基于真實(shí)問題的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐

苑曉，姜波(中國化工博物館，北京 100011)

0 項(xiàng)目背景

項(xiàng)目式教學(xué)[1-2]是通過項(xiàng)目的形式將學(xué)科體系中的教學(xué)內(nèi)容分為若干教學(xué)項(xiàng)目，教師先對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分解，然后由學(xué)生分工協(xié)作在限定的時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目任務(wù)。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中了解項(xiàng)目實(shí)施過程中的重點(diǎn)難點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)。筆者在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫通過主題關(guān)鍵詞“項(xiàng)目式教學(xué)”搜索發(fā)現(xiàn)，從1988年到2020年間共有5 552篇文章發(fā)表，并且文章數(shù)隨年度成指數(shù)曲線增長。從項(xiàng)目式教學(xué)相關(guān)論文發(fā)表的時(shí)間和數(shù)量來看，項(xiàng)目式教學(xué)既不是一個(gè)新理論，也不缺乏在各學(xué)科的實(shí)踐探索。本文是在科學(xué)課程資源缺乏、科學(xué)教育理念落后的甘肅古浪地區(qū)，中國化工博物館結(jié)合當(dāng)?shù)卣鎸?shí)問題開發(fā)和實(shí)施的高中化學(xué)項(xiàng)目式教學(xué)課程，并通過教師工作坊的方式將項(xiàng)目式教學(xué)法開發(fā)課程的思路分享給當(dāng)?shù)亟處煟膭?lì)他們結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際進(jìn)行課程開發(fā)，最終希望更多的當(dāng)?shù)刂袑W(xué)生能從項(xiàng)目式教學(xué)中受益。

1 基于真實(shí)問題的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐

1.1 活動(dòng)基本情況

本文分享的教學(xué)實(shí)踐，是由中國化工博物館發(fā)起的，為提升貧困地區(qū)高中教師教學(xué)理論和實(shí)踐，面向當(dāng)?shù)卣鎸?shí)問題設(shè)計(jì)和實(shí)施的項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)。

(1)活動(dòng)對(duì)象：50名古浪縣高中化學(xué)教師。

(2)活動(dòng)目標(biāo)：讓當(dāng)?shù)馗咧谢瘜W(xué)教師了解項(xiàng)目式教學(xué)，通過案例學(xué)習(xí)和活動(dòng)參與初步掌握面向真實(shí)問題開發(fā)課程的思路和程序。

(3)活動(dòng)形式：教師工作坊。

(4)活動(dòng)內(nèi)容：主講教師介紹項(xiàng)目式教學(xué)法、案例課程教學(xué)程序，進(jìn)行模擬教學(xué)(模擬面向高中生的項(xiàng)目式教學(xué)課程)、引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)和討論，主講教師總結(jié)課程開發(fā)思路。

1.2 活動(dòng)教案

1.2.1 任務(wù)1：情境創(chuàng)設(shè)

“沙漠保水”：引導(dǎo)學(xué)生思考當(dāng)?shù)氐纳衬畣栴}，都由哪些治理方法，當(dāng)?shù)夭捎昧撕畏N方法？高分子保水材料是一種選擇。

“設(shè)計(jì)思路”：情景教學(xué)是落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，提出當(dāng)?shù)靥赜械纳衬卫韱栴}，讓學(xué)生思考如何在沙漠中保水，問題體現(xiàn)了本地化。

1.2.2 任務(wù)2：概念設(shè)計(jì)

“討論歸納”：以已知天然吸水物質(zhì)棉花(主要成分是纖維素)為例，探尋其作為鎖水物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如吸水性、保水性、不溶于水、不能降解。

“設(shè)計(jì)思路”：尋找吸水性質(zhì)的物質(zhì)—探尋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)—設(shè)計(jì)高吸水性物質(zhì)。

1.2.3 任務(wù)3：尋找合適的親水基團(tuán)

“頭腦風(fēng)暴”：哪些物質(zhì)易溶于水？哪些基團(tuán)易與水結(jié)合？

“設(shè)計(jì)思路”：尋找吸水性質(zhì)的物質(zhì)—探尋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)—設(shè)計(jì)高吸水性物質(zhì)。

1.2.4 任務(wù)4：尋找合適的碳骨架

“動(dòng)手實(shí)驗(yàn)”：(1)認(rèn)識(shí)多種多樣的塑料。對(duì)給出的幾種塑料進(jìn)行看、聞、拉扯、劃四項(xiàng)檢驗(yàn)。(2)用球棍模型搭一搭聚乙烯的結(jié)構(gòu)，每人搭一個(gè)乙烯，幾個(gè)聚合在一起，形成聚乙烯，用球棍模型模擬這個(gè)過程。(3)橫拉、縱拉塑料袋，感受相同嗎？向自封袋裝2/3的水，扎入牙簽，漏水嗎？討論聚合物的結(jié)構(gòu)是什么樣的？聚乙烯、酚醛樹脂結(jié)構(gòu)不同，哪種是合適的碳骨架呢？塑料袋和塑料瓶都是聚乙烯，硬度為什么不同呢？解釋這些現(xiàn)象背后的原因是什么？聚乙烯的結(jié)構(gòu)是什么？(4)自制彈力球：準(zhǔn)備硼砂、膠水、水、杯子、色素，向膠水中加點(diǎn)色素，攪拌均勻，向溶液中加入硼砂，混合，用力不停地?cái)噭?dòng)，用手捏成球狀，能彈起來嗎？這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理是什么呢？

“設(shè)計(jì)思路”：認(rèn)識(shí)了鏈狀分子的微觀結(jié)構(gòu)之后，需要基于性質(zhì)對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。通過“分子設(shè)計(jì)”的思路把鏈之間連起來變硬，達(dá)到對(duì)分子做相應(yīng)的改造的目的。

1.2.5 任務(wù)5：設(shè)計(jì)“鎖水的物質(zhì)”的分子結(jié)構(gòu)

“演示實(shí)驗(yàn)”吸水的杯子：往紙杯中加入聚丙烯酸鈉，加入適量的水，將杯子倒扣過來，水流不出來。

“設(shè)計(jì)思路”：基于致密交聯(lián)的高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)保水性差，吸水性好，而疏松的鏈狀結(jié)構(gòu)保水性差、吸水性好的特點(diǎn)，歸納并推測(cè)聚乙烯鏈+親水基團(tuán)適度交聯(lián)的高分子可能是好的鎖水物質(zhì)。

1.2.6 任務(wù)6：哪種高吸水性樹脂適合改善土壤

(1)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)

比較棉花、聚丙烯酸鈉、農(nóng)林保水劑(聚丙烯酸鹽-聚丙烯酰胺交聯(lián)物)、水晶花泥(聚丙烯酰胺)的保水性能：吸水速度比較、吸水量比較、保水性比較、穩(wěn)定性比較。

(2)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)用途，根據(jù)需求出發(fā)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和優(yōu)化的思路。

1.2.7 任務(wù)7：你對(duì)沙漠治理的建議

(1)面向未來

你對(duì)沙漠治理的建議是？

(2)設(shè)計(jì)思路

最終回歸到問題解決上來。

2 開發(fā)基于真實(shí)問題的項(xiàng)目式教學(xué)的思路和程序

案例的教學(xué)設(shè)計(jì)借鑒了探究式學(xué)習(xí)[3]、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)[4]和21世紀(jì)核心素養(yǎng)5C模型[5](文化理解與傳承、審辯思維、創(chuàng)新、溝通、合作)等先進(jìn)的科學(xué)教育理念和方法。其中，21世紀(jì)核心素養(yǎng)5C模型中的“文化理解與傳承”啟發(fā)我們以面向解決當(dāng)?shù)卣鎸?shí)問題來設(shè)計(jì)科學(xué)課程和實(shí)踐活動(dòng)，即“思維全球化，行動(dòng)本土化”。教師工作坊的目標(biāo)是讓當(dāng)?shù)馗咧谢瘜W(xué)教師了解項(xiàng)目式教學(xué)，通過案例學(xué)習(xí)和活動(dòng)參與初步掌握面向真實(shí)問題開發(fā)課程的思路和程序。按照程序進(jìn)行課程開發(fā)，將看似困難或者繁雜的任務(wù)拆解成小任務(wù)，每步只完成一個(gè)小任務(wù)。

2.1 將真實(shí)問題轉(zhuǎn)化作為教學(xué)目標(biāo)

古浪縣由于沙漠化嚴(yán)重，土層難以保持水分，現(xiàn)實(shí)中面臨保水困難的問題。我們通過文獻(xiàn)和資料調(diào)研，了解歷史上國內(nèi)外的科學(xué)家和工程師面對(duì)保水問題解決問題的思路和方法。我們整理了很多辦法，如草方格、在沙面上覆蓋致密物、固沙劑、保水劑等，這么多方法選擇哪個(gè)作為課程教學(xué)目標(biāo)呢？由于本次教師工作坊的對(duì)象是高中化學(xué)教師，所以項(xiàng)目式教學(xué)的知識(shí)載體是高中化學(xué)，因此選擇了與高中化學(xué)高分子相關(guān)的保水劑這個(gè)思路。這樣我們將真實(shí)問題“沙漠保水”轉(zhuǎn)化為教學(xué)問題，“尋找鎖水的物質(zhì)—吸水高分子”。

2.2 將真實(shí)問題解決思路轉(zhuǎn)化課程教學(xué)思路

在尋找“尋找鎖水的物質(zhì)—吸水高分子”問題解決思路時(shí)，采用科學(xué)史教學(xué)法對(duì)吸水高分子技術(shù)發(fā)展歷史進(jìn)行了梳理。20世紀(jì)50年代吸水材料是纖維素，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有高分子鏈狀結(jié)構(gòu)(不溶于水、不耐擠壓、保水性差)、碳氧鍵(易于降解)和羥基(吸水基團(tuán))，20世紀(jì)60年代人工合成保水材料淀粉丙烯腈共聚物，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有淀粉交聯(lián)丙烯腈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(保水性增強(qiáng))和羥基、氰基(吸水基團(tuán))，現(xiàn)在保水劑丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有含碳碳鍵的主鏈結(jié)構(gòu)(不易降解)、氨基和羧基(吸水基團(tuán))。通過提煉每個(gè)時(shí)期技術(shù)進(jìn)步所解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，形成了課程教學(xué)思路。

2.3 將真實(shí)問題解決思路轉(zhuǎn)化為可實(shí)施的教學(xué)程序

通過前面的程序明確了課程目標(biāo)是“尋找鎖水的物質(zhì)—吸水高分子”，同時(shí)也歸納出了鎖水物質(zhì)的功能特點(diǎn)等教學(xué)思路。這一步需要將教學(xué)思路拆解教學(xué)程序，即學(xué)生可參與的任務(wù)和活動(dòng)。這三個(gè)程序完成后，就形成了教學(xué)方案。

3 結(jié)語

開展項(xiàng)目式教學(xué)教師工作坊期間，通過訪談、觀察、調(diào)查問卷等方式對(duì)活動(dòng)效果進(jìn)行了評(píng)估?；顒?dòng)過程中，主講老師會(huì)經(jīng)常邀請(qǐng)學(xué)員發(fā)言，最開始學(xué)員發(fā)言不積極，當(dāng)學(xué)員們參與到了探究性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)后分享和發(fā)言變得十分踴躍，很多學(xué)員會(huì)主動(dòng)分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果和學(xué)習(xí)體會(huì)。問卷顯示學(xué)員們對(duì)活動(dòng)非常滿意，并希望能多開展類似的活動(dòng)。在與學(xué)員們交談中，發(fā)現(xiàn)他們對(duì)于新理念新方法持一種開放的態(tài)度，他們覺得面向當(dāng)?shù)貙?shí)際問題開發(fā)課程的思路很有啟發(fā)性，很多教師表示將來會(huì)嘗試采用項(xiàng)目式教學(xué)的方法來設(shè)計(jì)課程。我們還跟當(dāng)?shù)亟逃块T的老師進(jìn)行了訪談，他們介紹了當(dāng)?shù)刂袑W(xué)科學(xué)教育課程改革面臨的一些問題，也希望當(dāng)?shù)亟處熌軐W(xué)習(xí)新的教育理念和方法。希望本文分享的基于真實(shí)問題的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐，能幫助更多科學(xué)教師面向真實(shí)問題進(jìn)行課程開發(fā)和實(shí)施。