項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合研究

孫康 唐敏 王偉群

摘要：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以解決具體問題為驅(qū)動(dòng)，以學(xué)生活動(dòng)為中心的學(xué)習(xí)模式?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的特色。通過“以廢鐵屑為原料制備摩爾鹽”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐的分析，了解對合適項(xiàng)目的選取、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)及實(shí)施，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中融入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅有助于學(xué)生有效提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)，還對學(xué)生人文精神、團(tuán)隊(duì)合作能力、創(chuàng)新意識的提升具有重要意義，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)目標(biāo)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的融合。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí);化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì);問題解決

文章編號：1008-0546（2021）09-0082-04

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.021

一、問題的提出

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的最重要形式之一。然而目前化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂還是普遍存在著一些問題：有情境少建構(gòu)、有活動(dòng)少專題[1]，教學(xué)方式單一，重技能訓(xùn)練，輕能力培養(yǎng)[2]等。怎樣通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)讓學(xué)生經(jīng)歷完整的探究過程，在探究的過程中利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)解決問題、完成任務(wù)，從而在提升實(shí)驗(yàn)操作能力的同時(shí)促進(jìn)核心素養(yǎng)的全面發(fā)展，是一個(gè)值得研究的問題。

《教育部關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》指出，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要遵循學(xué)科特點(diǎn)，積極推動(dòng)學(xué)生開展研究型、任務(wù)型、項(xiàng)目化、問題式、合作式學(xué)習(xí)。鼓勵(lì)學(xué)校向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)室，方便學(xué)生利用課余時(shí)間，以獨(dú)立或小組合作方式開展實(shí)驗(yàn)探究[3]。結(jié)合項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅有助于學(xué)生發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)，還對學(xué)生提升人文精神、團(tuán)隊(duì)合作能力、創(chuàng)新意識具有重要意義。

二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的融合

鄭長龍認(rèn)為，化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臉?gòu)成要素為：提出化學(xué)問題的能力，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的能力、交流反思的能力[4]。結(jié)合《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)提出的要求[5]以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，我們將化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臉?gòu)成要素以及各構(gòu)成要素所要達(dá)成的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行整理，如表1所示。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以提升探究能力為目標(biāo)，以解決具體問題為驅(qū)動(dòng)，以學(xué)生活動(dòng)為中心的學(xué)習(xí)模式[6]。一般流程包括目標(biāo)、計(jì)劃、實(shí)施、評價(jià)四個(gè)環(huán)節(jié)[7]。合理地選擇和設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)融入項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的各環(huán)節(jié)中，能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，具體如表2所示?！绊?xiàng)目目標(biāo)的確定”環(huán)節(jié)是為了理解項(xiàng)目的意義、明確項(xiàng)目的目標(biāo)任務(wù)，學(xué)生需要根據(jù)已有知識及經(jīng)驗(yàn)提出有探究意義的問題，從而鍛煉學(xué)生提出化學(xué)問題的能力;在“項(xiàng)目計(jì)劃的設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)，主要是對項(xiàng)目進(jìn)行整體的規(guī)劃，學(xué)生需要根據(jù)項(xiàng)目的要求，選取原料、設(shè)計(jì)路線、制定實(shí)驗(yàn)方案，并從多種方案中選取最優(yōu)方案，從而有效提升設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力;“項(xiàng)目任務(wù)的實(shí)施”環(huán)節(jié)要開展項(xiàng)目活動(dòng)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)的角度包含了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行以及實(shí)驗(yàn)處理三個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要根據(jù)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而提升進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的能力;“項(xiàng)目結(jié)果的評價(jià)”環(huán)節(jié)既包含了對項(xiàng)目成果的展示與交流，也包括對項(xiàng)目學(xué)習(xí)的反思及評價(jià)，學(xué)生需要對小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作以及實(shí)驗(yàn)處理進(jìn)行全方面的反思，并在與同學(xué)的交流中找出有待改進(jìn)之處，提出改進(jìn)方案，這一過程能夠有效提升學(xué)生交流反思的能力。

三、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的融合案例分析

怎樣實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合？我們以“以廢鐵屑為原料制備摩爾鹽”項(xiàng)目學(xué)習(xí)為例進(jìn)行分析。

1.項(xiàng)目選擇

（1）意義性

項(xiàng)目的選擇要有意義，意義是促進(jìn)學(xué)生思維深度發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)，也是幫助學(xué)生形成正確價(jià)值觀的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目是對課本上鐵及其化合物知識的拓展，將書本上的學(xué)科核心知識與實(shí)際生產(chǎn)相聯(lián)系，讓學(xué)生在項(xiàng)目進(jìn)行過程中學(xué)會(huì)思考，并利用已掌握化學(xué)知識與技能解決工業(yè)生產(chǎn)中的問題，從而提升學(xué)生運(yùn)用知識解決問題的能力，促進(jìn)問題解決思維的發(fā)展。以廢鐵屑這一常見廢料轉(zhuǎn)化為具有多種用途的摩爾鹽，是一個(gè)“變廢為寶”的過程，有助于學(xué)生形成綠色化學(xué)的思想。

（2）融合性

項(xiàng)目的選取要能夠很好地融合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，在項(xiàng)目流程中將化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為解決問題的方法和手段。共有4個(gè)實(shí)驗(yàn)貫穿該項(xiàng)目，分別為廢鐵屑表面油污的去除，鐵屑的溶解，摩爾鹽的制備、分離以及純化，摩爾鹽純度的檢測。涉及到全部類型的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)該項(xiàng)目中包含了3個(gè)中學(xué)化學(xué)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)：鐵及其化合物的性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、配制一定物質(zhì)的濃度的溶液。從內(nèi)容上來看，以項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)包含了不同類型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)（表3）。

2.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)

本研究的項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要將化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)相結(jié)合，讓學(xué)生在項(xiàng)目探究的過程中運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)解決具體項(xiàng)目問題，從而提升實(shí)驗(yàn)探究能力，促進(jìn)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（1）教學(xué)目標(biāo)

①通過文獻(xiàn)閱讀和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，探究摩爾鹽組成微粒、性質(zhì)、用途之間的關(guān)系，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的化學(xué)學(xué)科觀念。

②通過頭腦風(fēng)暴、小組討論對摩爾鹽的組成進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)制備路線，嘗試用化學(xué)知識解決實(shí)際問題，提升問題解決的能力。

③在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過小組合作完成“廢鐵屑表面油污的去除”“鐵屑的溶解”“硫酸亞鐵銨的制備、分離以及純化”等實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中鞏固溶液配制、過濾、洗滌、蒸發(fā)結(jié)晶等化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作，提升實(shí)驗(yàn)操作技能以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理能力。

④通過交流討論，結(jié)合制備路線的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)操作對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反思與評價(jià)，討論出改進(jìn)方案。從原料利用率以及環(huán)境友好程度等角度對項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)，養(yǎng)成廢物利用的習(xí)慣，形成綠色化學(xué)觀念。

（2）教學(xué)思路

該項(xiàng)目的教學(xué)思路是以廢鐵制備摩爾鹽的過程為流程，按照項(xiàng)目目標(biāo)的確定、項(xiàng)目計(jì)劃的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目任務(wù)的實(shí)施以及項(xiàng)目結(jié)果的評價(jià)四個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)出具體的項(xiàng)目任務(wù)（圖1）。安排為了完成項(xiàng)目任務(wù)所必需的探究活動(dòng)，制定對應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)。

3.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施

（1）項(xiàng)目學(xué)習(xí)以小組合作的方式開展

與傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂中以教師演示實(shí)驗(yàn)為主不同，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以學(xué)生為中心的，課堂中的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)以小組合作的方式進(jìn)行。在項(xiàng)目開始時(shí)，根據(jù)學(xué)生意愿自由組合為小組，各小組推選出小組長負(fù)責(zé)后續(xù)任務(wù)的分配。比如在硫酸亞鐵銨純度的測定實(shí)驗(yàn)中，小組長根據(jù)組員興趣和特長分配多個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)：實(shí)驗(yàn)裝置及藥品的準(zhǔn)備、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、滴定實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理。各組員都參與到為了完成項(xiàng)目任務(wù)所需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，在小組成員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)其余組員對實(shí)驗(yàn)者操作的規(guī)范性做出監(jiān)督。以小組合作的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的積極性明顯提升，在提高實(shí)驗(yàn)操作能力的同時(shí)鍛煉溝通與協(xié)作能力。

（2）項(xiàng)目方案由學(xué)生自主設(shè)計(jì)

相較于傳統(tǒng)課堂中由教師直接給出實(shí)驗(yàn)要求，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)盡可能還原了現(xiàn)實(shí)問題的解決過程，學(xué)生需要根據(jù)任務(wù)具體要求，通過資料查閱、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等活動(dòng)，確定實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)而提升問題解決的能力。比如如何在實(shí)驗(yàn)室中制備摩爾鹽，學(xué)生就需要根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物組成分析、原料選擇、生產(chǎn)路線確定以及各步驟具體實(shí)驗(yàn)方案的制定工作。A小組同學(xué)選取了赤鐵礦為原料，經(jīng)過原料粉碎處理、硫酸浸泡溶解、鐵粉還原三價(jià)鐵、硫酸銨混合攪拌、蒸發(fā)結(jié)晶、產(chǎn)品洗滌等操作，最終得到產(chǎn)品;B組同學(xué)選取綠礬為原料，經(jīng)過溶解、混合硫酸銨、蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌等操作，得到摩爾鹽產(chǎn)品。經(jīng)過產(chǎn)品成本計(jì)算、環(huán)境友好程度等因素的考量，最終確定以廢鐵屑為原料制備摩爾鹽的方案。

在項(xiàng)目結(jié)果的評價(jià)過程中，學(xué)生需要對制備的摩爾鹽樣品純度進(jìn)行檢驗(yàn)，各小組經(jīng)過討論制定不同檢測方案：利用高錳酸鉀滴定法測定亞鐵離子含量、利用硫酸鋇沉淀法測定硫酸根離子含量。學(xué)生能夠根據(jù)構(gòu)成產(chǎn)物微粒具有的不同性質(zhì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合微粒數(shù)量關(guān)系，處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終得到具體純度。

（3）項(xiàng)目過程中實(shí)驗(yàn)功能各不相同，是完整的探究過程

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的過程中，化學(xué)知識不再是學(xué)生記憶的對象，化學(xué)實(shí)驗(yàn)不再是機(jī)械的技能性訓(xùn)練，而是解決實(shí)際問題的工具。在“以廢鐵屑為原料制備摩爾鹽”項(xiàng)目中，化學(xué)知識、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用貫穿項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)，從產(chǎn)品組成分析到產(chǎn)品制備、分離及提純，再到產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，實(shí)際上回答了“產(chǎn)品是什么？”“應(yīng)該怎么生產(chǎn)產(chǎn)品？”“生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量如何，能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)？”的問題。

在設(shè)計(jì)方案時(shí)，學(xué)生通過銨根、硫酸根、亞鐵離子的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，確定了摩爾鹽的組成，進(jìn)而設(shè)計(jì)出制備方案;在鐵屑的溶解實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要配制3mol/L的硫酸，并根據(jù)反應(yīng)本質(zhì)設(shè)計(jì)出同時(shí)具備水浴加熱及尾氣處理功能的實(shí)驗(yàn)裝置;在硫酸亞鐵銨的制備、純化及分離實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需要根據(jù)溶解度差異進(jìn)行降溫結(jié)晶、乙醇洗滌等實(shí)驗(yàn)，得到最終產(chǎn)品;最終需要利用亞鐵離子的還原性、硫酸根離子的性質(zhì)測定樣品中的離子含量，進(jìn)而算出樣品純度。在這一過程中作為解決這些問題的工具，同時(shí)這些問題環(huán)環(huán)相扣，將實(shí)驗(yàn)過程整合為一個(gè)完整的工業(yè)生產(chǎn)問題的探究過程。

（4）學(xué)習(xí)評價(jià)方式的多元化

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行了多元化的評價(jià)，分為過程性評價(jià)與終結(jié)性評價(jià)。過程性評價(jià)有活動(dòng)表現(xiàn)評價(jià)和活動(dòng)任務(wù)單的完成情況。其中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和小組活動(dòng)環(huán)節(jié)對學(xué)生的表現(xiàn)采用的是表現(xiàn)性評價(jià)?；顒?dòng)任務(wù)單中有學(xué)生對文獻(xiàn)閱讀提取信息的記錄，化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)的過程記錄和分析等。終結(jié)性評價(jià)主要包括實(shí)驗(yàn)制作產(chǎn)品的結(jié)果和項(xiàng)目報(bào)告。如表4是過程中摩爾鹽純度檢測實(shí)驗(yàn)學(xué)生表現(xiàn)評價(jià)表。

學(xué)生學(xué)習(xí)評價(jià)的總表如表5所示，教師在表中還針對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況給出評語，肯定學(xué)生努力的同時(shí)給出改進(jìn)建議。

四、結(jié)論

項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生始終對項(xiàng)目學(xué)習(xí)保持濃厚的興趣。為了項(xiàng)目學(xué)習(xí)的成功，每一個(gè)環(huán)節(jié)都表現(xiàn)得很認(rèn)真。特別是對實(shí)驗(yàn)有了全新的認(rèn)識。一位學(xué)生在后感中寫道：“在測定（NH4）2Fe（SO4）2溶液濃度的時(shí)候，我們從不同的角度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識到了化學(xué)學(xué)科的靈活性和實(shí)際生活中問題的多樣性。對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的想象和描述也將更加準(zhǔn)確。同時(shí)，由于現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜性，此后在設(shè)計(jì)具體流程時(shí)，也將更加注意流程的簡單性和可操作性”。

以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式對化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行融合，是一條提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的有效途徑。在項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)不再是機(jī)械的技能性培訓(xùn)，而是作為學(xué)生解決問題的工具。對物質(zhì)進(jìn)行分析、合成以及表征等實(shí)驗(yàn)是項(xiàng)目完成要求的必然結(jié)果。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式能夠有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力，其中的各個(gè)環(huán)節(jié)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的不同方面具有促進(jìn)作用，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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