理化生融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程“制作面膜加熱器”案例研究

穆 銘

(北京市東城區(qū)教育科學(xué)研究院，北京，100009)

根據(jù)已有研究結(jié)果，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)將理論與實(shí)踐結(jié)合起來，指向真實(shí)情境中的問題解決，其培養(yǎng)目標(biāo)可解構(gòu)為基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)三個方面：而科學(xué)領(lǐng)域的物理、化學(xué)、生物三門學(xué)科的核心素養(yǎng)有很多共通之處，其可被解構(gòu)、整合為科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任四個維度。[1-2]理化生融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是指涉及物理、化學(xué)、生物三門或其中兩門學(xué)科與課程標(biāo)準(zhǔn)緊密結(jié)合的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，通過理化生融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)提高科學(xué)領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)具有很高的理論價值與實(shí)踐可行性，但目前國內(nèi)缺乏此類項(xiàng)目式課程教材。[3-4]為此，筆者開發(fā)出項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程“制作面膜加熱器”，并在北京市某中學(xué)實(shí)施了此課程。筆者在實(shí)施后對學(xué)生訪談，發(fā)現(xiàn)該課程得到了學(xué)生的高度認(rèn)可，能有效提高學(xué)生的核心素養(yǎng)，可為后續(xù)同類課程的開發(fā)提供參考。

一、課程設(shè)計

(一)項(xiàng)目導(dǎo)引

冬天氣溫較低，人們在敷面膜時需要面膜加熱裝置升高面膜溫度，促進(jìn)毛孔舒張以吸收面膜精華并提高敷面膜時的舒適度。筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的面膜加熱裝置基本以物理方法為主，通過電熱絲加熱面膜，但加熱效果無法持續(xù)或裝置臃腫不便使用，且安全性不高。利用化學(xué)放熱反應(yīng)制作面膜加熱貼，或改良主要利用物理原理加熱面膜的加熱裝置很有必要，能有效解決生活中遇到的實(shí)際問題。

(二)學(xué)習(xí)任務(wù)

任務(wù)1：了解皮膚的結(jié)構(gòu)和面膜作用于人體面部的機(jī)理，初步確定面膜的適宜溫度及面膜加熱器適用的熱效應(yīng)。

任務(wù)2：探究常見加熱產(chǎn)品的主要成分及發(fā)熱原理。

任務(wù)3：制作主要利用化學(xué)原理發(fā)熱的面膜加熱貼或改良主要利用物理原理加熱的面膜加熱器。

任務(wù)4：分小組匯報成果，組間相互交流。

探究與研討：能否制作出可循環(huán)使用的超級面膜加熱器或面膜與加熱貼一體的自熱面膜。

(三)學(xué)生活動

1.知識鏈接與拓展閱讀

展示面部皮膚的結(jié)構(gòu)及可拆卸的面膜加熱罩、暖寶寶、即熱飯盒加熱包、蒸汽眼罩使用說明。

2.交流研討

內(nèi)容1：查閱文獻(xiàn)并討論面膜改善肌膚的機(jī)理。

內(nèi)容2：討論可拆卸面膜加熱罩的加熱機(jī)理以及如何改良。

內(nèi)容3：討論常見的化學(xué)放熱產(chǎn)品的發(fā)熱原理以及它們不能用于面膜加熱的原因。

內(nèi)容4：討論初始設(shè)計時應(yīng)考慮的主要因素。

3.學(xué)生活動(以學(xué)生利用化學(xué)原理制作面膜加熱貼為例)

活動1：加熱產(chǎn)品的成分探究。探究蒸汽眼罩、暖寶寶、即熱飯盒加熱包等常見加熱產(chǎn)品的主要成分并填寫實(shí)驗(yàn)記錄表。

活動2：分小組查閱文獻(xiàn)，研究加熱產(chǎn)品中各成分的作用，匯報并討論研究結(jié)果。

活動3：選擇合適反應(yīng)物并制作面膜加熱貼。小組合作，利用溫度傳感器等工具探究合適的發(fā)熱體系?；顒影y已有產(chǎn)品加熱溫度隨時間的變化、選擇合適的反應(yīng)物、選擇合適包裝材料、設(shè)計面膜加熱貼的外觀等。選擇合適發(fā)熱物質(zhì)及體系需考量反應(yīng)物熱值大小、反應(yīng)速率、反應(yīng)持續(xù)時間、反應(yīng)所能達(dá)到的最高溫度等。

活動4：成果課堂展示及組間相互交流。分小組展示面膜加熱貼，介紹產(chǎn)品設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)，反思產(chǎn)品設(shè)計的缺點(diǎn)。

(四)探究與研討

問題1：可否升級，使面膜與加熱器一體化，即制作自熱面膜。

問題2：可否升級，制作出可循環(huán)使用的面膜加熱器。

二、課程實(shí)踐分析

課程實(shí)踐對象來自北京市某中學(xué)，該班共35名學(xué)生，分別來自“1+3”科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班(學(xué)生知識水平位于初三和高一之間)的1、2、3班。筆者介紹了本課程的主要內(nèi)容(制作面膜加熱器)后，有2個小組共7人自愿選擇此課程為本小組的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主要內(nèi)容。課程結(jié)束后，筆者對這7名學(xué)生中的6名(一名學(xué)生因故不能參加訪談)分別進(jìn)行訪談，其中，學(xué)生一、三、五來自同一個小組，學(xué)生二、四、六來自同一個小組，小組成員均來自不同班級。筆者對訪談內(nèi)容進(jìn)行整理分析，得出該課程實(shí)踐的相關(guān)成果。

(一)涉及理化生學(xué)科知識、原理

學(xué)生普遍認(rèn)為，該課程涉及了一些基本知識與原理，其中，涉及化學(xué)學(xué)科的內(nèi)容較多，涉及物理學(xué)科和生物學(xué)科的內(nèi)容較少。該課程在化學(xué)學(xué)科方面涉及一些放熱反應(yīng)及不同加熱產(chǎn)品的成分、發(fā)熱原理等；在物理學(xué)科方面涉及一些簡單的熱學(xué)知識，如水液化吸熱以及電能熱能間的轉(zhuǎn)化等；在生物學(xué)科方面涉及一些和人體有關(guān)的知識，如面部皮膚的結(jié)構(gòu)等。學(xué)生在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，通過文獻(xiàn)查閱等方法，在知識層面已經(jīng)了解并掌握了很多涉及物理、化學(xué)、生物學(xué)科的知識。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)與小組合作，既復(fù)習(xí)了先前學(xué)過的內(nèi)容，又預(yù)習(xí)了需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，進(jìn)而靈活掌握與綜合運(yùn)用這些知識。

(二)促進(jìn)學(xué)生基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)的發(fā)展

筆者與6名學(xué)生關(guān)于收獲部分的訪談內(nèi)容如下。

問題：在課程學(xué)習(xí)過程中，你在基礎(chǔ)知識、綜合能力(包括設(shè)計能力、執(zhí)行能力和反思能力等)、精神品質(zhì)等方面有哪些收獲？哪方面的收獲最多？

學(xué)生一：“在基礎(chǔ)知識層面，我們開始研究加熱產(chǎn)品時并不知道成分，通過實(shí)驗(yàn)和上網(wǎng)搜集資料，知道了具體成分，獲得很多相關(guān)知識，還學(xué)習(xí)了一些人體構(gòu)造的知識。在綜合能力層面，我們的設(shè)計能力得到了發(fā)展。我們在開始設(shè)計實(shí)驗(yàn)時毫無頭緒，后來在教師的提示下有了很多的想法。我是組長，領(lǐng)導(dǎo)能力和執(zhí)行能力也得到了提高。我們在失敗時會思考到底哪里出了問題，鍛煉了反思能力。這個課程使我們更加團(tuán)結(jié)，還培養(yǎng)了我們遇到困難不退縮的精神。例如，我們組由兩個班的同學(xué)組成，日常聯(lián)系不太方便，剛開始寫論文時交流溝通比較困難，但后來我們注意分工與合作，也就順利完成了論文?！?/p>

學(xué)生二：“我的實(shí)驗(yàn)探究思維之所以得到了很好的發(fā)展，是因?yàn)槿绾沃谱鞒鲞m應(yīng)面部的加熱貼，需要我們借鑒已有的加熱產(chǎn)品的發(fā)熱成分、發(fā)熱原理以逐步探究。”

學(xué)生三：“我收獲最大的是知識方面，我們通過閱讀相關(guān)知識資料學(xué)到了相關(guān)學(xué)科中很多之前不知道的知識?！?/p>

學(xué)生四：“我的收獲主要是知識與能力。通過上網(wǎng)查閱資料、做實(shí)驗(yàn)，我們了解到不少原來沒有學(xué)過的知識，這個過程也大大提高了我的能力。”

學(xué)生五：“我收獲最大的是執(zhí)行能力。例如，我的執(zhí)行效率大大提高了，能迅速、高效地完成組長分配的任務(wù)?！?/p>

學(xué)生六：“我的很多方面都得到了發(fā)展，尤其是在失敗中尋找解決方法的反思能力及小組合作克服困難、一點(diǎn)點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目的合作精神。”

從訪談內(nèi)容來看，參與課程的學(xué)生收獲頗豐。在基礎(chǔ)知識上，學(xué)生通過做實(shí)驗(yàn)與文獻(xiàn)資料的查閱等掌握了很多之前沒有了解過的知識；在綜合能力上，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計能力、執(zhí)行能力、反思能力得到了有效提高，部分學(xué)生還認(rèn)為自身實(shí)驗(yàn)探究的思維得到了發(fā)展；在精神品質(zhì)上，學(xué)生與小組成員合作克服困難，一點(diǎn)點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)度，在這個過程中他們的團(tuán)隊(duì)合作與遇到困難不退縮的精神也得到了發(fā)展。綜上所述，該課程有效達(dá)成了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)層面上的目標(biāo)。

(三)培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)

筆者與6名學(xué)生關(guān)于學(xué)科核心素養(yǎng)部分的訪談內(nèi)容如下。

問題：是否聽說過學(xué)科核心素養(yǎng)？其對自己是否有幫助？請簡單解釋科學(xué)領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵。

學(xué)生一：“聽說過。有幫助。比如，我們在研究的過程中會大大提高自身的科學(xué)思維能力；遇到問題時，我們會想各種辦法去解決?！?/p>

學(xué)生二：“沒聽說過。有幫助。尤其是在科學(xué)思維上，如宏微結(jié)合、歸納概括、批判性思維等，其他方面也有發(fā)展。”

學(xué)生三：“沒聽說過。有幫助。對我來說提升最大的是探究能力。我之前沒有接觸過面膜加熱貼，現(xiàn)在一點(diǎn)點(diǎn)嘗試把它制作出來，很鍛煉探究能力。我們明確了做實(shí)驗(yàn)的時候要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、堅(jiān)持不懈、保持好奇心，這種精神品質(zhì)對我們來說也很重要。”

學(xué)生四：“聽說過。有幫助。尤其是思維能力，如設(shè)計多組對照實(shí)驗(yàn)，用控制變量法這種思維。與此同時，我的探究能力、探究精神也得到了培養(yǎng)和提高?！?/p>

學(xué)生五：“聽說過。有幫助。例如，我在研究生石灰與水反應(yīng)時，就利用了宏微結(jié)合的思維，更好地學(xué)習(xí)了進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)的方法，我的學(xué)習(xí)興趣也提升了很多。”

學(xué)生六：“沒聽說過。有幫助。我覺得我的探究能力得到了更大的提升。我們做了很多實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證自熱飯盒加熱包、暖寶寶、蒸汽眼罩的主要成分和結(jié)構(gòu)，分析發(fā)熱原理，探究用哪些原料制作面膜加熱貼才能使它的熱效應(yīng)最適合面部皮膚?！?/p>

通過以上訪談內(nèi)容可以看出，學(xué)生對學(xué)科核心素養(yǎng)了解得并不多，只有2名學(xué)生聽說過。筆者對科學(xué)領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)進(jìn)行解釋后，繼續(xù)向?qū)W生提問：有4名學(xué)生覺得該課程很有利于他們科學(xué)思維的發(fā)展；有4名學(xué)生覺得該課程對他們探究能力、探究精神的發(fā)展幫助很大；有2名學(xué)生既提到了科學(xué)思維的發(fā)展，又提到了探究能力、探究精神的培育。在其他問題的回答中，很多學(xué)生提到了該課程對他們基礎(chǔ)知識的發(fā)展幫助很大，也提到了該課程對他們養(yǎng)成團(tuán)結(jié)協(xié)作、不畏困難、立志通過科學(xué)解決生產(chǎn)生活實(shí)際問題等精神品質(zhì)的作用。綜上該課程可以有效培養(yǎng)、發(fā)展學(xué)生的科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任，尤其是鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)探究能力。

(四)具有較高可實(shí)施性

學(xué)生一、三、五均表示他們做出了符合條件的、比較滿意的面膜加熱貼，由此可以認(rèn)為小組一較好地完成了教學(xué)任務(wù)。小組二也有所斬獲，但沒能在規(guī)定時間內(nèi)做出讓他們所有組員都滿意的面膜加熱貼。在課程總結(jié)時，學(xué)生表示對實(shí)驗(yàn)探究與查閱文獻(xiàn)的環(huán)節(jié)印象最深。一方面，學(xué)生覺得做實(shí)驗(yàn)很有趣；另一方面，學(xué)生覺得這種探索未知的過程讓其有一種獲得新知識的滿足感。在查閱文獻(xiàn)的過程中，學(xué)生了解到了很多之前沒有學(xué)過的知識，開闊了視野，拓展了知識結(jié)構(gòu)。在學(xué)生被問及有何收獲時，無論是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)目標(biāo)指向中的基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)，還是科學(xué)領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)中的科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任，學(xué)生都有所提及?！爸谱髅婺ぜ訜崞鳌边@門課程使學(xué)生將理論知識學(xué)習(xí)與動手實(shí)踐操作結(jié)合起來，學(xué)生以小組合作的方式不斷探索、發(fā)現(xiàn)，解決了冬天敷面膜遇到的問題。

從結(jié)果來看，該課程能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生學(xué)習(xí)得較為深入，發(fā)生真實(shí)、有效的學(xué)習(xí)與發(fā)展，具有可實(shí)施性，十分適合“1+3”科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生。學(xué)生能夠?qū)Τ晒Φ慕?jīng)驗(yàn)或是失敗的原因有比較清晰的認(rèn)識。在這個過程中，學(xué)生的反思能力得到了有效鍛煉，且這種鍛煉并沒有經(jīng)教師提示就能自主進(jìn)行。一些學(xué)生指出，無論他們的產(chǎn)品是否完善，他們都得到了很多收獲。這不僅說明該課程是有效的，還說明學(xué)生不盲目以結(jié)果為導(dǎo)向，對學(xué)習(xí)的過程與結(jié)果有較為理性的認(rèn)識。學(xué)生在遇到挑戰(zhàn)時會主動查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，并借助教師的幫助與小組合作的力量主動學(xué)習(xí)、不斷試驗(yàn)，將理論和實(shí)踐結(jié)合起來解決困難，最終顯著提高了自身素質(zhì)與能力。

(五)得到學(xué)生較高評價

從課程總結(jié)和訪談內(nèi)容來看，學(xué)生對該課程滿意度較高。在被問及“你愿意上這種學(xué)科交叉的項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程，還是單一學(xué)科的課程”時，學(xué)生均表示之所以更喜歡多學(xué)科交叉融合的項(xiàng)目式課程學(xué)習(xí)，是因?yàn)檫@類課程可以更好地激發(fā)他們的興趣，使他們學(xué)到更多的學(xué)科知識，較快地提升他們多方面的學(xué)科能力，并鍛煉分析比較思維和綜合思維。但也有學(xué)生指出，他們上這種多學(xué)科交叉融合的項(xiàng)目式課程的機(jī)會很少，相關(guān)課程在實(shí)踐中十分欠缺。關(guān)于部分學(xué)生提出的多講一些基礎(chǔ)知識的建議，筆者在該課程下一步實(shí)踐時將認(rèn)真考慮并進(jìn)一步調(diào)查研究，探討是否需要根據(jù)不同學(xué)生的學(xué)情，在實(shí)施過程中增加基礎(chǔ)知識的講授或在課程內(nèi)容上補(bǔ)充更多相關(guān)資料。

三、結(jié)語

“制作面膜加熱器”課程有效達(dá)成了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)層面上的目標(biāo)，可以有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任維度的科學(xué)領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)的發(fā)展，尤其是科學(xué)思維和科學(xué)探究維度。該課程具有可實(shí)施性，適合知識水平位于初三和高一之間的學(xué)生，能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性，促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)。相對于單一學(xué)科的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生更喜歡多學(xué)科交叉融合的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。

科學(xué)本身就不是由單一學(xué)科構(gòu)成的，多學(xué)科更符合實(shí)際、更符合科學(xué)。研究者意識到了理化生融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的價值，學(xué)生同樣能認(rèn)識到。但相關(guān)課程在實(shí)踐中缺位，本課程案例可為后續(xù)同類課程的開發(fā)提供借鑒。