面對真問題培養科學決策能力

一、項目緣起

項目教材編寫的一個核心任務是確立項目。一個好項目需要涵蓋課程標準中規定的課程內容，涵蓋某個化學專題的核心知識，承載化學學科思想方法和學生發展核心素養，有助于學生建立化學學科主要活動類型的經驗圖式。除此之外，項目應該貼近生活、貼近社會、真實、有意義，確立學生感興趣、具有挑戰性和可操作性的任務。

金屬是初中化學核心的教學內容，義務教育化學課程標準“身邊的化學物質”主題中 “金屬與金屬礦物”規定：了解金屬的物理特征，認識常見金屬的主要化學性質，了解防止金屬腐蝕的簡單方法；知道一些常見金屬（鐵、鋁等）礦物，知道可用鐵礦石煉鐵；知道在金屬中加入其他元素可以改變金屬材料的性能，知道生鐵和鋼等重要合金；認識金屬材料在生產、生活、社會發展中的重要作用；認識廢棄金屬對環境的影響和回收金屬的重要性。

將這些主要內容繪制成知識結構圖（見圖1），不難挖掘出如下的化學學科思維方法：金屬物質的性質與材料的關系；材料問題的基本分析框架（材料的性能、成本、使用）；從化學視角分析金屬材料選用的思路方法；研究一類物質的性質的思維方法（一類物質的共性、差異性）。

日常生活中與金屬材料密切相關的學生感興趣的問題是：金屬制品的使用。學生對金屬制品的了解并不多。由于感覺熟悉，人們對金屬制品的使用不依據說明書，使用中存在較多的不合理。例如，用金屬保溫杯盛裝牛奶、梨水，鐵制炒鍋清洗后不擦干，用鋁鍋盛放剩菜等。此外，由于金屬制品使用的廣泛性和豐富性，人們面臨較多科學選擇和使用的問題，這些問題與金屬的性質、金屬的腐蝕與防腐密切相關。

綜合多方面因素確立項目為：合理使用金屬制品。該項目能夠涵蓋金屬的存在、性質、制備和用途等內容，有穩定的金屬材料認識領域和金屬研究對象，有明確和獨立的本源性問題（如金屬制品的選擇和使用），有真實的客觀存在和應用（如日常生活中的金屬制品），需要獨特的認識角度和認識思路（如金屬的性質、金屬的制備、金屬的使用），與“化學與社會發展”專題中的材料、健康、環境等內容有實質性聯系，能夠幫助學生建構從化學視角進行材料選擇和使用的思路方法。

為了讓學生能夠把獲得的核心知識和解決問題的思路方法闡述表達出來，并且進行深入理解與運用，為了促進人們使用金屬制品的日常行為更加科學合理，確立項目作品——“合理使用金屬制品”宣傳手冊，引導學生走進社區進行宣傳。

二、項目整體線索

為了制作“合理使用金屬制品”宣傳手冊，需要解決宣傳手冊的內容和呈現形式兩方面的問題。首先是內容，需要尋找人們使用金屬制品過程中存在的問題，然后分析原因，找到合理做法。為了能夠分析解決金屬制品的使用問題，需要認識金屬制品和研究金屬的性質。金屬制品的材料選擇、制備和使用中的核心問題是：腐蝕。這與金屬的性質密切相關，是金屬一類物質的共性問題，也體現出差異性。人們關于金屬制品，面臨的首要問題是“選擇”，由于金屬制品使用的廣泛性，再加上同類制品的豐富性，人們常常面臨著如何選擇金屬制品，緊接著是購買后如何正確使用的問題。因此本項目的主要任務包括：認識金屬制品，發現問題→研究金屬的性質、金屬制品材料的選擇→研究金屬制品的腐蝕與防腐→研究金屬制品的選擇和使用→走進社區。（見圖3）

按照任務線索，階段性地完成項目作品，依次為：介紹金屬制品的主要成分，依據金屬性質、金屬制品性能分析金屬制品的材料選擇；介紹金屬制品易被腐蝕的原因及其實質，進而分析解決日常生活中金屬制品的防腐問題，提出合理建議；通過項目研究，教師結合實例提供金屬制品選用策略及其合理使用措施；最后完成宣傳手冊的呈現設計、美化加工。

與任務線索相對應完成核心知識的學習，依次為：認識金屬材料與合金，了解金屬材料在生產生活和社會發展中的重要作用，認識金屬的物理性質與金屬材料的性能，認識金屬的化學性質及其規律——金屬活動性順序，明確金屬性質的共性和差異性；依據金屬的性質，研究金屬的腐蝕與防腐問題，明確金屬腐蝕的實質是在一定環境下發生了化學反應，防腐的實質是阻止金屬發生化學反應；依據金屬性質，了解金屬在自然界中的存在及常見的金屬礦物，了解活潑性不同的金屬的制備方法，通過金屬礦物的有限、人們制備金屬付出的代價以及廢棄金屬對環境的影響，進而深入體會回收金屬的必要性和重要性。

在整個項目中，學生的能力發展線索為：認識金屬制品、認識金屬性質→研究金屬制品、理解金屬性質→選用金屬制品、應用金屬性質→內化后輸出，遷移創新。對金屬制品的認識和研究、金屬性質的認識和理解貫串整個項目。雖然金屬性質在第一個任務中獲得，但是需要在研究金屬腐蝕、金屬制備、金屬制品的選用中不斷地理解和應用。對金屬制品的認識也是層層深入，從接觸到研究再到合理選用。對金屬制品的研究是明線，對金屬性質的理解是暗線。

在整個項目任務的完成過程中，以核心觀念統領：（1）科學精神與社會責任，無論是發現金屬制品的相關問題，還是研究金屬制品的腐蝕，體現求真求實、有理有據的科學精神；無論是研究金屬制備的實際問題，還是實驗室模擬金屬制備和走進社區宣傳，切實依據可持續發展、對環境友好的社會責任。（2）一類物質的共性與差異性，研究金屬的物理性質和化學性質，要體現研究一類物質性質的思路方法，研究結果聚焦為金屬的共性與差異性，金屬活動性順序更是共性與差異性的體現；金屬腐蝕與防腐、金屬制備都同樣體現共性與差異性。（3）從化學視角分析材料的框架，也是本項目的核心觀念，材料的性能、制備、選擇與使用貫串整個項目，借助從化學視角分析金屬材料這個案例，期望讓學生形成從化學視角分析材料的基本框架的能力，并能夠遷移到非金屬材料、有機合成材料等其他材料的分析中，這是本項目幫助學生形成的活動經驗圖式。

三、項目中的核心活動設計

1.項目的策劃

項目教材，應以項目要解決的真實問題作為明線，以實際問題的解決過程作為核心活動設計的主線索。本項目的整體驅動任務是：制作“金屬制品合理使用”宣傳手冊。第一個核心活動是項目的策劃，需要學生暢所欲言，能夠拆解任務，合理分工。明確宣傳手冊要解決內容和形式兩方面的問題，明確任務完成的基本思路：發現問題，分析解決問題，提出合理建議。完成任務的主要依據和前提是對金屬性質的認識和理解。

2.認識金屬制品。

學生對日常生活中的金屬制品了解并不全面，主要知道的是鐵制品，不清楚其他金屬制品，因此認識生活中的金屬制品很重要。從生活視角認識金屬制品主要了解其用途、使用注意事項，從化學視角認識金屬制品，主要了解其成分和性能以及二者之間的關系，構建金屬物理性質共性和差異性的核心認識，進而研究金屬化學性質的共性和差異性。（如圖4）

在認識金屬制品的任務中，采取三種活動形式。通過調研活動，了解日常生活中常見金屬制品的成分，發現關于金屬制品的需要研究的問題。通過交流研討活動，依據金屬物理性質的共性和差異性，進行金屬制品性能與材料成分之間的相互推理分析，建立金屬制品材料選擇的基本角度。通過實驗探究活動，設計實驗方案，研究金屬化學性質的共性和差異，了解金屬活動性順序，建立研究一類物質性質的思路方法。

3.探究金屬制品的腐蝕。

金屬制品使用過程中存在的重要問題是被腐蝕。世界上每年因腐蝕而損失的金屬材料和設備相當于其年產量的1/4左右。金屬制品被腐蝕的現象在我們身邊很普遍，也是金屬制品使用中應該注意的主要問題。

研究金屬制品的腐蝕采取的是從案例到一般的思路，首先要研究常見的鐵制品腐蝕現象，通過調研初步預測鐵制品腐蝕的條件，然后通過實驗進行研究，尋找證據，揭示鐵制品腐蝕的實質。在此基礎上，研究其他金屬的腐蝕問題，依據金屬性質和金屬腐蝕實質進行預測，然后去尋求證據，得到結論。根據金屬腐蝕的研究結果，通過交流研討，分析金屬制品的防腐措施，通過自主學習了解金屬防腐的發展趨勢，進而總結金屬防腐措施的基本思路。（見圖5）

4.金屬制品的合理使用。

為了更好地使用金屬制品，首先需要了解金屬制品從何而來，特別是制造金屬制品的大量金屬材料的來源。讓學生依據金屬的性質，預設金屬在自然界中的存在形式及其制備方法，然后通過交流研討和實驗探究，了解常見金屬的制備方法，體會金屬冶煉方法與科學發展、社會發展、技術手段更新的密切聯系，幫助學生構建“金屬礦物→金屬→金屬材料→金屬制品”的整體線索，明確金屬制品來之不易，體會回收金屬制品的必要性。接下來解決金屬制品的選購問題，以金屬保溫杯為例，通過調研分析了解金屬制品選購的基本原則，結合日常生活中選購金屬制品的做法，給出綜合建議。拿到金屬制品之后，面臨的是如何合理使用的問題，通過交流研討分析不銹鋼保溫杯的安全注意事項，及金屬保溫杯使用中具體事件的研究，形成合理使用的行為和態度。（見圖6）

“合理使用金屬制品”項目，借助“金屬制品合理使用”宣傳手冊的制作，引導學生積極發現金屬制品的使用問題，研究解決問題，提出合理建議，將對金屬制品的認識和對金屬性質的理解貫串始終，力求學生明晰并掌握初中化學金屬內容的知識結構，建立研究一類物質性質的思路方法，從化學視角分析材料的基本框架，深化以科學精神與社會責任為主要內容的化學核心素養，形成從化學視角關注物品材料的主要成分與性能關系的意識，形成合理使用物品的行為，自主應用可持續發展和綠色化學觀念分析解決材料問題。（見圖7）