基于跨學科項目式學習的教學實踐

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”為項目式學習主題，基于項目式學習模式和跨學科實踐等理念，從“項目規(guī)劃”“尋找制氧劑”“解讀真實制氧機”“設計制氧機”四個教學環(huán)節(jié)出發(fā)，搭建學習支架，組織跨學科項目式學習活動，基于SOLO分類理論設計項目研究評價量規(guī)，進行深度學習的表現(xiàn)評價。基于跨學科項目式學習的教學實踐將化學知識、工程技術等融入真實問題情境中，讓深度學習在化學課堂真正發(fā)生。

關鍵詞：項目式學習；跨學科實踐；深度學習；初中化學；簡易制氧機

文章編號：

1008-0546（2024）14-0022-05

中圖分類號：

G632.41

文獻標識碼：

B

一、

在項目式學習和跨學科實踐中推動學生深度學習的發(fā)生

項目式學習（Project Based Learning，簡稱PBL）也稱任務驅(qū)動教學法或行為引導教學法，源于杜威（John Dewey）的“做中學”，由杜威的學生克伯屈（William Heard Kilpatrick）在1918年提出。［1］深度學習是在教師引領下，學生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程。［2］深度學習注重知識理解與批判、聯(lián)系與構建、遷移與應用。同時，深度學習是培養(yǎng)高階思維和能力的搖籃，是培育核心素養(yǎng)的重要途徑。教師應以何種策略有效促進學生的深度學習？ 研究表明，“項目驅(qū)動”“做中學”理念與“跨學科實踐”主題內(nèi)容有很多共同之處，在完成真實的項目任務時，通常不可避免地融合多學科的知識。與此同時，項目式學習中“項目任務”與深度學習中“挑戰(zhàn)性的學習主題”具有相同的價值取向。

二、

基于項目式學習的教學設計

1. 項目主題

《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《初中新課標》）中五大學習主題之一“化學與社會·跨學科實踐”包括以下主題內(nèi)容：①化學與可持續(xù)發(fā)展；②化學與資源、能源、材料、環(huán)境、健康；③化學、技術、工程融合解決跨學科問題的思路與方法；④應對未來不確定性挑戰(zhàn)；⑤跨學科實踐活動。［3］這一變化凸顯化學課程的跨學科性和實踐性，落實科學態(tài)度與責任素養(yǎng)的發(fā)展，加強化學與技術、工程的融合，在跨學科實踐活動中發(fā)展學生正確的價值觀、必備品格和關鍵能力。［4］基于深度學習、項目式學習、跨學科實踐等文獻的研究學習，筆者以“制作簡易制氧機”為例，闡述深度學習視域下融合跨學科實踐的項目式學習的教學實踐。

2. 項目目標

本次項目式學習教學目標具體如下。

（1）通過對家用制氧機有創(chuàng)意地設計和改造，體會化學工藝制作過程，了解實驗室制取氣體的基本思路和一般方法（原理和裝置），培養(yǎng)分析推理和實驗設計的能力，發(fā)展科學探究與創(chuàng)新意識核心素養(yǎng)。

（2）學生進行實驗探究并參與化學制作，激發(fā)學習化學的興趣，培養(yǎng)合作意識和勤于思考的科學品質(zhì)，發(fā)展科學態(tài)度與社會責任核心素養(yǎng)。

（3）初步認識家用制氧機裝置并從四個角度（化學反應、定量、化學裝置、工程技術） 進行思考和設計家用制氧機裝置。 建立定量認識化學反應的兩個基本角度（比例關系和守恒關系），發(fā)展證據(jù)推理與模型認知核心素養(yǎng)。

3. 教學流程

本項目由四個教學環(huán)節(jié)構成，任務線、活動線、深度學習線貫穿整個教學流程，如圖1所示。

4. 學習評價

SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分類評價理論是比格斯建立的一種學生學業(yè)評價方法。［5］該方法通過被評價者完成同一項目任務的質(zhì)量來度量學生解決問題時的思維發(fā)展水平，這意味著判定學生不同思維水平的依據(jù)是完成同一項目任務的質(zhì)量。根據(jù)SOLO分類評價理論，學生完成同一項目任務的思維高度由低到高可以劃分為五個層次，分別是前結構水平、單點結構水平、多點結構水平、關聯(lián)結構水平、拓展抽象結構水平，具體如圖2所示。前三個層次是定量階段，后兩個層次是定性階段。

基于SOLO分類評價理論，筆者將“制作簡易制氧機”項目中學生通過學習達到的思維層次進行水平劃分與描述，形成深度學習觀測點，具體如表1所示。

三、

基于項目式學習的教學實施

1. 環(huán)節(jié)一" 項目規(guī)劃

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

［教師］在上述情境中制氧的方法是什么？

［學生］該制氧機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］除了利用制氧機進行快速制氧，你還能列舉出哪些需要制氧機的場景？制氧機是怎樣制作的？

［學生1］頭痛時，可進行日常吸氧保健；醫(yī)療急救、高原反應、航空航天等方面也需要制氧機。

［學生2］我們組嘗試拆解了一個制氧機，并提出了以下三點問題：①制氧機的原理（藥品）是什么？②氧氣發(fā)生裝置、收集裝置與制氧機的位置是怎樣的？③怎樣進行一體化設計？

［小結］歸納拆解制氧機時需要考慮的問題，如圖3所示。從反應原理、定量計算、化學裝置、工程技術等多角度感受制氧機，形成思考模式，規(guī)劃項目，如表2所示。

2. 環(huán)節(jié)二" 尋找制氧劑

［教師］制氧機獲得氧氣有哪些途徑？請評價哪些途徑是可行的。

［學生1］工業(yè)上，分離液態(tài)空氣。

［學生2］由于降溫加壓，投資高、能耗大，設備安裝操作復雜，因此分離液態(tài)空氣不可行。通過查閱資料認為電解水制氧、化學試劑制氧等方式可行。

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

［學生1］我們利用元素守恒直接計算5g過氧化氫中氧元素的質(zhì)量。

［學生2］利用元素守恒是個很好的方法。但是在此問題中不可行，因為過氧化氫分解產(chǎn)生的生成物中水和氧氣都含有氧元素。我們組根據(jù)化學方程式2H2O22H2O＋O2↑提供的質(zhì)量定比關系，求出氧氣的質(zhì)量。

［學生3］利用質(zhì)量守恒定律進行實驗，稱量反應前物質(zhì)的總質(zhì)量和反應后物質(zhì)的總質(zhì)量，兩者之差就是氧氣的質(zhì)量。

［小結］通過設置定量選擇制氧劑的任務，同學們利用元素守恒、定比關系和質(zhì)量守恒定律選擇制氧劑，查閱資料了解制氧機的原理、思考定量選擇制氧劑的思路、小組評價思路的合理性等活動，逐步落實利用化學原理、定量角度設計制氧機。

3. 環(huán)節(jié)三" 解讀真實制氧機

［教師活動］展示化學制劑制氧機結構示意圖（見圖4），結合過氧化氫溶液制取氧氣所使用的實驗裝置（見圖5），綜合使用注意事項中的信息猜測制氧機可能的制氧反應原理，分析制氧機各部分的作用。

［學生1］我們組分析制氧機各部分的作用如圖6所示。右倉對應制氧的發(fā)生裝置，稱之為反應倉；左倉對應制氧的收集裝置，稱之為收集倉。

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

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

［小結］通過查閱制氧機信息將化學裝置與制氧機結構進行關聯(lián)的任務，學生進行解讀制氧機原理、裝置的活動，逐步完善從裝置、工程技術角度設計制氧機。

4. 環(huán)節(jié)四" 設計制氧機

［教師］請各小組展示設計的制氧機。

［學生1］我們組設計了兩個裝置，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，加一個注射器能夠控制反應速率。

［學生2］我們覺得上一組設計的思路很好，裝置選材生活化、簡單化。我們組設計的裝置密封，A瓶用漏斗控制反應速率，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）］。

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

［師生活動］各小組先派代表展示各組設計的制氧機實物作品，再由小組代表介紹本組產(chǎn)品的優(yōu)缺點及使用方法，其他組學生邊聽邊提問，由匯報人或本組其他成員回答。匯報完畢后，由其他組學生和教師根據(jù)項目完成、匯報及回答問題情況共同進行量化評價，評價量表如表4所示。

四、

教學反思

教學實踐表明，通過“制作簡易制氧機”項目，能夠加強化學與技術、工程等方面的關聯(lián)，實現(xiàn)《初中新課標》理念下的跨學科項目驅(qū)動。在課堂中，每個學生都有觀察、動手、交流的機會，學生通過全身心投入項目，成為知識的主動建構者。通過本節(jié)課的學習，大部分學生的思維水平達到關聯(lián)結構水平，有的學生甚至達到拓展抽象結構水平。學生不僅掌握了實驗室制取氧氣的方法、質(zhì)量守恒定律等學科知識，還聯(lián)系了實際的需求，考慮到產(chǎn)生氧氣的速率和持續(xù)時間，實現(xiàn)了多學科知識融合和高階思維參與的深度學習，將跨學科實踐在化學課堂中落地。

項目式學習作為一種新的教學方式，由學生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習任務，開展以化學實驗為主的多種探究活動，從化學觀念的視角，運用證據(jù)推理和模型認知的思維方式，解決復雜實際問題。由此可見，融合跨學科實踐的項目式學習是促進深度學習的有效途徑，值得探索實踐。

參考文獻

［1］陳尚寶.基于STEM理念的初中項目式教學設計［M］.桂林：廣西師范大學出版社，2020.

［2］劉月霞，郭華.深度學習：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）［M］.北京：教育科學出版社，2018.

［3］中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［4］侯肖，胡久華.在常規(guī)課堂教學中實施項目式學習——以化學教學為例［J］.教育學報，2016（4）：39-44.

［5］盧天宇.SOLO分類理論對思維可視化的應用評價啟示——以初中化學“物質(zhì)及物質(zhì)分類”的教學為例［J］.教學月刊·中學版（教學參考），2017（Z2）：15-19.