基于跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐

摘" 要：本文從生活問題“生活中如何獲得氧氣”出發(fā)，確立“制作簡易制氧機(jī)”為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主題，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式和跨學(xué)科實(shí)踐等理念，從“項(xiàng)目規(guī)劃”“尋找制氧劑”“解讀真實(shí)制氧機(jī)”“設(shè)計(jì)制氧機(jī)”四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)出發(fā)，搭建學(xué)習(xí)支架，組織跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，基于SOLO分類理論設(shè)計(jì)項(xiàng)目研究評(píng)價(jià)量規(guī)，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的表現(xiàn)評(píng)價(jià)?；诳鐚W(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐將化學(xué)知識(shí)、工程技術(shù)等融入真實(shí)問題情境中，讓深度學(xué)習(xí)在化學(xué)課堂真正發(fā)生。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；跨學(xué)科實(shí)踐；深度學(xué)習(xí)；初中化學(xué)；簡易制氧機(jī)

文章編號(hào)：

1008-0546（2024）14-0022-05

中圖分類號(hào)：

G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

B

一、

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和跨學(xué)科實(shí)踐中推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project Based Learning，簡稱PBL）也稱任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法或行為引導(dǎo)教學(xué)法，源于杜威（John Dewey）的“做中學(xué)”，由杜威的學(xué)生克伯屈（William Heard Kilpatrick）在1918年提出。［1］深度學(xué)習(xí)是在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程。［2］深度學(xué)習(xí)注重知識(shí)理解與批判、聯(lián)系與構(gòu)建、遷移與應(yīng)用。同時(shí)，深度學(xué)習(xí)是培養(yǎng)高階思維和能力的搖籃，是培育核心素養(yǎng)的重要途徑。教師應(yīng)以何種策略有效促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)？ 研究表明，“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”“做中學(xué)”理念與“跨學(xué)科實(shí)踐”主題內(nèi)容有很多共同之處，在完成真實(shí)的項(xiàng)目任務(wù)時(shí)，通常不可避免地融合多學(xué)科的知識(shí)。與此同時(shí)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中“項(xiàng)目任務(wù)”與深度學(xué)習(xí)中“挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題”具有相同的價(jià)值取向。

二、

基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1. 項(xiàng)目主題

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《初中新課標(biāo)》）中五大學(xué)習(xí)主題之一“化學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐”包括以下主題內(nèi)容：①化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展；②化學(xué)與資源、能源、材料、環(huán)境、健康；③化學(xué)、技術(shù)、工程融合解決跨學(xué)科問題的思路與方法；④應(yīng)對(duì)未來不確定性挑戰(zhàn)；⑤跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)。［3］這一變化凸顯化學(xué)課程的跨學(xué)科性和實(shí)踐性，落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的發(fā)展，加強(qiáng)化學(xué)與技術(shù)、工程的融合，在跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)中發(fā)展學(xué)生正確的價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。［4］基于深度學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、跨學(xué)科實(shí)踐等文獻(xiàn)的研究學(xué)習(xí)，筆者以“制作簡易制氧機(jī)”為例，闡述深度學(xué)習(xí)視域下融合跨學(xué)科實(shí)踐的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐。

2. 項(xiàng)目目標(biāo)

本次項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)目標(biāo)具體如下。

（1）通過對(duì)家用制氧機(jī)有創(chuàng)意地設(shè)計(jì)和改造，體會(huì)化學(xué)工藝制作過程，了解實(shí)驗(yàn)室制取氣體的基本思路和一般方法（原理和裝置），培養(yǎng)分析推理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，發(fā)展科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)核心素養(yǎng)。

（2）學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究并參與化學(xué)制作，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)合作意識(shí)和勤于思考的科學(xué)品質(zhì)，發(fā)展科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。

（3）初步認(rèn)識(shí)家用制氧機(jī)裝置并從四個(gè)角度（化學(xué)反應(yīng)、定量、化學(xué)裝置、工程技術(shù)） 進(jìn)行思考和設(shè)計(jì)家用制氧機(jī)裝置。 建立定量認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)基本角度（比例關(guān)系和守恒關(guān)系），發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)。

3. 教學(xué)流程

本項(xiàng)目由四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成，任務(wù)線、活動(dòng)線、深度學(xué)習(xí)線貫穿整個(gè)教學(xué)流程，如圖1所示。

4. 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分類評(píng)價(jià)理論是比格斯建立的一種學(xué)生學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)方法。［5］該方法通過被評(píng)價(jià)者完成同一項(xiàng)目任務(wù)的質(zhì)量來度量學(xué)生解決問題時(shí)的思維發(fā)展水平，這意味著判定學(xué)生不同思維水平的依據(jù)是完成同一項(xiàng)目任務(wù)的質(zhì)量。根據(jù)SOLO分類評(píng)價(jià)理論，學(xué)生完成同一項(xiàng)目任務(wù)的思維高度由低到高可以劃分為五個(gè)層次，分別是前結(jié)構(gòu)水平、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平、拓展抽象結(jié)構(gòu)水平，具體如圖2所示。前三個(gè)層次是定量階段，后兩個(gè)層次是定性階段。

基于SOLO分類評(píng)價(jià)理論，筆者將“制作簡易制氧機(jī)”項(xiàng)目中學(xué)生通過學(xué)習(xí)達(dá)到的思維層次進(jìn)行水平劃分與描述，形成深度學(xué)習(xí)觀測點(diǎn)，具體如表1所示。

三、

基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)施

1. 環(huán)節(jié)一" 項(xiàng)目規(guī)劃

［創(chuàng)設(shè)情境］展示一款制氧濃度大于90%的可穿戴便攜式制氧機(jī)。

［教師］在上述情境中制氧的方法是什么？

［學(xué)生］該制氧機(jī)可制得的氧氣濃度高，且為可穿戴便攜式。上述情境中制氧的方法可能是過氧化氫溶液和二氧化錳混合制取氧氣。

［教師］除了利用制氧機(jī)進(jìn)行快速制氧，你還能列舉出哪些需要制氧機(jī)的場景？制氧機(jī)是怎樣制作的？

［學(xué)生1］頭痛時(shí)，可進(jìn)行日常吸氧保??；醫(yī)療急救、高原反應(yīng)、航空航天等方面也需要制氧機(jī)。

［學(xué)生2］我們組嘗試拆解了一個(gè)制氧機(jī)，并提出了以下三點(diǎn)問題：①制氧機(jī)的原理（藥品）是什么？②氧氣發(fā)生裝置、收集裝置與制氧機(jī)的位置是怎樣的？③怎樣進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)？

［小結(jié)］歸納拆解制氧機(jī)時(shí)需要考慮的問題，如圖3所示。從反應(yīng)原理、定量計(jì)算、化學(xué)裝置、工程技術(shù)等多角度感受制氧機(jī)，形成思考模式，規(guī)劃項(xiàng)目，如表2所示。

2. 環(huán)節(jié)二" 尋找制氧劑

［教師］制氧機(jī)獲得氧氣有哪些途徑？請(qǐng)?jiān)u價(jià)哪些途徑是可行的。

［學(xué)生1］工業(yè)上，分離液態(tài)空氣。

［學(xué)生2］由于降溫加壓，投資高、能耗大，設(shè)備安裝操作復(fù)雜，因此分離液態(tài)空氣不可行。通過查閱資料認(rèn)為電解水制氧、化學(xué)試劑制氧等方式可行。

［學(xué)生3］拆解制氧機(jī)時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)供電裝置，電解水制氧不可行。我們認(rèn)為利用化學(xué)制氧劑來制得氧氣可能性最大，經(jīng)查閱資料，化學(xué)制氧劑及原理如表3所示。

［教師］根據(jù)制氧劑的使用方法和用量指南可知，我們不僅要尋找制氧劑，而且需要定量地尋找制氧劑。請(qǐng)小組討論：5g過氧化氫可以產(chǎn)生多少氧氣？并說出解決問題的思路。

［學(xué)生1］我們利用元素守恒直接計(jì)算5g過氧化氫中氧元素的質(zhì)量。

［學(xué)生2］利用元素守恒是個(gè)很好的方法。但是在此問題中不可行，因?yàn)檫^氧化氫分解產(chǎn)生的生成物中水和氧氣都含有氧元素。我們組根據(jù)化學(xué)方程式2H2O22H2O＋O2↑提供的質(zhì)量定比關(guān)系，求出氧氣的質(zhì)量。

［學(xué)生3］利用質(zhì)量守恒定律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，稱量反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量和反應(yīng)后物質(zhì)的總質(zhì)量，兩者之差就是氧氣的質(zhì)量。

［小結(jié)］通過設(shè)置定量選擇制氧劑的任務(wù)，同學(xué)們利用元素守恒、定比關(guān)系和質(zhì)量守恒定律選擇制氧劑，查閱資料了解制氧機(jī)的原理、思考定量選擇制氧劑的思路、小組評(píng)價(jià)思路的合理性等活動(dòng)，逐步落實(shí)利用化學(xué)原理、定量角度設(shè)計(jì)制氧機(jī)。

3. 環(huán)節(jié)三" 解讀真實(shí)制氧機(jī)

［教師活動(dòng)］展示化學(xué)制劑制氧機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（見圖4），結(jié)合過氧化氫溶液制取氧氣所使用的實(shí)驗(yàn)裝置（見圖5），綜合使用注意事項(xiàng)中的信息猜測制氧機(jī)可能的制氧反應(yīng)原理，分析制氧機(jī)各部分的作用。

［學(xué)生1］我們組分析制氧機(jī)各部分的作用如圖6所示。右倉對(duì)應(yīng)制氧的發(fā)生裝置，稱之為反應(yīng)倉；左倉對(duì)應(yīng)制氧的收集裝置，稱之為收集倉。

［學(xué)生2］我們觀察到反應(yīng)倉塑料殼外有春季、夏季和冬季三種水位線。我們查閱資料得知在制氧機(jī)工作過程中，夏季溫度高，反應(yīng)速率快，稀釋反應(yīng)物濃度，水位線高；冬季溫度低，反應(yīng)速率慢，增大反應(yīng)物濃度，水位線低。

［學(xué)生3］我們組發(fā)現(xiàn)左、右兩個(gè)倉的空間大小不同，我們組認(rèn)為倉的空間大小只要滿足要求，整體空間是越小越好。

［小結(jié)］通過查閱制氧機(jī)信息將化學(xué)裝置與制氧機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的任務(wù)，學(xué)生進(jìn)行解讀制氧機(jī)原理、裝置的活動(dòng)，逐步完善從裝置、工程技術(shù)角度設(shè)計(jì)制氧機(jī)。

4. 環(huán)節(jié)四" 設(shè)計(jì)制氧機(jī)

［教師］請(qǐng)各小組展示設(shè)計(jì)的制氧機(jī)。

［學(xué)生1］我們組設(shè)計(jì)了兩個(gè)裝置，如圖7（a）所示。右邊的裝置為一次性制氧裝置（塑料瓶），方便快捷；左邊的裝置是將塑料瓶換成錐形瓶，再加一個(gè)注射器。一方面，錐形瓶的底面積較大，更穩(wěn)固；另一方面，加一個(gè)注射器能夠控制反應(yīng)速率。

［學(xué)生2］我們覺得上一組設(shè)計(jì)的思路很好，裝置選材生活化、簡單化。我們組設(shè)計(jì)的裝置密封，A瓶用漏斗控制反應(yīng)速率，B瓶潤濕氧氣，通過C處的水槽觀察產(chǎn)生的氣泡［見圖7（b）］。

［學(xué)生3］我們覺得上一組已經(jīng)有了給制取的氧氣加濕的思維，在產(chǎn)品舒適度方面有了一定的突破。我們組除了考慮加濕的因素，還引入一個(gè)調(diào)節(jié)器，通過控制調(diào)節(jié)器，控制產(chǎn)生氧氣的速率［見圖7（c）］。

［學(xué)生4］我們組是將A劑（制氧劑）和B劑（催化劑）放在上、下兩個(gè)瓶子中，通過擠壓上瓶使A劑和B劑反應(yīng)產(chǎn)生氧氣［見圖7（d）］。

［師生活動(dòng)］各小組先派代表展示各組設(shè)計(jì)的制氧機(jī)實(shí)物作品，再由小組代表介紹本組產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)及使用方法，其他組學(xué)生邊聽邊提問，由匯報(bào)人或本組其他成員回答。匯報(bào)完畢后，由其他組學(xué)生和教師根據(jù)項(xiàng)目完成、匯報(bào)及回答問題情況共同進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)量表如表4所示。

四、

教學(xué)反思

教學(xué)實(shí)踐表明，通過“制作簡易制氧機(jī)”項(xiàng)目，能夠加強(qiáng)化學(xué)與技術(shù)、工程等方面的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)《初中新課標(biāo)》理念下的跨學(xué)科項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)。在課堂中，每個(gè)學(xué)生都有觀察、動(dòng)手、交流的機(jī)會(huì)，學(xué)生通過全身心投入項(xiàng)目，成為知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)者。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生的思維水平達(dá)到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平，有的學(xué)生甚至達(dá)到拓展抽象結(jié)構(gòu)水平。學(xué)生不僅掌握了實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的方法、質(zhì)量守恒定律等學(xué)科知識(shí)，還聯(lián)系了實(shí)際的需求，考慮到產(chǎn)生氧氣的速率和持續(xù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科知識(shí)融合和高階思維參與的深度學(xué)習(xí)，將跨學(xué)科實(shí)踐在化學(xué)課堂中落地。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為一種新的教學(xué)方式，由學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，從化學(xué)觀念的視角，運(yùn)用證據(jù)推理和模型認(rèn)知的思維方式，解決復(fù)雜實(shí)際問題。由此可見，融合跨學(xué)科實(shí)踐的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的有效途徑，值得探索實(shí)踐。

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