基于“科學(xué)探究與實踐”素養(yǎng)培育的項目式教學(xué)設(shè)計

【摘要】項目式學(xué)習(xí)作為改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式、促進(jìn)深度學(xué)習(xí)、實現(xiàn)育人方式轉(zhuǎn)變的有效方式備受關(guān)注。文章通過分析新課程標(biāo)準(zhǔn)對科學(xué)探究與實踐核心素養(yǎng)的內(nèi)涵及教學(xué)策略，以項目式學(xué)習(xí)“探索燃燒的奧秘——物質(zhì)的變化”為案例，提出從領(lǐng)會素養(yǎng)目標(biāo)內(nèi)涵突顯核心素養(yǎng)培育、合理選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容關(guān)注認(rèn)知思維的邏輯結(jié)構(gòu)、合理設(shè)計實驗探究活動發(fā)展科學(xué)探究的視角下開展項目式教學(xué)，落實科學(xué)探究與實踐核心素養(yǎng)的有效教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】中學(xué)化學(xué)；項目式教學(xué)；科學(xué)探究與實踐；培育

【中圖分類號】G633.8【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）21—0076—05

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》（以下簡稱新課標(biāo)）明確指出：科學(xué)探究與實踐是化學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分，科學(xué)探究活動是通過實驗探究，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)發(fā)展的過程，增強學(xué)生的實踐能力，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。然而反思傳統(tǒng)實驗教學(xué)沒有被重視，教師黑板講實驗、播放實驗視頻、播放虛擬仿真實驗等教學(xué)方式，學(xué)生缺乏真實的實驗體驗，缺乏參與實驗探究的機會，學(xué)生實驗操作技能、科學(xué)探究的能力、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)能力的培育不能得到有效落實。

一、核心素養(yǎng)視域下“科學(xué)探究與實踐”核心素養(yǎng)培育策略

2014年，在教育部印發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》中，“核心素養(yǎng)”首次被置于深化課程改革、落實立德樹人目標(biāo)的基礎(chǔ)地位，“核心素養(yǎng)”指學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，突出強調(diào)個人修養(yǎng)、社會關(guān)愛、家國情懷，更加注重自主發(fā)展、合作參與、創(chuàng)新實踐。從價值取向上看，它“反映了學(xué)生終身學(xué)習(xí)所必需的素養(yǎng)與國家、社會公認(rèn)的價值觀”。從指標(biāo)選取上看，它既注重學(xué)科基礎(chǔ)，也關(guān)注個體適應(yīng)未來社會生活和個人終身發(fā)展所必備的素養(yǎng)；不僅反映社會發(fā)展的最新動態(tài)，同時注重本國歷史文化特點和教育現(xiàn)狀?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》提出化學(xué)學(xué)科的五大核心素養(yǎng)，分別為“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神與社會責(zé)任”，而在新課標(biāo)下，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在義務(wù)教育階段和高中階段有了明顯的區(qū)分，義務(wù)教育階段的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)改為“化學(xué)觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究與實踐”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”，其中“科學(xué)探究與實踐”的核心是培養(yǎng)學(xué)生主動提出有探究價值的問題、設(shè)計探究方案、獨立或與同學(xué)合作完成實踐探究，獲取證據(jù)和結(jié)論，能從化學(xué)視角對常見生活現(xiàn)象、跨學(xué)科問題解決與化學(xué)有關(guān)的問題。因此，“科學(xué)探究與實踐”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)策略就是在教學(xué)中充分挖掘?qū)W科知識背后隱性的學(xué)科思想、學(xué)科觀念、學(xué)科方法，從超越知識表面角度實現(xiàn)知識所承載的素養(yǎng)功能。在設(shè)計教學(xué)目標(biāo)時要突出“科學(xué)探究與實踐”核心素養(yǎng)的發(fā)展水平進(jìn)階，在教學(xué)內(nèi)容選擇時應(yīng)關(guān)注真實的生活、生產(chǎn)、實驗探究情境，在選擇學(xué)習(xí)方式時應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、合作性、探究性，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，體驗科學(xué)探究的思路，充分落實“做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)”的教學(xué)理念，引導(dǎo)并幫助學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，培養(yǎng)創(chuàng)新精神、提高解決問題的能力[1]。

二、基于“科學(xué)探究與實踐”素養(yǎng)培育的項目式教學(xué)設(shè)計——“探索燃燒的奧秘——物質(zhì)的變化”案例設(shè)計

（一）設(shè)計思想

1.領(lǐng)會核心素養(yǎng)內(nèi)涵，突顯教學(xué)目標(biāo)的素養(yǎng)發(fā)展?！疤剿魅紵膴W秘”在教學(xué)目標(biāo)設(shè)計中依據(jù)新課標(biāo)提倡的學(xué)科育人價值，即通過引導(dǎo)學(xué)生探索燃燒的奧秘，分析生產(chǎn)生活中調(diào)控燃燒的技術(shù)方法，調(diào)查燃料的變遷并分析其中的原因，逐步形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，體現(xiàn)目標(biāo)對發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)的重要價值。

2.合理選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，關(guān)注認(rèn)知思維的邏輯結(jié)構(gòu)?！疤剿魅紵膴W秘”在組織實驗教學(xué)內(nèi)容時，選擇依據(jù)新課標(biāo)提倡的構(gòu)建大概念統(tǒng)領(lǐng)的化學(xué)課程內(nèi)容體系，即圍繞“物質(zhì)的化學(xué)變化”學(xué)習(xí)主題，構(gòu)建“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”學(xué)科大概念，通過三個項目活動的設(shè)計，選取燃燒的條件、調(diào)控燃燒的技術(shù)方法等具體學(xué)習(xí)內(nèi)容，既包括核心知識，又包括對科學(xué)思維、科學(xué)探究與實踐和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等核心素養(yǎng)的要求，充分發(fā)揮大概念對實現(xiàn)知識的結(jié)構(gòu)化和素養(yǎng)化的功能價值，全面反映、落實課程內(nèi)容體系的培養(yǎng)要求和目標(biāo)。

3.充分發(fā)揮化學(xué)實驗的價值，積極開展科學(xué)探究與實踐活動?！疤剿魅紵膴W秘”在開展科學(xué)探究與實踐活動時注重啟發(fā)式、互動式、探究式教學(xué)，充分發(fā)揮化學(xué)實驗的價值，開展以化學(xué)實驗為主的多樣化探究與實踐活動，即以日常生活中最常見的燃燒現(xiàn)象入手，以蠟燭的燃燒為起點，以展望和設(shè)計未來的燃料為終點，創(chuàng)設(shè)真實問題情境，開展項目式學(xué)習(xí)。

（二）項目分析

第七單元“燃料及其利用”屬于“物質(zhì)的化學(xué)變化”學(xué)習(xí)主題，新課標(biāo)要求“學(xué)生通過實驗探究認(rèn)識燃燒的條件，理解燃燒和滅火的原理及其在生活中的應(yīng)用，初步體會調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的重要意義”。本項目以生活中常見的燃燒現(xiàn)象為切入點，分別介紹了“燃燒是如何發(fā)生的”“如何調(diào)控燃燒”以及“未來的燃料是怎樣的”三個子項目，從學(xué)生熟悉的實驗現(xiàn)象出發(fā)，以燃燒為載體，引導(dǎo)學(xué)生從實際生活中體會化學(xué)學(xué)科思想，以此建立認(rèn)識化學(xué)的正確視角，幫助學(xué)生進(jìn)一步發(fā)展“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”大概念，認(rèn)識燃燒與滅火的本質(zhì)是可燃物的化學(xué)反應(yīng)，并學(xué)會從能量的視角看待化學(xué)反應(yīng)，體會人類利用和調(diào)控燃燒的思路和方法。

（三）教學(xué)目標(biāo)

1.認(rèn)識物質(zhì)燃燒所發(fā)生的化學(xué)變化，認(rèn)識氧氣在燃燒中發(fā)揮的作用，發(fā)展科學(xué)探究的設(shè)計思路。

2.認(rèn)識燃燒、緩慢氧化和爆炸發(fā)生的條件，認(rèn)識外界條件物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響，初步建立通過內(nèi)外因辯證視角看待化學(xué)問題的視角。

3.了解防火滅火、防范爆炸的措施，認(rèn)識燃燒的條件和調(diào)控方式，體會控制變量在科學(xué)探究中的應(yīng)用。

4.評估燃料對環(huán)境的影響，了解如何選擇對環(huán)境影響較小的燃料，樹立學(xué)生科學(xué)自然觀和綠色發(fā)展觀。

（四）項目實施流程（如圖1）

（五）項目活動實施過程

【情境】我們周圍有很多熟悉的燃燒現(xiàn)象，例如做飯時用柴草、煤或天然氣作為燃料，餐館里或?qū)嶒炇依稂c燃酒精用于加熱，定向爆破過程中利用了炸藥爆炸的作用。這些都是燃料在燃燒，除了這些常見的燃料之外，那么燃燒是如何發(fā)生的，還有哪些物質(zhì)可以燃燒呢？

任務(wù)1：燃燒是如何發(fā)生的？

活動1：哪些物質(zhì)可以燃燒？

【實驗探究】請同學(xué)們以小組為單位，在酒精燈的火焰上加熱以下物質(zhì)：木炭、木條、蠟燭、鎂條、淀粉、塑料、大理石、玻璃等。觀察它們能否燃燒以及燃燒的現(xiàn)象。

【問題】你知道的生活中的燃燒現(xiàn)象還有哪些？請環(huán)顧教室四周，周圍的物品都是由什么材料制成的？它們可以燃燒嗎？

【結(jié)論】從物質(zhì)的角度，我們會發(fā)現(xiàn)有的物質(zhì)可以燃燒，如酒精、蠟燭、火柴；有的物質(zhì)不能燃燒，如水、玻璃、大理石。于是，可以把物質(zhì)按照是否可燃分為兩類：可燃物和不可燃物?？扇嘉锸侨紵臈l件之一。

【學(xué)習(xí)方式】請以小組為單位查找資料，指出建筑工地有哪些可燃物，并討論該如何改進(jìn)選用的材料來減少火災(zāi)的發(fā)生。

活動2：氧氣在燃燒中的作用。

【情境】用燈帽罩在酒精燈上或者燒杯罩在蠟燭上使火焰熄滅，都是因為隔絕了空氣，燃燒無法進(jìn)行。在學(xué)習(xí)化學(xué)之前，同學(xué)們已經(jīng)知道燃燒是可燃物與空氣中的氧氣發(fā)生的化學(xué)變化?？諝庵泻醒鯕?、氮氣等多種成分，那么大家有沒有想過，如何才能說明是氧氣發(fā)揮的作用呢？

【問題】因為空氣的主要成分是氧氣和氮氣，可忽略其他含量很低的組分對燃燒的影響。那么氧氣和氮氣就是我們要探究的兩個影響因素。要說明某一組分是否支持燃燒，可用這種組分的純物質(zhì)來進(jìn)行實驗，以消除其他因素的影響。

【實驗探究】小組合作完成實驗1～5，探究物質(zhì)在純氧或氮氣中能否燃燒。

實驗1：把帶火星的木條伸入盛有氧氣的集氣瓶中，觀察實驗現(xiàn)象。

實驗2：取一小塊木炭，在空氣中加熱至燃燒，觀察現(xiàn)象。然后將其伸入盛有氧氣的集氣瓶中，再觀察實驗現(xiàn)象。木炭熄滅后取出，向集氣瓶中加入少量澄清石灰水，振蕩，觀察現(xiàn)象。

實驗3：在燃燒匙里放少量硫粉，加熱，直到燃燒，觀察硫在空氣中燃燒時的現(xiàn)象。然后把燃燒匙伸入盛有氧氣的集氣瓶中，再觀察實驗現(xiàn)象。

實驗4：把光亮的細(xì)鐵絲繞成螺旋狀，在空氣中加熱，觀察實驗現(xiàn)象。另取同樣的鐵絲，下端系一根火柴，點燃火柴，待火柴快要燃盡時，伸入盛有氧氣的集氣瓶中，觀察實驗現(xiàn)象。

實驗5：點燃一根火柴，伸入到盛有氮氣的集氣瓶中，觀察實驗現(xiàn)象。

【問題】比較上述物質(zhì)在空氣、氧氣和氮氣里的燃燒現(xiàn)象有什么不同，你可以得出什么結(jié)論？

【結(jié)論】物質(zhì)在空氣中燃燒，實際上是與其中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，由于空氣中氧氣含量相對較少，因此在空氣中燃燒不如在氧氣中劇烈。

【釋疑】支持燃燒、助燃是一種通俗說法，氧氣支持燃燒的本質(zhì)是氧氣與可燃物發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)屬于氧化反應(yīng)，我們可以說碳、硫、鐵等物質(zhì)被氧氣氧化。說明氧氣的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，能夠跟很多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

【思考與討論】（1）鐵絲在氧氣中燃燒得到的黑色固體與鐵在形態(tài)上很相似，如何說明這是生成的新物質(zhì)，而不是熔成的鐵珠呢？

（2）查閱資料可得，稀鹽酸與鐵反應(yīng)有氣體產(chǎn)生，可以把黑色固體放入稀鹽酸中，若無氣泡產(chǎn)生，則黑色固體是生成的新物質(zhì)。

活動3：燃燒還需要其他條件嗎？

【問題】通過前面的活動，同學(xué)們已經(jīng)知道燃燒的發(fā)生需要可燃物，同時需要與空氣（氧氣）接觸，那么除此之外，燃燒還需要其他條件嗎？

【思考與討論】請同學(xué)們分小組進(jìn)行討論：請回想秸稈、木柴、煤、汽油、天然氣等常用燃料是如何被點燃的，分析燃燒還需要什么條件。

【實驗探究】小組合作完成實驗1～3，探究燃燒還需要什么條件。

實驗1：向蒸發(fā)皿中加入酒精，點燃，觀察酒精是否容易被點燃。

實驗2：向燃燒匙中放一小塊蠟，置于酒精燈上加熱，觀察何時蠟會燃燒。

實驗3：點燃一根蠟燭，將鐵絲網(wǎng)對折后（讓鐵絲網(wǎng)更細(xì)密）插入蠟燭火焰，觀察現(xiàn)象。

（提示：鐵絲網(wǎng)具有很好的導(dǎo)熱功能）。

【歸納與總結(jié)】（1）燃燒還需要溫度達(dá)到某個值。

（2）可燃物與氧氣構(gòu)成的反應(yīng)體系升溫，燃燒才會被引發(fā)。

（3）溫度達(dá)到著火點也是燃燒的必要條件。

【問題與思考】實驗3里鐵絲網(wǎng)上方的火焰為什么會熄滅？

【討論與交流】（1）鐵絲網(wǎng)導(dǎo)熱降溫，使蠟燭火焰溫度低于其著火點。

（2）不同物質(zhì)的著火點不同，例如酒精是很容易被點燃的，而要點燃蠟燭就困難一些。

【拓展閱讀】酒精燈和蠟燭結(jié)構(gòu)的區(qū)別。

【思考與討論】結(jié)合生活經(jīng)驗，請同學(xué)們思考：可燃物與氧氣發(fā)生的反應(yīng)一定都是燃燒嗎？

【知識拓展】在某些條件下，物質(zhì)與氧氣的反應(yīng)比較劇烈；而在另一些條件下，物質(zhì)與氧氣只發(fā)生緩慢的氧化反應(yīng)。如果緩慢氧化放出的熱積蓄的話，達(dá)到著火點就會發(fā)生自燃；但多數(shù)緩慢氧化只是放出熱量，而不發(fā)生劇烈的燃燒現(xiàn)象。

【交流研討】請同學(xué)們小組合作，解決下面三個問題：

問題1：根據(jù)前面的活動，歸納總結(jié)燃燒的條件。

問題2：思考這些條件之間是什么關(guān)系。

問題3：反思你從這個活動中學(xué)到的科學(xué)方法。

【思考與討論】

問題1：燃燒需要三個條件——可燃物、氧氣（空氣）、著火點（達(dá)到燃燒所需的最低溫度）。

問題2：燃燒發(fā)生時三個條件缺一不可。

問題3：在對一個反應(yīng)的發(fā)生條件進(jìn)行分析和驗證時可以采用“因素分析——控制變量”的思路。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過觀察燃燒過程，用控制變量的方法得到燃燒需要的三個條件，幫助學(xué)生建立對一個反應(yīng)的發(fā)生條件進(jìn)行分析和驗證的思路，從科學(xué)能力、思路方法、認(rèn)識方式三個方面著重培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)思維”核心素養(yǎng)。即通過對燃燒條件的探究，建立證據(jù)和邏輯之間的關(guān)系，從而建立燃燒模型，運用模型解釋相關(guān)問題。學(xué)生先通過觀察哪些物質(zhì)可以燃燒，再通過比較、分類、分析等科學(xué)方法分析燃燒現(xiàn)象，歸納出燃燒的條件以及各條件之間的關(guān)系，建立了從化學(xué)視角認(rèn)識化學(xué)實驗、物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)變化的一般思路。最后，能從變化和聯(lián)系的視角分析其條件，從而在解決“酒精燈與蠟燭結(jié)構(gòu)的區(qū)別”這一拓展問題時體會系統(tǒng)思維的意義[2]。

任務(wù)2：如何調(diào)控燃燒？

活動1：如何讓燃燒更劇烈？

學(xué)生通過觀察柴油、潤滑油等燃燒現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)氧氣不足的時候發(fā)生不完全燃燒，可能產(chǎn)生一氧化碳這種有毒物質(zhì)，從而得出調(diào)整燃料與空氣的比例和擴大接觸面積可以使燃燒更加劇烈。接著學(xué)生進(jìn)行交流研討，對比煤和天然氣的使用和調(diào)控方式，說明選擇該方式的原因。

活動2：怎樣阻止燃燒？

學(xué)生通過查閱資料，自主學(xué)習(xí)化學(xué)實驗室的滅火方法，并進(jìn)行組內(nèi)討論和組間展示。接著學(xué)生通過實驗探究二氧化碳的滅火原理，歸納出破壞燃燒條件的其中一個就能達(dá)到滅火的目的，進(jìn)而對酒精燈的使用方法有更加全面的認(rèn)識。

活動3：什么情況下會發(fā)生爆炸？

學(xué)生通過面粉模擬爆炸實驗，探究爆炸發(fā)生的原因，并且小組內(nèi)進(jìn)行交流研討，分析為避免爆炸在生產(chǎn)過程中應(yīng)注意哪些安全事項，教師提供學(xué)生關(guān)于液體炸藥的相關(guān)資料，擴展學(xué)生視野。

設(shè)計意圖：學(xué)生首先通過對燃燒條件和影響因素的探究，進(jìn)一步了解調(diào)控燃燒的方法和技術(shù)手段，體會從科學(xué)原理到實踐應(yīng)用之間蘊含的技術(shù)思想，從探究能力、技術(shù)與工程、問題解決三個方面著重培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與實踐”核心素養(yǎng)。即通過觀察柴油、潤滑油的燃燒現(xiàn)象，探究調(diào)控燃燒反應(yīng)的方式，體會不同的調(diào)控方式背后的原因，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。其次通過查閱資料了解實驗室的滅火方法，探究二氧化碳的滅火原理，分析破壞燃燒的條件，從技術(shù)與工程設(shè)計入手全面認(rèn)識酒精燈的使用方法。最后通過面粉模擬爆炸實驗，探究爆炸發(fā)生的原因，培養(yǎng)解決問題的能力。

（六）教學(xué)反思

開展“探索燃燒的奧秘”項目式學(xué)習(xí)，建議緊密結(jié)合學(xué)生必做實驗“燃燒條件的探究”。在教師的引導(dǎo)和組織下，學(xué)生進(jìn)行實驗探究、交流研討、觀察思考、總結(jié)反思等活動，教師要給學(xué)生提供對項目成果不斷改進(jìn)完善、展示交流的機會，關(guān)注學(xué)生從個人經(jīng)驗到理性分析的發(fā)展進(jìn)階，有針對性地給予引導(dǎo)和評價反饋。

參考文獻(xiàn)

[1]畢華林.促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的化學(xué)課程改革——《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的研制及其變化[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2022（11）：05.

[2]施觀雪，畢華林.“科學(xué)思維”核心素養(yǎng)的內(nèi)涵及其教學(xué)建議——基于《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的分析[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2022（13）：04.

編輯：張昀