：裝置的搭建、流速的控制、藥品的用量等（教師也可給出一些示范性的作品，如圖2所示）。

學(xué)生活動： 制作簡易凈水器（2～3輪）。

教師巡視班級，及時(shí)解決學(xué)生遇到的困難。

學(xué)生動手制作簡易凈水器，并進(jìn)行水的凈化，及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，與小組成員展開討論。

方法技能描述：

設(shè)計(jì)制作：學(xué)生在這一環(huán)節(jié)動手完成一些小制作，制作出的作品可以向大家展示。因此，教師在這個(gè)過程中需要不斷地在課堂中進(jìn)行巡視，及時(shí)了解學(xué)生的想法和問題，在巡視過程中需要注意： （1）提醒學(xué)生在設(shè)計(jì)簡易凈水器時(shí)，需考慮選用的裝置、藥品各自有什么作用，如何將各個(gè)部分連接。（2）關(guān)注學(xué)生的設(shè)計(jì)圖，以便在匯報(bào)展示時(shí)可以合理選擇小組的作品。

實(shí)驗(yàn)探究：以學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動為主，在該過程中教師需要注意：（1）過程中巡視班級，及時(shí)了解學(xué)生遇到的問題和困難，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察和實(shí)驗(yàn)反思；（2）總結(jié)制作凈水器的方法及注意事項(xiàng)。

3.活動總結(jié)

匯報(bào)展示： 學(xué)生匯報(bào)展示自制凈水器及其效果。

教師組織小組匯報(bào)展示，選取具有不同代表性的小組，追問學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行反思和批判性思考。

教師對各小組自制凈水器及凈水效果小結(jié)：有些小組的凈水效果特別好，顏色澄清，有些小組則較渾濁，基本沒有什么變化。凈水效果不好的小組對他們的原因進(jìn)行了分析，并采用控制變量的方法對裝置進(jìn)行了重組。將活性炭與活性炭替代物作為對照的小組的凈水效果不明顯，他們分析的結(jié)果是活性炭的量過少，但是沒有對其進(jìn)行重組。將凈水裝置出口徑的大小作為對照的小組凈水效果也不太理想，他們認(rèn)為凈水效果不好的原因是因?yàn)榛钚蕴坎桓蓛?，既而對活性炭進(jìn)行清洗，并進(jìn)行了重組，達(dá)到了很好的凈水效果。

教師總結(jié)：教師需從實(shí)驗(yàn)裝置和藥品選取、實(shí)驗(yàn)效果、原因分析、小組合作表現(xiàn)、表達(dá)與交流、語音和舉止等多個(gè)方面對學(xué)生自制凈水器活動進(jìn)行評價(jià)總結(jié)。

方法技能描述：

匯報(bào)展示：將學(xué)生的項(xiàng)目成果進(jìn)行展示交流，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識對一些現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行解釋，小組之間相互點(diǎn)評，總結(jié)提升。在這一過程中教師需要注意： （1）選擇在課堂巡視過程中發(fā)現(xiàn)的有代表性的小組進(jìn)行展示。 （2）鼓勵(lì)小組之間的相互提問和點(diǎn)評。（3）引導(dǎo)學(xué)生自主地對通過項(xiàng)目活動學(xué)到的知識、方法和技能進(jìn)行反思、總結(jié)。

三、教學(xué)效果評價(jià)與教學(xué)反思

1.從學(xué)生訪談了解學(xué)生的認(rèn)識發(fā)展情況

在授課后，我們從學(xué)生的課前認(rèn)知程度以及課后的收獲出發(fā)，對學(xué)生進(jìn)行了訪談交流。通過訪談我們了解到，學(xué)生事先學(xué)習(xí)過人教版教材中相關(guān)的知識了，但是這兩節(jié)課對于他們?nèi)匀挥泻艽蟮臎_擊力。通過對訪談內(nèi)容的梳理，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生通過“從自然界的水到千家萬戶的水”這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，主要在以下四個(gè)方面獲得明顯的提升。

（1）動手操作，興趣與思維共同提升。學(xué)生表示非常喜歡這種自己動手，邊實(shí)驗(yàn)，邊思考，邊學(xué)習(xí)的方式。雖然只是一個(gè)簡單的過濾實(shí)驗(yàn)，但是學(xué)生仍然覺得非常神奇和有趣。學(xué)生在自己閱讀教材的過程中就有意識地在思考教材中提出的問題，在課堂上會著重注意老師對這些問題的分析。在上完這三節(jié)課之后，學(xué)生在看待水的時(shí)候不僅關(guān)注水中肉眼可以看得到的雜質(zhì)，更能夠關(guān)注水中可溶性的雜質(zhì)。

（2）實(shí)踐反思，思維提升的關(guān)鍵。通過對實(shí)驗(yàn)效果不夠理想的反思和小組討論，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，不斷獲得更好的實(shí)驗(yàn)效果。學(xué)生對這種小組分工合作的學(xué)習(xí)方式也表示了極大的認(rèn)可。當(dāng)我們追問自來水廠凈水過程的資料查閱任務(wù)與后面的設(shè)計(jì)凈水裝置活動之間的關(guān)系的時(shí)候，學(xué)生表示它們之間是有聯(lián)系的，自來水廠凈化過程的資料查閱任務(wù)幫助他們更好地分析自制簡易凈水器中各部分起到的作用，在分析實(shí)驗(yàn)效果不理想的原因時(shí)為他們提供了一定的思路。在繼續(xù)追問裝置中各個(gè)部分的作用，如何決定裝置中各部分的用量時(shí)，學(xué)生意識到自己在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中可能還缺少一些思考的環(huán)節(jié)，應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，考慮需要去除的雜質(zhì)的性質(zhì)來選擇合理的凈化裝置。

（3）小組合作，思想的交流與碰撞。對后面的項(xiàng)目學(xué)習(xí)可以遷移的經(jīng)驗(yàn)和收獲，學(xué)生表示需要小組更加密切地進(jìn)行合作；要樹立從頭去思考問題的意識；先要有一個(gè)整體的框架和結(jié)構(gòu)，然后再去對問題進(jìn)行分析和拆解；要充分聯(lián)系自己已有的認(rèn)識和經(jīng)歷；要有規(guī)律地去進(jìn)行思考，而不是盲目地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；小組之間要多交流，對不同的觀點(diǎn)要進(jìn)行充分的論證。

（4）學(xué)以致用，提升項(xiàng)目研究的遷移能力。在訪談的最后，為了進(jìn)一步探查學(xué)生項(xiàng)目研究的遷移能力，我們問學(xué)生：“如果現(xiàn)在讓你自己去研究‘低碳行動這個(gè)項(xiàng)目，你準(zhǔn)備從哪些方面入手？”我們驚喜地聽到，學(xué)生非常有邏輯地將問題拆解成四個(gè)子問題：①低碳指的是什么？②低碳里面的碳到底是什么？③為什么要進(jìn)行低碳行動（即什么引起了碳偏高）？④我們應(yīng)該怎么做才能達(dá)到低碳的目的？由此可見，學(xué)生通過“從自然界的水到千家萬戶的水”這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，確實(shí)已經(jīng)初步建立起了項(xiàng)目學(xué)習(xí)的思路。

2.教學(xué)反思

結(jié)合課堂觀察、學(xué)生訪談以及教師的反思，我們認(rèn)為在本項(xiàng)目以及今后的項(xiàng)目教學(xué)過程中，教師還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行以下幾個(gè)方面的改進(jìn)：

（1）對于“從自然界的水到千家萬戶的水”教學(xué)實(shí)施的建議：

？譹？訛在學(xué)生動手制作簡易凈水器前，需讓兩三組學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)，展示自己設(shè)計(jì)的簡易凈水器裝置圖，并指出圖中每一部分的作用、如何組裝，教師對學(xué)生的回答進(jìn)行修正和補(bǔ)充。簡易凈水器的裝置圖和各部分的作用明確后，再讓學(xué)生動手進(jìn)行制作，減少實(shí)驗(yàn)過程中不必要的錯(cuò)誤行為。

？譺？訛教師需組織學(xué)生開展“什么會影響水的凈化效果”的初步討論，讓各組明確實(shí)驗(yàn)變量，以便于組織各組合理選擇裝置和藥品。

？譻？訛簡易凈水器的實(shí)驗(yàn)最好可以開展2～3輪，需要給學(xué)生充分的時(shí)間動手，反思修訂實(shí)驗(yàn)。尤其在第一次凈水后，需組織學(xué)生討論，成功的學(xué)生分享成功的經(jīng)驗(yàn)，未成功的學(xué)生反思自己實(shí)驗(yàn)中的問題，再進(jìn)行第二輪實(shí)驗(yàn)。

（2）對于項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施的建議：

①充分發(fā)揮項(xiàng)目導(dǎo)引環(huán)節(jié)的價(jià)值。項(xiàng)目導(dǎo)引是讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的過程，可以幫助學(xué)生對項(xiàng)目建立一個(gè)整體的認(rèn)識，通過對驅(qū)動性問題的分析，幫助學(xué)生對項(xiàng)目進(jìn)行有效的分析和拆解，將實(shí)際生產(chǎn)和生活問題轉(zhuǎn)化成化學(xué)研究的問題。

②加強(qiáng)對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。通過學(xué)生訪談和課堂觀察，我們發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中缺少了實(shí)驗(yàn)反思和總結(jié)的過程，而這一過程恰恰是對學(xué)生思維能力培養(yǎng)尤其是科學(xué)探究能力發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此建議教師在今后的項(xiàng)目教學(xué)中，尤其是在“實(shí)驗(yàn)探究”“匯報(bào)展示”等項(xiàng)目活動的過程中注意引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，去分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性，提高實(shí)驗(yàn)反思能力，凸顯項(xiàng)目學(xué)習(xí)中“解決問題”的特點(diǎn)。從問題出發(fā)，去分析問題、解決問題，做到理論分析和動手實(shí)踐并重。