基于“深度學(xué)習(xí)”的STSE項目設(shè)計與實施

華麗芬

摘 ? ?要：基于“深度學(xué)習(xí)”的STSE項目教學(xué)，將學(xué)生之前所學(xué)的碎片化知識進一步整合成有邏輯、有體系的知識結(jié)構(gòu)并進行學(xué)習(xí)的遷移，建構(gòu)從“資源”到“產(chǎn)品”的轉(zhuǎn)化思路，發(fā)展學(xué)生工業(yè)化思維，實現(xiàn)資源最大化利用，樹立“綠色化學(xué)”的觀念。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);STSE;項目教學(xué);海水淡化

一、研究背景

（一）深度學(xué)習(xí)的必要性

深度學(xué)習(xí)是一種理解性學(xué)習(xí)模式，相對于通過習(xí)題強化訓(xùn)練獲得知識的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式，它更注重通過學(xué)習(xí)主題的引領(lǐng)，使學(xué)習(xí)者全身心參與學(xué)習(xí)活動，實現(xiàn)知識的結(jié)構(gòu)化。深度學(xué)習(xí)改變了以往教學(xué)中教師只關(guān)注知識的數(shù)量和教學(xué)的進度，而更注重知識的結(jié)構(gòu)和教學(xué)的深度。深度學(xué)習(xí)使學(xué)生獲得的不再是淺層化的知識和表層化的思維，而更注重對知識的深層加工和對學(xué)科思想的理解。

（二）STSE教育的重要性

融合Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Society（社會）、Environment（環(huán)境）的STSE教育旨在提高公民科學(xué)素養(yǎng)，促進社會可持續(xù)發(fā)展。新課標(biāo)中明確指出：能較深刻地理解化學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的相互關(guān)系，認(rèn)識化學(xué)對社會發(fā)展的重要貢獻，能運用已有知識和方法綜合分析化學(xué)過程對自然可能帶來的各種影響，權(quán)衡利弊，強化社會意識，積極參與有關(guān)化學(xué)問題的社會決策[1]。

（三）情境創(chuàng)設(shè)的真實性

創(chuàng)設(shè)情境既能體現(xiàn)學(xué)科價值，又提高了學(xué)生積極性，容易產(chǎn)生情感共鳴，真實的情境也為學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展提供真實的表現(xiàn)機會。因此，教師首先要考慮學(xué)生的認(rèn)知水平，在此基礎(chǔ)上選擇契合教學(xué)目標(biāo)并能夠驅(qū)動學(xué)生進行高階思維的情境素材。另外，素材的價值觀導(dǎo)向應(yīng)是正面的，不應(yīng)嘩眾取寵甚至引起恐慌。

二、教學(xué)設(shè)計

（一）教材與學(xué)情分析

依據(jù)新課標(biāo)，高中化學(xué)課程分為必修、選擇性必修、選修三類課程。必修課程適合全體高一學(xué)生，選擇性必修課程適合高二化學(xué)班的學(xué)生，選修課程主要面向?qū)瘜W(xué)學(xué)科有興趣，想要繼續(xù)在這一領(lǐng)域深入研究、拓展視野、提升素養(yǎng)的學(xué)生。選修課程具有兼容性和靈活性，“燃煤脫硫”“海水蒸餾”“海水提溴”“氯堿工業(yè)”等知識先后在蘇教版《化學(xué)1》中出現(xiàn)，教師可以結(jié)合真實情境，整合教學(xué)資源進行二度開發(fā)。本案例適合已經(jīng)修習(xí)完《化學(xué)1》的高一或高二學(xué)生，這個階段的學(xué)生已經(jīng)具有一定的知識儲備和探究能力，便于教師開展教學(xué)。

（二）教學(xué)設(shè)計思路

1.明確學(xué)習(xí)主題和學(xué)習(xí)目標(biāo)

要引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，教師的視野要開闊，要能跳出傳統(tǒng)教學(xué)的思維，打通學(xué)科各章節(jié)之間的壁壘，選擇的主題既要能凸顯學(xué)科核心概念和知識，又要有利于探究實驗和實踐活動的開展，還能關(guān)注社會生活，實現(xiàn)科學(xué)與人文的融合。

水是生命之源，而我國淡水資源匱乏，水資源短缺制約著國民經(jīng)濟的發(fā)展。海水中的水資源和化學(xué)資源極其豐富，海水淡化與化工生產(chǎn)、能源開發(fā)等相結(jié)合已經(jīng)成為海水綜合利用的重要方向。選擇“設(shè)計海水綜合利用產(chǎn)業(yè)園”這一主題，既符合社會發(fā)展的需要，還可以幫助學(xué)生從化學(xué)的角度建構(gòu)“資源”到“產(chǎn)品”的工業(yè)化思維，樹立綠色化學(xué)的學(xué)科理念。

深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)制訂要符合課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生已有認(rèn)知水平，以核心知識為載體，促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。本案例以海水資源的開發(fā)利用過程的化學(xué)問題為素材，將生產(chǎn)和技術(shù)問題線索、技術(shù)知識線索、化學(xué)知識線索相融合，使學(xué)生掌握資源到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化思路與常用方法，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識對與化學(xué)有關(guān)的技術(shù)問題做出分析和解釋，依據(jù)“綠色化學(xué)”思想分析化工生產(chǎn)過程的特點和存在問題，深化對化學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境的相互作用關(guān)系的理解，樹立可持續(xù)發(fā)展觀念。

2.創(chuàng)設(shè)真實情境開展教學(xué)活動

深度學(xué)習(xí)能幫助學(xué)生將單一化、碎片化的知識進行整合，建立有邏輯、有系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)框架。為了讓深度學(xué)習(xí)真正發(fā)生，教師可以創(chuàng)設(shè)真實情境為學(xué)生搭建思維平臺，通過學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)置拓寬學(xué)生的認(rèn)識角度和解決問題的思路，發(fā)展高階思維。

位于渤海之濱的天津市干旱少雨，淡水資源匱乏，天津北疆電廠聯(lián)合本地區(qū)鹽場采用“資源—產(chǎn)品—廢棄物—再生資源”的模式進行聯(lián)合生產(chǎn)[2]，是我國實施循環(huán)經(jīng)濟項目的示范企業(yè)。本文以“設(shè)計海水綜合利用產(chǎn)業(yè)園”為學(xué)習(xí)主題，以北疆電廠循環(huán)經(jīng)濟項目為背景組織教學(xué)，教師是“產(chǎn)業(yè)園”項目的發(fā)起人，學(xué)生扮演項目“工程師”的角色，設(shè)計的方案既要解決沿海城市缺水問題，又要解決工業(yè)生產(chǎn)中的廢熱、廢氣、廢水等問題，實現(xiàn)海水資源的最大化利用。本案例分兩課時進行，第1課時為方案的研究與設(shè)計過程，第2課時為成果的匯報與項目總結(jié)，具體流程見圖1。

三、教學(xué)實施

環(huán)節(jié)1：從海水中獲取物質(zhì)的理論知識

[問題1]“南水北調(diào)”是我國一項戰(zhàn)略性工程，其中東線工程是通過我省揚州市的江都水利樞紐將長江水逐級北送至威海、天津等沿海城市。沿海城市海水資源豐富，為什么還要“調(diào)水”？

[學(xué)生]缺少淡水資源。

[任務(wù)]為了滿足沿海某城市發(fā)展的需要，現(xiàn)要在該地區(qū)原有鹽場和發(fā)電廠附近規(guī)劃建造一座“海水綜合利用產(chǎn)業(yè)園”，建成后的產(chǎn)業(yè)園不僅可以生產(chǎn)食鹽、純堿、燒堿、液溴等產(chǎn)品來帶動該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，也能解決該地區(qū)居民用水、用地以及發(fā)電廠廢熱等問題。請各小組分工合作，設(shè)計方案完成產(chǎn)業(yè)園的布局圖。

[指導(dǎo)]結(jié)合已有認(rèn)知，思考從海水中分別獲得淡水、食鹽、純堿、燒堿、液溴的原理或方法。

[學(xué)生表現(xiàn)]學(xué)生已經(jīng)具備本節(jié)課所需的氧化還原反應(yīng)原理、物質(zhì)分離與提純方法、侯氏制堿、氯堿工業(yè)等知識基礎(chǔ)，所以在教師引導(dǎo)下歸納出單一物質(zhì)的獲取方法（見表1）。

環(huán)節(jié)2：從實驗室制備到工業(yè)化生產(chǎn)

[問題2]南水北調(diào)工程建設(shè)周期長，建設(shè)成本高。沿海城市可以充分利用本地區(qū)資源和技術(shù)手段緩解用水問題，現(xiàn)有哪些資源可以利用？技術(shù)上有無困難？

[學(xué)生]沿海城市的海水資源豐富，通過蒸餾方法可以獲取淡水，但是運用實驗室蒸餾裝置只能獲取少量淡水，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

[指導(dǎo)]實驗室運用蒸餾原理獲得淡水的方法稱為熱法，還有一種膜法也可以獲得淡水。工業(yè)上海水淡化技術(shù)主要有反滲透法和低溫多效蒸餾法[3]，比較兩種方法（見表2）選擇最適合該地區(qū)的海水淡化技術(shù)。

[學(xué)生]發(fā)電廠有大量余熱可作為熱源，通過低溫多效蒸餾技術(shù)可以生產(chǎn)大量淡水。

[問題3]溴被稱為“海洋元素”，地球上有99%的溴元素在海水中。實驗室如何從溴化鈉溶液中獲取溴單質(zhì)？

[指導(dǎo)]學(xué)生每6人分為一個項目組，利用教師給的實驗試劑和器材完成從溴化鈉中提取溴單質(zhì)的分組實驗。每個小組提供的實驗用品有：0.5mol/L的溴化鈉溶液、新制氯水、四氯化碳、分液漏斗、試管、燒杯、量筒、膠頭滴管和鐵架臺。

[學(xué)生表現(xiàn)]各小組主要采用以下兩種方法：（1）在試管中加入一定體積的溴化鈉溶液，滴加足量新制氯水后充分振蕩;在上述混合溶液中加入一定體積的四氯化碳后充分振蕩;將混合溶液倒入分液漏斗靜置分液。（2）在試管中加入一定體積的溴化鈉溶液，滴加足量新制氯水后充分振蕩;將混合溶液倒入分液漏斗再加入一定體積的四氯化碳，充分振蕩后靜置分液。兩種方法都選擇了新制氯水作為氧化劑，通過氧化還原反應(yīng)原理將溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)，再用四氯化碳進行溴單質(zhì)的提純。

[問題4]這種提取溴單質(zhì)的方法在工業(yè)生產(chǎn)中是否也適用？技術(shù)上有無困難？海水中部分元素的濃度與溶存量見表3。

[學(xué)生]海水中溴離子雖然總量大，但是濃度低，直接提取會浪費原料，工業(yè)上可以利用海水曬鹽后的鹵水。但是萃取法需要用到大量的四氯化碳，不僅成本高，對環(huán)境也會產(chǎn)生污染。

[指導(dǎo)]工業(yè)上一般采用在酸化后的鹵水中先通入氯氣將溴離子氧化為溴單質(zhì)，然后利用溴單質(zhì)易揮發(fā)的性質(zhì)，用熱空氣把溴單質(zhì)吹出來，再用二氧化硫吸收溴蒸氣將其還原為溴化氫，最后再通入氯氣置換出高純度溴單質(zhì)[4]。這種提溴方法在工業(yè)上稱為熱空氣吹出法。

[問題5]海水曬鹽技術(shù)歷史悠久，但由于海水中離子濃度低，所以需要占用大量的臨海土地并且花費較長時間才能獲得原鹽;海水淡化技術(shù)可以緩解沿海居民用水問題，但是淡化后產(chǎn)生的大量濃鹽水如果直接向大海排放，不僅造成資源浪費，也會影響海洋生態(tài)環(huán)境。工業(yè)上能否進行聯(lián)合生產(chǎn)，類似于發(fā)電廠的余熱用于海水淡化一樣？

[學(xué)生]海水淡化后的濃鹽水相當(dāng)于把原海水濃縮了，如果將濃鹽水引入鹽場曬鹽，不僅可以提高出鹽率，也節(jié)省了土地資源。曬鹽后的鹵水又被濃縮了，可以再從鹵水中提取有價值的元素例如K、Mg、Li等。

[指導(dǎo)]各小組充分利用課余時間，通過網(wǎng)絡(luò)或圖書館資源進一步完善產(chǎn)業(yè)園布局圖（產(chǎn)業(yè)聯(lián)合、物能循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展），并在下一節(jié)課上進行展示和匯報，各小組之間將通過互評方式投票選出“最佳人氣獎”。如果要查詢相關(guān)產(chǎn)品的市場價格，可以登錄：http：//www.100ppi.com。

環(huán)節(jié)3：從設(shè)計圖紙到生產(chǎn)實際

[學(xué)生表現(xiàn)]各小組成員通過課后查找所需資料進一步完善了方案，并在第2課時進行小組展示與互評。產(chǎn)業(yè)園方案的設(shè)計是沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的，有的小組在海水淡化后選擇將濃海水先曬鹽，有的小組選擇先提取溴單質(zhì)，因為查閱資料發(fā)現(xiàn)溴單質(zhì)成品每噸三萬元左右，而原鹽每噸只有三百元左右，先提溴后曬鹽可以獲得更高的經(jīng)濟效益。各小組都能考慮到生產(chǎn)過程中要充分考慮物質(zhì)的循環(huán)利用，盡可能降低生產(chǎn)成本，減少對環(huán)境的污染，如氯堿廠產(chǎn)生的氯氣既可以用于淡化廠原海水的預(yù)處理消毒，也可以用作制溴的氧化劑。各小組暢所欲言，熱烈討論方案的可行性，最后通過小組互評的方式投票選出“最佳人氣獎”的方案（圖2）。

[總結(jié)]海水曬鹽是學(xué)生比較熟悉的人類最早對海水利用的實例，從中體現(xiàn)出人類運用能量轉(zhuǎn)化獲取生存所需用品的智慧。隨著社會的發(fā)展，用水、用地等矛盾日益突出，通過這兩節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性，思維的火花在交流碰撞中激發(fā)，不僅建立了從“資源”到“產(chǎn)品”的轉(zhuǎn)化思路，提升了工藝設(shè)計的成就感，還從化學(xué)視角找到了緩解社會矛盾的方法，真正做到了“學(xué)以致用”。學(xué)生設(shè)計的方案很有價值，在天津濱海新區(qū)就有一座海水綜合利用產(chǎn)業(yè)園，接下來就讓我們一起觀看“天津北疆發(fā)電廠循環(huán)經(jīng)濟項目”宣傳片[5]，進一步了解生產(chǎn)實際，體會化學(xué)工業(yè)在國民生產(chǎn)中的重要地位。

四、教學(xué)感悟

（一）深度學(xué)習(xí)模式能夠促進學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展

物質(zhì)的轉(zhuǎn)化是化學(xué)核心知識，基于物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系的化工生產(chǎn)在推動人類社會發(fā)展的進程中發(fā)揮著越來越重要的作用，但人類社會的快速發(fā)展也帶來了能源、資源、環(huán)境等問題，人類對海水的開發(fā)利用過程就是其中的一個縮影?；凇吧疃葘W(xué)習(xí)”的STSE項目教學(xué)，將學(xué)生之前所學(xué)的碎片化知識進一步整合成有邏輯、有體系的知識結(jié)構(gòu)并進行學(xué)習(xí)的遷移，讓學(xué)生獲得了較大的成就感;通過創(chuàng)設(shè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)合的真實情境，培養(yǎng)學(xué)生運用工業(yè)化思維進行資源開發(fā)利用的方案設(shè)計與評價，讓學(xué)生體會化學(xué)工業(yè)在綜合利用資源、節(jié)約資源等方面的技術(shù)措施，了解化學(xué)研究對化學(xué)工業(yè)發(fā)展的促進作用，建立工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境及資源綜合利用的社會責(zé)任感。

（二）教師在項目教學(xué)中要關(guān)注學(xué)科素養(yǎng)的落實情況

項目教學(xué)能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生運用化學(xué)概念、原理、知識完成一項作品（產(chǎn)業(yè)園布局圖）來實現(xiàn)知識的建構(gòu)，發(fā)展化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。教師在教學(xué)過程中可以通過對課堂回答、交流討論、實驗操作等進行評價，及時掌握學(xué)科素養(yǎng)的落實情況，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)活動和教學(xué)進度。教師也可以結(jié)合教學(xué)實際，編制符合學(xué)生認(rèn)知水平、有利于發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)的問題進行課堂測試。

綜上所述，“科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境”四位一體的STSE教育，傳遞給學(xué)生的不僅僅是化學(xué)知識，更要培養(yǎng)學(xué)生積極參與社會決策以及運用化學(xué)知識解決實際問題的能力，在問題解決中發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)，感悟化學(xué)學(xué)科的價值與魅力。

參考文獻：

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[4]魏釗，張嗣紅，崔擁軍.利用空氣吹出法從海水中提溴工藝簡介[J].化學(xué)教育，2011（7）：1-2.

[5]https：//v.youku.com/v_show/id_XNTA2MjQxMTEy.html？spm=a2h0k.11417342.soresults.dposter