基于“設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)”的化學(xué)“工程思維”培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

陳粲 嚴(yán)西平

摘要：在中考化學(xué)“工藝流程”專題復(fù)習(xí)課中，運(yùn)用“設(shè)計(jì)型”學(xué)習(xí)和“工程思維”的理論進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)，改變只重視知識點(diǎn)強(qiáng)化記憶的呆板印象，強(qiáng)化引導(dǎo)學(xué)生主動參與工藝流程設(shè)計(jì)的“設(shè)計(jì)型”學(xué)習(xí)，注重培養(yǎng)學(xué)生“工程思維”的形成與發(fā)展。在教學(xué)中體現(xiàn)設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)的思路與方法，闡釋工程思維的方式和特點(diǎn)，建構(gòu)解決實(shí)際問題的模型。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)；工程思維；模型建構(gòu)；化學(xué)工藝流程

文章編號：1008-0546（2023）09-0059-03

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2023.09.011

在中考復(fù)習(xí)中，很多復(fù)習(xí)課往往變成知識點(diǎn)的強(qiáng)化記憶，而忽略了運(yùn)用，即使運(yùn)用，也僅僅表現(xiàn)在刷題、講題、練題，而忽略了學(xué)生的思維、能力的綜合提升。2022年6月，筆者有幸在泰州市鳳凰初中上了一節(jié)題為“化學(xué)工藝流程”的公開課，同時作為泰州市初中化學(xué)名師工作室成員，在本節(jié)課展示了本工作室江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃課題的階段性研究成果，有關(guān)“設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)”以及“工程思維”在化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)背景

隨著新課標(biāo)的頒布，教育被賦予了新時代新使命，這就要求教育工作者能夠與時俱進(jìn)。義務(wù)教育階段的化學(xué)課程需要發(fā)揮其育人功能，培養(yǎng)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)臅r代新人。[1]新課標(biāo)要求開展化學(xué)教育過程中重視以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)，其中核心素養(yǎng)之一科學(xué)探究與實(shí)踐里面就強(qiáng)調(diào)：運(yùn)用簡單的技術(shù)與工程方法設(shè)計(jì)、制作與使用相關(guān)模型和作品的能力、提出解決實(shí)際問題初步方案的能力。

“設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)”是一種融合探究活動和設(shè)計(jì)實(shí)踐的學(xué)習(xí)方法，由教師提出設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)，學(xué)生經(jīng)過反復(fù)探究、設(shè)計(jì)來完成面向真實(shí)情境的項(xiàng)目，最終形成學(xué)習(xí)成果。設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)能幫助課堂提質(zhì)增效，能幫助培養(yǎng)學(xué)生的探究、協(xié)作、設(shè)計(jì)和創(chuàng)造等高階能力。在國外，“設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)”主要應(yīng)用于K-12教育、教師教育方面，在國內(nèi)還處于研究、梳理、分析層面，尚未應(yīng)用于實(shí)踐。[2]

工程思維是一種高階思維，是一種科學(xué)思維。工程思維以具體的某個實(shí)際問題為驅(qū)動框架，要求學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動下通過合作、探究等方式解決實(shí)際問題。[3]為培養(yǎng)“三有”新人，工程思維的培養(yǎng)就顯得尤為重要。作為啟蒙階段的化學(xué)學(xué)科，旨在培養(yǎng)新人，培養(yǎng)有思維能力的人，培養(yǎng)有動手能力解決實(shí)際問題的人，培養(yǎng)有智慧、有悟性、有愛國心的人。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

在化學(xué)教學(xué)中，以舊知喚新知，這種知識之間的內(nèi)在聯(lián)系可以為學(xué)生的思維發(fā)展呈現(xiàn)一個明晰的脈絡(luò)，所以，我們要搭建知識之間的內(nèi)在聯(lián)系契合點(diǎn)，更好地發(fā)揮學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的作用，讓新知識可以有效地融入舊知識系統(tǒng)之中，讓學(xué)生的化學(xué)思維結(jié)構(gòu)清晰、條理分明。基于此實(shí)施情境教學(xué)，以社會事件、生活實(shí)際、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、工業(yè)生產(chǎn)、化學(xué)史料、學(xué)科前沿等視角來創(chuàng)設(shè)情境化問題鏈，促進(jìn)化學(xué)知識與實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化，從而在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)情境化、問題化、任務(wù)化、活動化；激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極開展自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

本節(jié)課從概念人手，設(shè)計(jì)、探究后進(jìn)行再設(shè)計(jì)、再探究，通過迭代提高完成學(xué)習(xí)任務(wù)的挑戰(zhàn)。課堂伊始，筆者以“中國制造”創(chuàng)設(shè)情境，引出化學(xué)工藝流程，目的要培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感以及深刻認(rèn)識到化學(xué)工藝在社會發(fā)展中的重要性，同時以激昂的背景音樂迅速將學(xué)生的注意力拉進(jìn)課堂中，引出化學(xué)工藝的主題。

在課堂中，先幫助學(xué)生理解化學(xué)工藝流程的概念及步驟，初步了解化學(xué)工藝流程的規(guī)則和解讀方法，然后設(shè)計(jì)兩個問題：侯德榜制堿法和疫情防控方面的消毒劑制取，創(chuàng)設(shè)這兩個問題的初衷也是為了能夠培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和愛國情懷。在流程圖中，將酸、堿、鹽的相關(guān)知識配合相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行組合，讓學(xué)生能夠?qū)W以致用，因此，在分離提純的環(huán)節(jié)中創(chuàng)設(shè)一個真實(shí)情境，讓學(xué)生自主合作完成流程圖的設(shè)計(jì)，并且讓學(xué)生知道很多物質(zhì)其實(shí)就是在我們身邊，并沒有想象得那么遙不可及，明白知識源于生活、反哺生活。在硝土和草木灰的講解中，貫徹傳統(tǒng)文化的滲透，再次激發(fā)學(xué)生的求知欲以及對文化自信的強(qiáng)化。

三、教學(xué)過程

1．創(chuàng)設(shè)情境，引入主題

【展示】視頻播放：中國制造

【教師】中國制造，世界聞名。中國制造是速度的代名詞，而在實(shí)際生產(chǎn)、建設(shè)中，往往都存在著一定的制造流程，待流程設(shè)定完畢后，即可完成工藝制造。今天我們就一起來學(xué)習(xí)化學(xué)工藝流程該如何設(shè)計(jì)。

2．直奔主題，初識概念

【教師】化學(xué)工藝是什么？什么是化學(xué)工藝流程？

【展示】化學(xué)工藝即是化學(xué)技術(shù)或化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)?；瘜W(xué)工藝流程指將原料主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程，也包括實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的全部措施。

【教師】我們?yōu)槭裁匆芯繉W(xué)習(xí)化學(xué)工藝流程問題？

【展示】（1）化學(xué)工藝流程問題來源于真實(shí)廣泛的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活；

（2）新課標(biāo)要求學(xué)生具備綜合運(yùn)用化學(xué)的相關(guān)知識和科學(xué)方法解決生產(chǎn)、生活實(shí)際和科學(xué)研究中的簡單化學(xué)問題的能力；

（3）化學(xué)工藝流程題問題設(shè)置靈活，考查的知識點(diǎn)全面，對學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力要求較高，幫助學(xué)生提高分析和解決實(shí)際問題的能力。

3．問題指引，模型建構(gòu)

【教師】化學(xué)工藝是國家發(fā)展的命脈，在近代，我國涌現(xiàn)了一大批愛國化學(xué)家，侯德榜和他的“侯氏制堿法”享譽(yù)世界，我們跟隨侯德榜先生制堿的流程一起來認(rèn)識化學(xué)工藝。

【展示】1926年，我國化工專家侯德榜創(chuàng)造出的“侯氏制堿法”，結(jié)束了由美、英、法等國壟斷世界純堿市場的時代。其模擬流程如圖1所示：

【教師】同學(xué)們，這就是“侯氏制堿法”的流程簡圖，讓我們帶著問題自主學(xué)習(xí)工藝流程有哪些要點(diǎn)？從圖中你可以知道哪些信息？

【展示】（1）在該流程中，所需原料是什么？

（2）在流程中涉及到哪些具體操作和反應(yīng)？

（3）目標(biāo)產(chǎn)品是什么？

（4）可循環(huán)使用的物質(zhì)是什么？

（5）你認(rèn)為化工流程分幾步進(jìn)行？

【學(xué)生活動】以小組為單位（6人一組），自主學(xué)習(xí)，小組交流，最后匯報(bào)。

【教師】在大家的自主思考、相互合作之下，我們對上述這一流程有了進(jìn)一步的認(rèn)識，而化工流程分幾步進(jìn)行呢？老師在大家的總結(jié)之后精煉了一下，分為三步進(jìn)行，其實(shí)剛才大家都已經(jīng)總結(jié)到了，我們一起來看。

【展示】化工流程一般分為三步：原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)品精制。其中化學(xué)反應(yīng)是整個流程的核心（見圖2）。

4．初窺門徑，小試牛刀

【教師】我們剛才已經(jīng)認(rèn)識了化工流程的基本要素，接下來我們一起解決一個我們生產(chǎn)中的問題。疫情防控是當(dāng)下的主流安全問題，而消毒劑是我們生活中必不可少的物品，那么它的制造又有什么樣的問題呢？一起解決吧！

【展示】在抗擊疫情期間，消毒劑在公共場所進(jìn)行衛(wèi)生防疫時發(fā)揮著重要作用。二氧化氯（ClO2）是一種高效、廣譜、安全的殺菌消毒劑。以粗鹽水（含可溶性雜質(zhì)MgSO4.CaCl2）為原料，制取ClO2的工藝流程如圖3所示：

（1）試劑A為▲。

（2）加入過量Na2CO3溶液的作用是▲。

（3）步驟④中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式▲。

（4）上述流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)有▲。

【學(xué)生活動】獨(dú)立解決問題，請小組代表為大家講解解決問題的思路與方法。

【總結(jié)】解讀工藝流程的思路與方法：閱讀題干，找關(guān)鍵詞，明確目標(biāo)，理解流程，整合信息，細(xì)心解題。其中還需要注意把名稱換為化學(xué)式，寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式，注意細(xì)節(jié)并規(guī)范語言。

5．模型已成，思維展現(xiàn)

【教師】古法制硝流傳已久，作為中國人，作為化學(xué)人，傳承中華傳統(tǒng)文化義不容辭。古法制硝后的硝酸鉀中有許多雜質(zhì)．請大家設(shè)計(jì)一個切實(shí)可行的方案，提純硝酸鉀，并畫出工藝流程圖。

【展示】小組活動：制取硝酸鉀可以用硝土和草木灰作原料，現(xiàn)有用該法制取的某硝酸鉀固體樣品，其中含有少量雜質(zhì)（氯化鈉、氯化鉀、碳酸鉀、氫氧化鈉、碳酸鈣），請以小組為單位，為KNO3的提純制定方案，以流程圖呈現(xiàn)。

【學(xué)生活動】獨(dú)立思考，小組合作、探究，展示小組研究成果（以投影展示）。

【評價(jià)】學(xué)生對方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行自評，對彼此方案的異同進(jìn)行分析，對設(shè)計(jì)過程中的困惑進(jìn)行公開討論解決，最后教者給出建議。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課在新課標(biāo)的理念之下，運(yùn)用“設(shè)計(jì)型”學(xué)習(xí)融合探究活動和設(shè)計(jì)實(shí)踐的學(xué)習(xí)方法，增進(jìn)對學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)和理解，提升學(xué)生的綜合能力與核心素養(yǎng)，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程思維以及通過學(xué)習(xí)來解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題的習(xí)慣與能力。

在課堂設(shè)計(jì)時，以愛國心、民族結(jié)、傳統(tǒng)情為暗線貫穿始終，培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀。在解決實(shí)際問題時，以正向思維引入，以逆向思維結(jié)尾，在正逆思維的雙向碰撞下，能較大程度地培養(yǎng)并提升學(xué)生的高階思維，引導(dǎo)學(xué)生巧用分析、評價(jià)、創(chuàng)造等思維來解決實(shí)際問題，這樣更能體現(xiàn)學(xué)科價(jià)值，更能貼合新課標(biāo)的要求，才能不負(fù)總書記培根鑄魂、啟智增慧的囑托。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部，義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.4．

[2] 李美鳳，孫玉杰，國外“設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)”研究與應(yīng)用綜述[J]．現(xiàn)代教育技術(shù)，2015 （7）：12-18．

[3] 陸庭鑾，化學(xué)教學(xué)中工程思維的內(nèi)涵及培養(yǎng)[J]．教學(xué)與管理，2022（07）：62-65．