智慧教學(xué)環(huán)境下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)案例的設(shè)計(jì)
——以氮的固定為例

林輝煌 福建省泉州市洛江區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施需要學(xué)生積極參與、自主探究，在學(xué)習(xí)過程中形成自主性、創(chuàng)造性?，F(xiàn)今隨著科技的迅猛發(fā)展，智慧教學(xué)環(huán)境已經(jīng)逐步走入絕大多數(shù)的學(xué)校。智慧教學(xué)環(huán)境下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的應(yīng)用，為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和平臺(tái)，有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科思維的融合；學(xué)習(xí)內(nèi)容貼近生活實(shí)際，有利于培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新意識(shí)；因其設(shè)計(jì)模式、設(shè)計(jì)流程，總體上有利于培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的人才。同時(shí)，項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)的開展，還可為教育評(píng)價(jià)的開展與完善創(chuàng)造良好的條件，對(duì)提升教育評(píng)價(jià)的全面性、針對(duì)性有積極幫助?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，開展智慧教學(xué)環(huán)境下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)案例就很有意義。

一、背景介紹

（一）智慧教學(xué)環(huán)境介紹

信息技術(shù)2.0背景下的智慧教學(xué)環(huán)境是一種集移動(dòng)終端、多媒體、網(wǎng)絡(luò)、電子白板等功能于一體的新型教學(xué)方式。該技術(shù)能通過對(duì)課堂中各類學(xué)習(xí)資源的整合，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。它能最大限度地將多媒體資源、電子白板、作業(yè)管理系統(tǒng)等融為一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)手段的整合優(yōu)化，能有效利用各種互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)工具幫助學(xué)生自主解決問題，合作探究學(xué)習(xí)。它的智慧課堂不僅支持在線直播，還支持線下互動(dòng)授課以及移動(dòng)端實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)和測(cè)評(píng)。

在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生可根據(jù)自己的需要進(jìn)行自主學(xué)習(xí)?；诖颂攸c(diǎn)，通過酷蒙課堂平臺(tái)開發(fā)出的各種智能互動(dòng)課程與資源來實(shí)現(xiàn)高效課堂。

泉州市奕聰中學(xué)在黃奕聰慈善教育基金會(huì)的大力支持下，于2021 年5 月和北京四中網(wǎng)校平臺(tái)進(jìn)行簽約。依托北京四中先進(jìn)的教育教學(xué)理念，充分利用北京四中網(wǎng)校海量?jī)?yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，借助信息技術(shù)手段，構(gòu)建智慧教學(xué)環(huán)境。

（二）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)方法，是一種以解決實(shí)際問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境或任務(wù)讓學(xué)生自主選擇項(xiàng)目來完成，并通過多種途徑和方法來解決問題，從而在此過程中獲得對(duì)知識(shí)與技能深刻的領(lǐng)悟和掌握。其過程是基于項(xiàng)目化的實(shí)踐活動(dòng)，項(xiàng)目是基于情境的解決問題的活動(dòng)。將知識(shí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)問題相融合，學(xué)生通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方法自主學(xué)習(xí)、合作探究，在解決實(shí)際問題中獲得發(fā)展。通過學(xué)生自主研究，基于證據(jù)導(dǎo)向，獨(dú)立或者合作完成項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)教師主導(dǎo)下的合作，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在美國(guó)已經(jīng)在中小學(xué)教學(xué)中得到了較為普遍的應(yīng)用推廣，在一定程度上鍛煉了中小學(xué)生的創(chuàng)造力、動(dòng)手實(shí)踐能力、計(jì)劃和執(zhí)行項(xiàng)目的能力以及團(tuán)隊(duì)合作力、領(lǐng)導(dǎo)力。但該教學(xué)模式在我國(guó)中小學(xué)教育中尚未普及，然而隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)以及素質(zhì)教育的深入，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)逐漸受到了教育界的關(guān)注和認(rèn)可，并開始有意識(shí)地在中小學(xué)教育中推廣使用。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)思路

基于以上技術(shù)支持和理論支撐，我設(shè)計(jì)了一個(gè)以江蘇鳳凰教育出版社普通高中教科書《化學(xué)必修第二冊(cè)》專題7 第一單元“氮的固定”的內(nèi)容。該課時(shí)知識(shí)把自然現(xiàn)象、化學(xué)變化、人類生存需要、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等進(jìn)行了融合，充分體現(xiàn)了化學(xué)源于人類生活、服務(wù)于人類發(fā)展的特點(diǎn)，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)是真實(shí)的、化學(xué)是有用的。既強(qiáng)調(diào)化學(xué)科學(xué)在造福人類、提高人類生存質(zhì)量方面的重要作用，又指出要維護(hù)生態(tài)平衡，科學(xué)應(yīng)用化學(xué)科學(xué)，形成可持續(xù)發(fā)展的理念。

（二）教學(xué)步驟和形式

圖1

1.課前準(zhǔn)備

利用平板推送一系列資料，讓學(xué)生利用課余時(shí)間收集整理哈伯的相關(guān)文字介紹和視頻，掌握人工固氮的意義和對(duì)哈伯此人的評(píng)價(jià)。因?yàn)槟壳案咧猩n余時(shí)間相對(duì)較少，如果完全讓學(xué)生進(jìn)行自主收集和整理材料，會(huì)浪費(fèi)許多時(shí)間，有一些學(xué)生在上網(wǎng)收集材料之時(shí)，會(huì)做一些與材料收集和整理無關(guān)的事，因此教師可以直接幫學(xué)生收集好一大堆的資料，讓他們自主選擇，整理一些他們認(rèn)為有用的信息，可以大大節(jié)約時(shí)間成本，并且還可以提升他們的閱讀能力和信息提取能力。

2.任務(wù)一：如何提高糧食產(chǎn)量

【課堂引入】民以食為天。得天獨(dú)厚的自然條件和地理環(huán)境孕育了中華民族以農(nóng)耕為主體的經(jīng)濟(jì)形態(tài)。農(nóng)業(yè)在封建社會(huì)中占據(jù)主導(dǎo)地位，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)直接關(guān)系國(guó)家興衰、人民生計(jì)?？v觀古代王朝的更替，都與農(nóng)業(yè)、糧食的產(chǎn)量息息相關(guān)。今天我們一起來穿越時(shí)空，回到古代，做一名農(nóng)夫，那么你會(huì)用什么辦法使糧食增產(chǎn)呢？請(qǐng)同學(xué)們討論，并將你們的見解寫在學(xué)案上，并拍照上傳到平臺(tái)中。

【學(xué)生討論】分組討論

【成果展示】教師平板，翻閱并展示五個(gè)同學(xué)的答案。請(qǐng)同學(xué)們加以點(diǎn)評(píng)。

【學(xué)生成果】①合理密植；②因地制宜，種植適合生長(zhǎng)的作物；③開墾荒地；④改進(jìn)農(nóng)具，采用機(jī)械化生產(chǎn)；⑤興修水利；⑥合理施肥（有機(jī)肥、化肥）。

【互相點(diǎn)評(píng)】討論結(jié)果中大家談到了各種讓糧食增產(chǎn)的好方法，但許多同學(xué)沒有把自己放在古代封建社會(huì)這個(gè)特定的歷史環(huán)境中去思考，而是采用我們現(xiàn)代人的思維去解決問題，比如機(jī)械生產(chǎn)、氮肥等就是現(xiàn)代化生產(chǎn)，這就超越了當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)力水平。

【過渡】翻看了許多同學(xué)的反饋，都有提到多使用肥料。古代施肥用的是人畜糞便的有機(jī)肥，但在現(xiàn)代社會(huì)里我們更多使用的是化肥、氮肥，充足的氮可以使植物枝葉繁茂，葉片增大，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)氨基酸和蛋白質(zhì)的形成，進(jìn)而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。所以，在人類社會(huì)進(jìn)步中，知識(shí)的力量是無窮盡的，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。

3.任務(wù)二：氮的固定

那么，可以讓糧食增產(chǎn)的氮肥中氮在哪里？又有什么樣的性質(zhì)呢？請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本32 頁(yè)的知識(shí)，完成學(xué)案中任務(wù)二的三個(gè)問題。

問題1：氮存在于哪里？

問題2：書寫氮?dú)獾碾娮邮胶徒Y(jié)構(gòu)式

問題3：氮?dú)獾男再|(zhì)和用途

【學(xué)生閱讀填寫學(xué)案】

【計(jì)時(shí)器啟動(dòng)3分鐘】

【拍照點(diǎn)評(píng)】隨機(jī)點(diǎn)名，讓學(xué)生點(diǎn)評(píng)其他同學(xué)的答案，并匯報(bào)本組的成果。

【成果展示】①主要以游離態(tài)形式存在空氣中，還有一些化合態(tài)存在于地殼巖石中，等等。氮的固氮包括自然固氮和人工固氮兩種方式，其中自然固氮分為高能固氮和生物固氮。②電子式為∶N??N ∶結(jié)構(gòu)式為③性質(zhì)穩(wěn)定，可以與鎂反應(yīng)。因?yàn)樗芊€(wěn)定，所以經(jīng)常作為填充氣；因?yàn)槠淙鄯悬c(diǎn)低，常做制冷劑。還可以用來做化肥等。

【設(shè)疑】那么，生物體能否吸收這些游離態(tài)的氮呢？

【圖片顯示】這是一張豆科植物的根莖圖片，這里有一些根瘤，里面有根瘤菌，它們可以直接吸收空氣中的氮?dú)猓D(zhuǎn)化為自身的養(yǎng)分，這個(gè)過程我們稱其為氮的固定。這種利用動(dòng)植物將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的過程，稱為生物固氮，占自然固氮的90%。然而，絕大多數(shù)的植物并沒有這個(gè)功能，那么它們是靠什么來吸收氮的呢？有句諺語(yǔ)叫“雷雨發(fā)莊稼”。我們來模擬一下這個(gè)過程，近距離感受雷電帶來的秘密。那么在這之前，先來認(rèn)識(shí)兩種氮的氧化物，他們是NO和NO2。

【展示NO】用平板直播展示

【演示與氧氣反應(yīng)，與水反應(yīng)的過程】①將一瓶裝約20%水和80%NO 的圓底燒瓶，展示給學(xué)生觀看。在毒氣櫥窗中，將其瓶塞打開，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，隨機(jī)點(diǎn)名讓學(xué)生來描述現(xiàn)象。

②待整瓶都充滿紅棕色氣體后，塞上瓶塞，振蕩燒瓶，觀察現(xiàn)象，并隨機(jī)點(diǎn)名讓學(xué)生描述現(xiàn)象。

【課件展示】對(duì)比NO和NO2的性質(zhì)表格。

【學(xué)生活動(dòng)】分析表格信息，思考并理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

【過渡】有了以上的信息，我們接下來就來模擬閃電固氮的過程。

4.任務(wù)三：實(shí)驗(yàn)?zāi)M閃電固氮

我們通過實(shí)驗(yàn)來模擬“雷雨發(fā)莊稼”這個(gè)過程，近距離感受雷電帶來的秘密。

【分組實(shí)驗(yàn)】模擬閃電固氮（實(shí)驗(yàn)裝置見圖2）

圖2 模擬閃電固氮裝置

【實(shí)驗(yàn)步驟】①取2 張濕潤(rùn)的pH 試紙，分別粘貼在圓形玻璃罩的內(nèi)側(cè)和外側(cè)；②放好橡膠圈，按下電源鍵；③在玻璃罩外放上一張白色紙張，觀察現(xiàn)象。

【思考問題】①玻璃罩里有什么？②看到的現(xiàn)象說明生成了什么？③對(duì)比內(nèi)外兩側(cè)pH試紙說明什么？④寫出玻璃罩內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【成果展示】用平板錄制學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象，上傳平臺(tái)以分享實(shí)驗(yàn)歷程和結(jié)論。①玻璃罩內(nèi)罩著一些空氣，主要成分是氮?dú)夂脱鯕狻＂诳吹椒烹娨欢螘r(shí)間后，出現(xiàn)紅棕色氣體。玻璃罩里面的pH試紙變紅。③玻璃罩外的pH試紙沒有變化，罩內(nèi)的變紅，說明生成了酸性物質(zhì)。④三個(gè)反應(yīng)過程方程式，請(qǐng)同學(xué)們自行推導(dǎo)。

【搶答】通過平板搶答，讓學(xué)生講解第三個(gè)方程式NO2與水反應(yīng)的配平方法。

5.任務(wù)四：人工固氮

【過渡】然而，僅靠自然界的生物固氮和高能固氮，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)氮肥的需求。世界上各個(gè)國(guó)家都對(duì)比進(jìn)行了研究，看看能否利用人工的力量，將空氣中游離態(tài)氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物可以吸收的氮，這個(gè)過程稱為人工固氮。

可喜的是，這個(gè)難題被哈伯的科學(xué)家搞定了。請(qǐng)閱讀課本的35頁(yè)，完成哈伯固氮的化學(xué)方程式的書寫。

【總結(jié)】氮的循環(huán)

【搶答】根據(jù)教材37 頁(yè)圖7-7 氮元素在自然界中的循環(huán)，你能說出今天所學(xué)的內(nèi)容有哪些嗎？

【學(xué)生活動(dòng)】搶到機(jī)會(huì)的學(xué)生說出自己記憶深刻的內(nèi)容，最后再相互補(bǔ)充完整。

歸納總結(jié)：從氮的發(fā)現(xiàn)到合成氮工業(yè)的成功，植物生長(zhǎng)有了足夠的氮肥，實(shí)現(xiàn)了土地的精耕細(xì)作，提高了糧食的產(chǎn)量，也改變了世界糧食生產(chǎn)的歷史，人類得以豐衣足食。從封建社會(huì)的人畜糞便到工業(yè)社會(huì)的氮肥，人類利用科技的力量不斷進(jìn)步，希望同學(xué)們學(xué)有所用、學(xué)以致用。

【課堂練習(xí)】通過平板推送課堂練習(xí)3 道選擇題，分別涉及氮的存在、氮的固定以及氮?dú)獾挠猛尽? 道填空題，涉及氮的結(jié)構(gòu)、合成氨化學(xué)方程式的書寫、氮氧化物的轉(zhuǎn)化。

【課后作業(yè)】通過平板發(fā)布任務(wù)，學(xué)生完成對(duì)應(yīng)的課時(shí)練習(xí)題。通過平板作業(yè)進(jìn)行批改，可以詳細(xì)了解到每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，尤其可以詳細(xì)了解需要特別關(guān)注的學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。平板可以記錄學(xué)生的書寫軌跡，教師可以通過學(xué)生書寫過程了解學(xué)生的思考過程。

三、教育評(píng)價(jià)

本案例的項(xiàng)目中，學(xué)生可以選擇其他材料或解決方法來解決問題，如氮的固定、氮氧化物性質(zhì)比較等。在這些項(xiàng)目中，有些項(xiàng)目需要學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)；有些項(xiàng)目需要學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上提前查找資料，如本課中哈伯的相關(guān)介紹；還有些項(xiàng)目具有一定的挑戰(zhàn)性，如創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，并由此得到相應(yīng)的結(jié)論。

（一）優(yōu)點(diǎn)

首先，本案例要求學(xué)生通過自主探究及合作學(xué)習(xí)的方式，解決生活中遇到的實(shí)際問題。

其次，穿越場(chǎng)景的項(xiàng)目活動(dòng)還要求學(xué)生培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)生活中新問題的能力，與歷史、地理、通用技術(shù)等學(xué)科進(jìn)行融合，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

再次，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)中，讓學(xué)生親身經(jīng)歷科學(xué)探究過程，與同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)探究的成果，經(jīng)歷科學(xué)探究成功的喜悅，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)實(shí)驗(yàn)、樂于動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新精神，形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，形成利用化學(xué)所學(xué)參與有關(guān)問題解決的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，最終落實(shí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。

（二）不足之處

首先，對(duì)學(xué)生的學(xué)情認(rèn)知情況了解不夠。關(guān)于本課學(xué)習(xí)，學(xué)生在初中學(xué)習(xí)中僅接觸到空氣中氮的成分占78%，知識(shí)儲(chǔ)備很少，再加上學(xué)生缺乏生活經(jīng)驗(yàn)，未能將知識(shí)點(diǎn)與生活聯(lián)系起來，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

其次，在課堂上的互動(dòng)方面存在時(shí)間不足問題?；?dòng)點(diǎn)評(píng)時(shí)，不能把所有學(xué)生的成果進(jìn)行瀏覽，只能利用課余時(shí)間再將其補(bǔ)充完整。

再次，本案例雖然設(shè)計(jì)了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閳?chǎng)地的原因，沒有讓每個(gè)學(xué)生都參與其中，導(dǎo)致活動(dòng)缺少趣味性，且不能調(diào)動(dòng)全員積極性。

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)背景下，學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體，在項(xiàng)目活動(dòng)中表現(xiàn)出了極大的主動(dòng)性、創(chuàng)造性和自主性。在智慧教室的軟硬件支持下，課堂上可以讓每一個(gè)學(xué)生都積極參與，極大地提高了學(xué)習(xí)興趣。基于知識(shí)內(nèi)容而設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種較為科學(xué)、有效、符合課程標(biāo)準(zhǔn)要求的教學(xué)模式，其核心在于讓學(xué)生通過活動(dòng)去獲取知識(shí)、發(fā)展思維，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生在進(jìn)行探究活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生興趣、參與意識(shí)和創(chuàng)造精神。