高中化學項目式學習案例

鄧亞鵬　宗立三

項目式學習是基于建構(gòu)主義、多元認知等理論的一種綜合性主題教學模式。它以學科知識為基礎，以真實的生產(chǎn)、生活問題情境為載體設計學習目標，通過設置驅(qū)動性問題和開放性的項目任務，以學生為學習主體，引導學生以小組合作方式自主學習，綜合運用查閱收集的信息、整合學科內(nèi)或跨學科知識，應用實際科學研究的思路、方法、工具等解決具有挑戰(zhàn)性的實際問題，實現(xiàn)知識建構(gòu)與學生合作交流、科學探究、創(chuàng)新意識、社會責任等學科素養(yǎng)的同步提升。本文以人教版化學必修第一冊“物質(zhì)的量”為例，探索通過課前項目準備、課堂項目實施、課后項目評價三個階段實施項目式學習的過程。

一、課前項目準備

實施項目式學習的課前準備階段主要有三個環(huán)節(jié)。

（一）確定項目主題

項目式學習的主題通常源于生產(chǎn)實際問題，能承載學科核心知識、思想方法和核心素養(yǎng)，有實踐意義和可操作性，且能激發(fā)學生興趣。“物質(zhì)的量”是聯(lián)系物質(zhì)宏觀可稱量的物理量與微觀粒子數(shù)目的橋梁。物質(zhì)的量與其他物理量間的轉(zhuǎn)化以及結(jié)合化學方程式進行計算貫穿整個高中化學的學習。

（二）明確項目學習主體

項目式學習強調(diào)學生是學習的主體，突出學生在學習過程中的自主性、實踐性、探究性，教師主要提供學習資源，參與、指導、監(jiān)督、觀察項目式學習實施過程。學生以學科核心素養(yǎng)為導向，通過合作學習、自主探究，自行設計各環(huán)節(jié)具體方案等。我們需要根據(jù)項目任務先對班級學生進行分組，選擇能力相對好的學生擔任組長，負責本組項目實施，由組長具體分配任務，組內(nèi)成員密切合作規(guī)劃項目，查閱資料，集體討論并制訂項目實施方案，準備實驗儀器和藥品，操作并記錄實驗現(xiàn)象、錄制實驗視頻、完成實驗報告，記錄活動過程，展示學習成果等。

（三）確定項目學習目標

1.學生通過實驗探究，理解“物質(zhì)的量”作為橋梁，建立宏觀可稱量的物理量與微觀粒子數(shù)目之間的聯(lián)系的必要性，發(fā)展“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學態(tài)度與社會責任”學科素養(yǎng)。

2.通過學生熟悉的故事情境，建立“聚少成多，聚微成宏”的集合思想，理解“物質(zhì)的量”這一物理量及其單位“摩爾”，落實“宏觀辨識與微觀探析”學科素養(yǎng)。

3.學生從生活中熟悉的對宏觀物質(zhì)的描述入手，運用類比的思想方法，學習阿伏加德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量的概念，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認知”學科素養(yǎng)。

二、課堂項目實施

▲任務1：探究引入物理量“物質(zhì)的量”及其單位“摩爾”的必要性。

【驅(qū)動問題】模擬化工生產(chǎn)實際，如何實現(xiàn)鋅和稀硫酸恰好完全反應制取一定量的氫氣？

【學生活動】請各小組設計實驗方案，動手嘗試，記錄并討論實際操作中的問題。

【成果展示】鋅和稀硫酸反應的化學方程式為。微觀上，鋅、硫酸和氫氣三者的微觀粒子數(shù)目之比為1∶1∶1，而宏觀上，三者的質(zhì)量之比為65∶98∶2。實驗中無法直接測量微觀粒子數(shù)目，但是宏觀上可以方便稱取物質(zhì)質(zhì)量或量取氣體和液體的體積。用托盤天平準確稱取質(zhì)量為6.5 g的鋅；恰好完全反應需要稀硫酸溶液中的溶質(zhì)H2SO4為9.8 g，各小組查閱硫酸密度和溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的關系，通過復雜的計算確定溶液的體積并用量筒量取一定體積稀硫酸，或者計算確定溶液的質(zhì)量并用托盤天平準確稱取；生成的氫氣用排水集氣法收集并測定體積，或者用氣球收集并稱量氣體的質(zhì)量。

【師生討論】化學研究的宏觀物質(zhì)是由分子、原子、離子等我們?nèi)庋劭床灰姷奈⒂^粒子構(gòu)成，物質(zhì)之間發(fā)生化學反應，微粒數(shù)之間成比例關系，同時宏觀質(zhì)量之間也有一定關系，但是一定質(zhì)量的物質(zhì)所含微粒數(shù)極其龐大。我們?yōu)榱朔奖銓W習研究，非常有必要通過某個“橋梁”，把微觀粒子數(shù)目與物質(zhì)宏觀可稱量的質(zhì)量或體積聯(lián)系起來。

（設計意圖：學生通過解決真實的化工生產(chǎn)問題，理解本項目學習的任務和目的。通過完成真實的化學實驗任務，培養(yǎng)學生基本實驗操作及科學探究能力；創(chuàng)設情境，通過查閱、搜集整理資料解決實際問題，培養(yǎng)學生的自學能力。）

▲任務2：結(jié)合已有知識經(jīng)驗，應用“集合思想”建立宏觀質(zhì)量與微觀粒子數(shù)目之間的聯(lián)系。

【驅(qū)動問題】如何科學、簡便地確定一定質(zhì)量的物質(zhì)中所含的微粒數(shù)目呢？我們先解決一個可以類比的問題——有一袋質(zhì)量為2 kg的芝麻，如何確定其中所含芝麻的數(shù)目？

【學生活動】請各小組討論并提出解決問題的方案。

【教師支持】推送兩個智慧故事動畫視頻——《曹沖稱象》《張飛數(shù)芝麻》。曹沖稱象的故事啟發(fā)學生，在稱量巨大物體的質(zhì)量時可采取“分解思想”，即將整體分解成部分、巨大分解成微小。與“分解思想”相反，張飛數(shù)芝麻采取“集合思想”，即將部分集合成整體、微小匯集成巨大，“聚少成多，聚微成宏”。例如，先數(shù)200粒芝麻，假定稱出其總質(zhì)量為1 g，然后把200粒芝麻作為“集合體”，通過簡單推理可得2000粒芝麻的質(zhì)量為10 g，進而確定任意質(zhì)量的芝麻的數(shù)目，建立起芝麻數(shù)目與質(zhì)量之間的聯(lián)系。

【驅(qū)動問題】生活中有很多以一定數(shù)目作為“集合體”來表示數(shù)目的例子，請介紹幾種。

【學生討論】比如一“雙”襪子、一“打”鉛筆、一“令”紙等，雙、打、令都是一定數(shù)目的“集合體”。

【教師引導】科學家為了學習研究方便，類比“集合思想”，引入“物質(zhì)的量”及其單位“摩爾”。

（設計意圖：以智慧故事導引，激發(fā)學生對項目學習任務的熱情和解決問題的動機。類比生產(chǎn)生活中實際問題及經(jīng)驗，使學生感受到以一定數(shù)目作為“集合體”的好處，為引入物質(zhì)的量、摩爾、阿伏加德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量等概念做鋪墊。）

▲任務3：探究如何以“物質(zhì)的量”作為橋梁，建立宏觀質(zhì)量與微觀粒子數(shù)目之間的聯(lián)系。

【驅(qū)動問題】如何理解“物質(zhì)的量”這個物理量及其單位“摩爾”？

【教師支持】給學生推送《化學大師》中關于“物質(zhì)的量”的視頻微課。

【師生討論】“物質(zhì)的量”是國際單位制中7個基本物理量之一，表示物質(zhì)所含一定數(shù)目粒子的集合體，其符號為n；“摩爾”是物質(zhì)的量的單位。國際上規(guī)定，“0.12 kg（即12 g）12C中所含的碳原子數(shù)作為一個集合體，規(guī)定為1 mol”。對于特定的微粒12C，若質(zhì)量為12 g，則微粒數(shù)為阿伏加德羅常數(shù)（NA），其物質(zhì)的量為1 mol。可見，這個規(guī)定以“物質(zhì)的量”為橋梁，把特定的微粒12C、宏觀可稱量的質(zhì)量、微觀粒子數(shù)目這三個物理量聯(lián)系在一起。

【驅(qū)動問題】如何建立“物質(zhì)的量”與“微粒數(shù)”的聯(lián)系？

【學生討論】生活中所說的“打”就是數(shù)目“12”的集合體，1打鉛筆、鋼筆等任何物體數(shù)目都是12。類比可得1“摩爾”與“阿伏加德羅常數(shù)（NA）”的關系——1 mol任何粒子集合體，所含粒子數(shù)都是阿伏加德羅常數(shù)（NA）。那么2? mol任何粒子集合體所含粒子數(shù)是2NA，推理歸納可得，微粒物質(zhì)的量（n）、阿伏加德羅常數(shù)（NA）、粒子數(shù)（N）之間的關系是：n=。

阿伏加德羅常數(shù)（NA）的數(shù)值大約等于6.02×1023，如果考慮到NA單位為mol-1，阿伏加德羅常數(shù)定義為單位物質(zhì)的量的粒子的數(shù)目更準確。

【教師引導】需要注意，物質(zhì)的量及其單位摩爾適用于原子、分子、離子等微觀粒子，不適用于宏觀物體；使用摩爾時必須指明物質(zhì)微觀粒子的名稱或符號，不能籠統(tǒng)地稱謂，比如說1 mol氧就是錯誤的，可以說l mol氧分子或1 mol氧原子。“物質(zhì)的量”是專有名詞，使用時四個字不能分開。

【驅(qū)動問題】如何建立“物質(zhì)的量”與“質(zhì)量”的聯(lián)系？

【師生討論】由教師指導學生閱讀課本、查閱資料并歸納。大量實驗證明，1 mol任何粒子的質(zhì)量，以克為單位，在數(shù)值上等于該粒子的相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量。這僅僅是數(shù)據(jù)上的巧合嗎？對所有物質(zhì)都存在這樣的關系嗎？為什么有這樣的關系？

回顧初中所學相對原子質(zhì)量的定義。以鐵為例，其相對原子質(zhì)量（56）是用鐵原子的真實質(zhì)量與12C原子質(zhì)量的相比較所得的數(shù)值。規(guī)定摩爾和相對原子質(zhì)量時都是用微粒12C作為標準，所以1 mol鐵原子質(zhì)量為56 g，推理歸納可得2 mol鐵原子質(zhì)量為2×56 g，n摩爾鐵原子物質(zhì)量為n×56 g，可見任何微粒的質(zhì)量與其物質(zhì)的量成正比。

【教師支持】概念介紹，單位物質(zhì)的量物質(zhì)所具有的質(zhì)量叫做摩爾質(zhì)量，符號為M，單位g/mol，數(shù)值上等于該粒子的相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量。例如H2S摩爾質(zhì)量為34 g/mol。

由此可見，我們以物質(zhì)的量作為“橋梁”，把宏觀質(zhì)量與微觀粒子數(shù)目聯(lián)系起來，通過簡單的推導計算就可方便地實現(xiàn)三者之間的相互轉(zhuǎn)化。

（設計意圖：引導學生結(jié)合已有知識經(jīng)驗和解決問題的方法，再現(xiàn)科學家解決實際問題的探究活動過程，通過分析歸納、類比遷移、推理論證建立數(shù)學模型和概念模型，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和抽象概括能力，落實“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”等學科核心素養(yǎng)目標。）

三、課后項目評價

項目式學習的課后評價需堅持“過程與結(jié)果考核并重、知識與能力考查結(jié)合”的原則，依據(jù)核心素養(yǎng)目標進行診斷性評價、過程性評價和總結(jié)性評價。

（一）診斷性評價

診斷性評價貫穿整個項目學習實施過程。根據(jù)討論時的提問、回答、對話交流以及實驗過程中表現(xiàn)出的動手能力、規(guī)范操作性、結(jié)果展示情況等評價學生的學習效果，對學生的核心素養(yǎng)發(fā)展水平、學習能力做準確判斷。診斷性評價也可以利用傳統(tǒng)的經(jīng)典習題，檢驗學生對新知識的鞏固和應用水平，檢測學生能否運用所學知識解決實際問題，實現(xiàn)對學生核心知識再建構(gòu)的有效測量，落實“證據(jù)推理與模型認知”“宏觀物質(zhì)與微觀探析”等學科核心素養(yǎng)目標。

（二）過程性評價和總結(jié)性評價

過程性評價和總結(jié)性評價主要評估整個項目實施過程中學生的學習狀況，包括檢索資料、探究問題、合作溝通、技術(shù)應用等，評價方式包括學生自評、小組互評、教師評價等在內(nèi)的多元化評價。學生通過自評，反思自己的學習過程、學習習慣、研究方法，提出項目活動中存在的困難，改進自身的不足；通過小組互評，學生對組內(nèi)成員或其他小組的工作提出建議；教師評價的重點在學習小組的項目學習過程和學習成果展示，指出學生在學習過程中存在的問題并提出建議，對學生的學習狀況、作品成果或過程表現(xiàn)進行評價，幫助學生對自己的學習過程進行反思和總結(jié)。

例如，利用鋅和稀硫酸恰好完全反應制取一定量氫氣的實驗交流分享、成果展示環(huán)節(jié)即可實施過程性評價和總結(jié)性評價。各組項目負責人進行匯報分享，教師和其他組的同學根據(jù)項目完成結(jié)果、匯報表達敘述等級評定，本環(huán)節(jié)為學生提供了學習交流的機會，促使學生反思項目實施過程。實驗中對稀硫酸的量取和氫氣體積的測量，各小組的方案不盡相同且都遇到困難。師生通過對實驗過程和結(jié)果的深入討論和綜合評價，留下的疑問恰恰是學習新知識的動力。在大單元教學背景下，本項目學習內(nèi)容可以拓展延伸到氣體摩爾體積和溶質(zhì)物質(zhì)的量濃度的學習。限于篇幅，本文在此不再贅述。

編輯：張俐麗

注：本文系甘肅省教育科學“十四五”規(guī)劃2022年度一般課題“核心素養(yǎng)導向的高中化學項目式學習實踐研究”（課題立項號：GS［2022］GHB0026）的階段性研究成果。