指向深度學習的化學項目式學習

李惠云?武志剛

一、項目概要

1. 項目名稱：《指向深度學習的化學項目式學習---以高二“原電池”為例》

2. 項目簡介：

（1）時代背景：2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標下，開發(fā)安全可靠綠色環(huán)保的化學電池勢在必行。

（2）學生學習的知識背景：高一化學中，學生已經(jīng)接觸過電化學知識，對原電池的工作原理有神秘感和探索欲望，同時對原電池有各種迷思和不理解，需通過自己動手設計原電池并測試原電池來解決各種迷思。

（3）原電池知識在指向核心素養(yǎng)的課標下具體要求是：“認識化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應用。了解原電池及常見的化學電源的工作原理。”與這部分知識相關的有兩個必做實驗，其中一個是制作簡單的燃料電池。這部分內(nèi)容的核心知識是原電池的工作原理，功能價值是轉(zhuǎn)變迷思概念，幫助學生初步形成分析原電池工作原理的認知角度。

（4）教學設計思想：在生活實際中，學生能接觸到多種化學電源，但與課本中學到的原電池差別很大，學生無法理解原電池真正的工作原理，所以很難學以致用地處理原電池的實際應用。筆者將原電池的工作原理的本質(zhì)問題轉(zhuǎn)化成學生感興趣的問題，通過項目學習，幫助學生在做中學，讓學生既能體會到原電池是怎么產(chǎn)生電流的，又能深刻領會現(xiàn)象背后蘊含的化學原理。

3. 項目的驅(qū)動問題：

分析“銅-鋅-硫酸原電池”優(yōu)缺點，選定一項缺點加以改進，制作出改進后的原電池。

4. 項目成果：

成果 個人 團隊

階段性成果 資料、模型圖紙、或海報 實施方案和模型圖紙

最終成果 模型圖紙及研究報告 改進后的原電池

5. 成果公開方式：階段作品在實驗室陳列展出，最終作品在課堂的成果展示環(huán)節(jié)展出后錄制成視頻在學校公眾號播放，同時在實驗室展出一周。起到推廣作用，促進學生相互學習。

二、項目實施過程

1.項目啟動：

【創(chuàng)設情境】2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標下，開發(fā)安全可靠綠色環(huán)保的化學電池勢在必行。從最原始的原電池到目前應用廣泛的鋰離子電池，是根據(jù)現(xiàn)實需求不斷進行探究和創(chuàng)新的結(jié)果，新型電池需要體現(xiàn)出精簡、綠色、高效等理念，認識原電池工作原理是設計各種性能電池的基礎，在此背景下啟動該項目學習。

2.確定核心知識與核心概念：

本次項目學習的核心知識是：原電池的工作原理，

核心概念是：閉合回路以及電流產(chǎn)生。

3. 提出任務：

驅(qū)動任務：分析“銅-鋅-硫酸原電池”優(yōu)缺點，選定一項缺點加以改進，制作出改進后的原電池。

4. 項目推進

【任務一】分析“銅-鋅-硫酸原電池”優(yōu)缺點，選定一項缺點加以改進。

【設計意圖】基于對真實的實驗觀察和證據(jù)推理，證實“銅-鋅-硫酸原電池”存在電流不穩(wěn)定，放電效率差等缺點。培養(yǎng)學生證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)。

活動2：通過實驗，確定本組的研究方向，進行小組內(nèi)任務分解。

【設計意圖】真實體驗化學電池改進的思考過程和前期工作，提高學生解決實際問題的能力。本項目難度既有一定挑戰(zhàn)性又不至于太難，能充分激發(fā)學生的研究興趣。

【任務二】依據(jù)原電池原理設計方案

活動1：依據(jù)原電池工作原理確定本小組要改進什么，分析其可能性。

教師為學生提出的支撐性幫助是引導學生按照“想什么、改什么、做什么”來思考問題。

【設計意圖】原電池原理是一個典型的化學原理模型。思考“改什么”可以幫助學生系統(tǒng)化、條理化地認識原電池的構(gòu)成條件。

活動2：設計圖紙，準備材料。

【設計意圖】培養(yǎng)學生將理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力，熟練實驗基本技能，提升科學探究和創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)。

【階段性成果】實驗方案和裝置圖紙。

任務二集中體現(xiàn)STEM對于解決實際問題的指導意義，在原電池的模型認知下，通過已有的知識，運用合理的技術手段解決實際技術問題。

【任務三】實驗探究和作品測試

活動1：組裝改進的裝置

【設計意圖】使學生體會到研究和創(chuàng)作的獲得感和成就感。通過對電極、電解質(zhì)、化學物質(zhì)的改進，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。幫助學生建構(gòu)證據(jù)推理和模型認知思想。

活動2：對裝置進行測試和改進。

【設計意圖】從理論到實踐，幫助學生體會根據(jù)現(xiàn)實的需要不斷改進和創(chuàng)新的科研過程。在解決實際問題的同時，讓學生既能真正體會到原電池是怎么產(chǎn)生電流的，又能深刻領會現(xiàn)象背后蘊含的工作原理。實現(xiàn)化學核心素養(yǎng)的落地。

【任務四】成果匯報展示總結(jié)反思

【設計意圖】通過對作品的交流展示，培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度和清晰流暢的表達能力。引導學生學習、借鑒和評價身邊同學解決問題的思考方式和設計能力。讓核心素養(yǎng)中的知識、能力培養(yǎng)與科學態(tài)度、社會責任真正融為一體。

學生自主總結(jié)、提煉出原電池的構(gòu)成條件和工作原理。通過實踐學生明白了改進原電池時可以改電極材料、電解液以及反應物質(zhì)，但原電池的構(gòu)成要素和工作原理是不會改變的。學生全方位認識到化學與我們生活的關系，培養(yǎng)了“科學態(tài)度與社會責任”的素養(yǎng)。

三、項目反思

學生方面：學生表現(xiàn)出極強的創(chuàng)造力。實施前，筆者預想到學生能夠設計出雙液電池、堿性電池和水果電池，沒想到還能設計出氫氧燃料電池、固體電池以及氮氫電池。比如第4組多次改進后實現(xiàn)了用太陽能電池板電解水，并將產(chǎn)生的氫氣和氧氣組合成氫氧燃料電池。在整個項目化學習的過程中，學生表現(xiàn)積極主動，投入了極大的熱情，主動安排分工，積極解決問題。學生在完成整個項目后各種能力均有提升。

教師方面：老師們驚訝地發(fā)現(xiàn)：是許多知識不再依靠老師反復講解，學生就能水到渠成地理解了。今后的教學中尋找與生產(chǎn)、生活緊密聯(lián)系的化學問題，筆者會設計更多的項目主題，讓學生更多參與項目實踐，形成積極的內(nèi)在學習動機，真正落實化學學科核心素養(yǎng)。