“從自然界的水到千家萬戶的水” 教學設(shè)計及實施

作為整個學科項目學習的開篇，教材選擇“從自然界中的水到千家萬戶的水”這個項目。首先，因為水是學生日常生活中最為熟悉的物質(zhì)，它與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)；其次，該項目操作簡單，制作簡易凈水器項目成果非常易得；再次，項目實施過程中需要使用化學知識，能體現(xiàn)化學的作用。因而編者試圖通過該項目來讓學生了解“化學研究的是什么”“化學有什么用”“如何開展項目學習”“如何通過項目學習化學”。

一、不同教材中“水的凈化”部分內(nèi)容設(shè)計的比較分析——明確教學目標

項目學習的一大特點是讓學生在做中學。現(xiàn)行的人教版和上教版兩套化學教材，也都嘗試把科學探究作為教材的一個突破口。為了更好地解讀這個項目的教學內(nèi)容，我們選擇這兩個版本的教材與項目學習實驗教材，就“水的凈化”這一內(nèi)容進行簡要比較和分析。

三個版本的教材都涉及到自來水廠凈水以及軟水和硬水兩個知識點，但是在教材中承載的教學作用卻有很大的不同。人教版和上教版的自來水廠凈水只是簡單的示意圖介紹，前者出現(xiàn)在教材的第一個部分，后者出現(xiàn)在教材的最后一個部分。跟人教版類似，項目學習實驗教材的自來水廠凈水也是安排在教材的開始部分，但與其他兩個版本的教材相比，項目學習實驗教材是以“自主學習”欄目，引導學生從“裝置”“作用”“狀態(tài)”“組成”四個方面來分析每一步凈化的過程，讓學生初步體會“化學是研究物質(zhì)的組成和變化的一門科學”，同時培養(yǎng)學生進行項目研究的能力。對于軟水和硬水這一知識內(nèi)容，三個版本的教材均是以實驗探究的形式出現(xiàn)，其中項目學習實驗教材從問題出發(fā)，由問題“我們凈化后的水是純水嗎”引出“硬水和軟水的區(qū)分”實驗探究，對學生實驗探究能力的要求高于其他版本。

此外，人教版和上教版教材均有過濾操作的知識點，而項目學習實驗教材并未將規(guī)范的實驗操作知識放在這一部分，但是在讓學生“查閱自來水廠凈水過程”以及“自制簡易凈水器”的兩個項目活動中都涉及到過濾的原理。雖然人教版和項目學習實驗教材都有“自制簡易凈水器”的活動，但通過對比可以發(fā)現(xiàn)，在項目學習實驗教材中，該活動任務(wù)是基于學生自主學習“查閱自來水廠凈水過程”的活動分析基礎(chǔ)之上的，而且教材中并未給出具體的凈水器示意圖，完全是讓學生自主選擇合適的生活替代品來實現(xiàn)的，這對于學生的實驗探究能力提出了更高的要求。同時項目學習實驗教材把這一活動任務(wù)作為一個重要的課堂活動，且作為該項目的成果進行匯報展示，而非人教版的課后家庭小實驗。

對于實驗室制蒸餾水的知識，人教版以實驗形式呈現(xiàn)，上教版未涉及，項目學習實驗教材在“拓展資源”欄目中出現(xiàn)。而且，在課標要求的基本實驗技能和實驗活動中，也沒有對學生的蒸餾實驗提出明確要求。因此，在項目學習實驗教材中，也只是作為拓展性資源讓學生了解。

通過項目學習的目標定位，結(jié)合不同版本教材中“水的凈化”教學內(nèi)容分析和課程標準要求，明確該項目教學的教學目標：（1）使學生了解水凈化的流程，認識到沉淀、過濾、吸附是工業(yè)上常用的方法，也是化學實驗中分離混合物的常用方法，體會物質(zhì)分離的一般思路和方法；（2）體會實驗過程中如何通過控制變量進行對比；（3）體會化學的意義，可以利用化學變化區(qū)分物質(zhì)，認識和確定物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造新物質(zhì)，提高生活水平，推動科技發(fā)展；（4）了解開展項目學習的流程及其作用；體會如何通過項目學習化學，學會從實際生產(chǎn)生活問題中提煉出化學元素，轉(zhuǎn)化成化學問題，從化學的視角重新認識和解決問題；（5）體會項目學習與傳統(tǒng)學習方式的不同，需要積極主動思考問題，同時需要與同學分工合作解決問題。

二、項目教學設(shè)計及實錄

（一）教學安排

第一課時

【項目導引】

發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，將實際生產(chǎn)生活問題轉(zhuǎn)化成化學研究問題。

（需引導學生對驅(qū)動性問題進行分析。）

【活動1】 水中含有什么？

信息檢索：了解自然界中的水含有什么物質(zhì)。（課前查閱資料。）

【活動2】從自然界中的水到千家萬戶的水需要除去哪些物質(zhì)？

交流研討：討論從自然界中的水到千家萬戶的水需要除去哪些物質(zhì)？（課前查閱水凈化的相關(guān)資料。）第二課時

【活動3】我們?nèi)绾纬ミ@些物質(zhì)？

自主學習：查閱自來水廠凈水過程，并從步驟、作用、狀態(tài)、組成四個方面進行資料整理。

（課前查閱自來水廠凈水的相關(guān)資料，并學會如何獲取有效信息。）

設(shè)計制作：繪制簡易凈水器設(shè)計圖，動手制作簡易凈水器，利用自己制作的簡易凈水器實現(xiàn)水的凈化。（教師需在課前準備相關(guān)實驗裝置、藥品以及污水。）

匯報展示：比較不同自制簡易凈水器的效果。

第三課時

【活動4】我們凈化后的水是純水嗎？

交流研討：檢驗水中的雜質(zhì)是否除盡。

實驗探究：探究凈化得到的水與蒸餾水的成分是否一樣。

拓展閱讀： 水的蒸餾及其裝置。

（學生可根據(jù)興趣，查閱凈水器相關(guān)資料。）

總結(jié)反思：總結(jié)學習本項目的體會和收獲。

（二）“我們?nèi)绾纬ミ@些物質(zhì)”教學實錄。

1.啟動階段

學生以小組為單位匯報本組自來水廠凈化水流程表格的填寫情況，教師與學生對話，幫助學生明確自來水廠凈化水流程中各步驟的作用、狀態(tài)和組成變化情況。

教師總結(jié)：（1）自來水廠凈水過程中，選擇除雜試劑的方法和依據(jù)。（2）自來水廠凈水過程中，哪些發(fā)生的是物理變化，哪些發(fā)生的是化學變化，我們判斷它屬于什么變化類型的依據(jù)是什么。（3）工業(yè)上和實驗室常用的方法。

教師布置任務(wù)：經(jīng)過對自來水廠凈化水流程的分析，我們能不能自己選用一些生活中常見的物品來設(shè)計制作一個簡易凈水器實現(xiàn)水的凈化。

方法技能描述：

自主學習：教師要引導學生認識到查閱資料的意義，并對所查閱資料進行分析，才能更好地實施問題解決過程：（1）在查閱資料前，必須要明確自己的目標，根據(jù)項目目標規(guī)劃制訂記錄表。（2）查閱資料過程中，需要及時記錄自己所需資料；（3）查閱資料結(jié)束后，及時對所記錄資料進行整理。

2.活動過程

學生活動：設(shè)計簡易凈水器。

學生在學案上畫出簡易凈水器的設(shè)計圖。教師巡視，查看學生的設(shè)計圖，并及時解答學生設(shè)計凈水器中的困惑。

學生匯報：簡易凈水器的設(shè)計圖。

教師選取2～3組學生匯報展示自己的簡易凈水器設(shè)計圖（見圖1），且注意學生設(shè)計的差異性，讓學生的設(shè)計能夠互相補充，明確各部分裝置的作用，明確各組最終的設(shè)計。

教師組織討論：什么因素會影響水的凈化效果。

教師組織學生討論什么會影響水的凈化效果。（不需要明確的預設(shè)，只需要猜測可能的影響因素。）在此基礎(chǔ)上，讓各小組明確自己的實驗變量，明確各小組選取制作凈水器的裝置、藥品、用量等。

學生活動：制作簡易凈水器（1輪）。

教師組織學生分組，每組4人，同組內(nèi)每2人完成一套凈水器裝置，教師需要考慮所選擇的物質(zhì)、順序、用量、操作對凈化效果的影響，需要對每組所選用的裝置和藥品進行控制。

教師指導：教師巡視班級，及時解決學生遇到的困難。

在學生第一輪凈水結(jié)束后，組織學生進行小討論，成功的學生分享成功的經(jīng)驗，未成功的學生反思自己實驗中的問題，再進行第二輪實驗。教師總結(jié)制作凈水器的注意事項，包括：裝置的搭建、流速的控制、藥品的用量等（教師也可給出一些示范性的作品，如圖2所示）。

學生活動： 制作簡易凈水器（2～3輪）。

教師巡視班級，及時解決學生遇到的困難。

學生動手制作簡易凈水器，并進行水的凈化，及時記錄實驗現(xiàn)象，與小組成員展開討論。

方法技能描述：

設(shè)計制作：學生在這一環(huán)節(jié)動手完成一些小制作，制作出的作品可以向大家展示。因此，教師在這個過程中需要不斷地在課堂中進行巡視，及時了解學生的想法和問題，在巡視過程中需要注意： （1）提醒學生在設(shè)計簡易凈水器時，需考慮選用的裝置、藥品各自有什么作用，如何將各個部分連接。（2）關(guān)注學生的設(shè)計圖，以便在匯報展示時可以合理選擇小組的作品。

實驗探究：以學生實驗活動為主，在該過程中教師需要注意：（1）過程中巡視班級，及時了解學生遇到的問題和困難，引導學生進行實驗觀察和實驗反思；（2）總結(jié)制作凈水器的方法及注意事項。

3.活動總結(jié)

匯報展示： 學生匯報展示自制凈水器及其效果。

教師組織小組匯報展示，選取具有不同代表性的小組，追問學生，鼓勵學生進行反思和批判性思考。

教師對各小組自制凈水器及凈水效果小結(jié)：有些小組的凈水效果特別好，顏色澄清，有些小組則較渾濁，基本沒有什么變化。凈水效果不好的小組對他們的原因進行了分析，并采用控制變量的方法對裝置進行了重組。將活性炭與活性炭替代物作為對照的小組的凈水效果不明顯，他們分析的結(jié)果是活性炭的量過少，但是沒有對其進行重組。將凈水裝置出口徑的大小作為對照的小組凈水效果也不太理想，他們認為凈水效果不好的原因是因為活性炭不干凈，既而對活性炭進行清洗，并進行了重組，達到了很好的凈水效果。

教師總結(jié)：教師需從實驗裝置和藥品選取、實驗效果、原因分析、小組合作表現(xiàn)、表達與交流、語音和舉止等多個方面對學生自制凈水器活動進行評價總結(jié)。

方法技能描述：

匯報展示：將學生的項目成果進行展示交流，引導學生運用所學知識對一些現(xiàn)象和結(jié)果進行解釋，小組之間相互點評，總結(jié)提升。在這一過程中教師需要注意： （1）選擇在課堂巡視過程中發(fā)現(xiàn)的有代表性的小組進行展示。 （2）鼓勵小組之間的相互提問和點評。（3）引導學生自主地對通過項目活動學到的知識、方法和技能進行反思、總結(jié)。

三、教學效果評價與教學反思

1.從學生訪談了解學生的認識發(fā)展情況

在授課后，我們從學生的課前認知程度以及課后的收獲出發(fā)，對學生進行了訪談交流。通過訪談我們了解到，學生事先學習過人教版教材中相關(guān)的知識了，但是這兩節(jié)課對于他們?nèi)匀挥泻艽蟮臎_擊力。通過對訪談內(nèi)容的梳理，我們發(fā)現(xiàn)學生通過“從自然界的水到千家萬戶的水”這個項目的學習，主要在以下四個方面獲得明顯的提升。

（1）動手操作，興趣與思維共同提升。學生表示非常喜歡這種自己動手，邊實驗，邊思考，邊學習的方式。雖然只是一個簡單的過濾實驗，但是學生仍然覺得非常神奇和有趣。學生在自己閱讀教材的過程中就有意識地在思考教材中提出的問題，在課堂上會著重注意老師對這些問題的分析。在上完這三節(jié)課之后，學生在看待水的時候不僅關(guān)注水中肉眼可以看得到的雜質(zhì)，更能夠關(guān)注水中可溶性的雜質(zhì)。

（2）實踐反思，思維提升的關(guān)鍵。通過對實驗效果不夠理想的反思和小組討論，改進實驗裝置，不斷獲得更好的實驗效果。學生對這種小組分工合作的學習方式也表示了極大的認可。當我們追問自來水廠凈水過程的資料查閱任務(wù)與后面的設(shè)計凈水裝置活動之間的關(guān)系的時候，學生表示它們之間是有聯(lián)系的，自來水廠凈化過程的資料查閱任務(wù)幫助他們更好地分析自制簡易凈水器中各部分起到的作用，在分析實驗效果不理想的原因時為他們提供了一定的思路。在繼續(xù)追問裝置中各個部分的作用，如何決定裝置中各部分的用量時，學生意識到自己在項目學習中可能還缺少一些思考的環(huán)節(jié)，應(yīng)該從實驗目的出發(fā)，考慮需要去除的雜質(zhì)的性質(zhì)來選擇合理的凈化裝置。

（3）小組合作，思想的交流與碰撞。對后面的項目學習可以遷移的經(jīng)驗和收獲，學生表示需要小組更加密切地進行合作；要樹立從頭去思考問題的意識；先要有一個整體的框架和結(jié)構(gòu)，然后再去對問題進行分析和拆解；要充分聯(lián)系自己已有的認識和經(jīng)歷；要有規(guī)律地去進行思考，而不是盲目地進行實驗；小組之間要多交流，對不同的觀點要進行充分的論證。

（4）學以致用，提升項目研究的遷移能力。在訪談的最后，為了進一步探查學生項目研究的遷移能力，我們問學生：“如果現(xiàn)在讓你自己去研究‘低碳行動’這個項目，你準備從哪些方面入手？”我們驚喜地聽到，學生非常有邏輯地將問題拆解成四個子問題：①低碳指的是什么？②低碳里面的碳到底是什么？③為什么要進行低碳行動（即什么引起了碳偏高）？④我們應(yīng)該怎么做才能達到低碳的目的？由此可見，學生通過“從自然界的水到千家萬戶的水”這個項目的學習，確實已經(jīng)初步建立起了項目學習的思路。

2.教學反思

結(jié)合課堂觀察、學生訪談以及教師的反思，我們認為在本項目以及今后的項目教學過程中，教師還應(yīng)當進行以下幾個方面的改進：

（1）對于“從自然界的水到千家萬戶的水”教學實施的建議：

？譹？訛在學生動手制作簡易凈水器前，需讓兩三組學生進行匯報，展示自己設(shè)計的簡易凈水器裝置圖，并指出圖中每一部分的作用、如何組裝，教師對學生的回答進行修正和補充。簡易凈水器的裝置圖和各部分的作用明確后，再讓學生動手進行制作，減少實驗過程中不必要的錯誤行為。

？譺？訛教師需組織學生開展“什么會影響水的凈化效果”的初步討論，讓各組明確實驗變量，以便于組織各組合理選擇裝置和藥品。

？譻？訛簡易凈水器的實驗最好可以開展2～3輪，需要給學生充分的時間動手，反思修訂實驗。尤其在第一次凈水后，需組織學生討論，成功的學生分享成功的經(jīng)驗，未成功的學生反思自己實驗中的問題，再進行第二輪實驗。

（2）對于項目教學實施的建議：

①充分發(fā)揮項目導引環(huán)節(jié)的價值。項目導引是讓學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的過程，可以幫助學生對項目建立一個整體的認識，通過對驅(qū)動性問題的分析，幫助學生對項目進行有效的分析和拆解，將實際生產(chǎn)和生活問題轉(zhuǎn)化成化學研究的問題。

②加強對學生思維能力的培養(yǎng)。通過學生訪談和課堂觀察，我們發(fā)現(xiàn)，在實驗過程中缺少了實驗反思和總結(jié)的過程，而這一過程恰恰是對學生思維能力培養(yǎng)尤其是科學探究能力發(fā)展的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此建議教師在今后的項目教學中，尤其是在“實驗探究”“匯報展示”等項目活動的過程中注意引導學生從實驗目的出發(fā)，去分析實驗設(shè)計的合理性，提高實驗反思能力，凸顯項目學習中“解決問題”的特點。從問題出發(fā)，去分析問題、解決問題，做到理論分析和動手實踐并重。