微項目學習在高中化學課堂教學中的實踐研究

鄧銓

[摘要]本文以“化學反應條件的優化”為例，闡述在常規課堂教學中實施微項目學習的必要性，以及設計微項目學習的步驟和策略，包括“確立微項目”和“規劃微項目”，在微項目實施過程中要依綱據本，深入挖掘情境素材，采用任務驅動法，通過建構模型的方式，實現知識的整合、內化、升華，達到深度學習的目的。

[關鍵詞]微項目學習;高中化學;常規課堂

[基金項目]區級課題“PCK視角下高中化學教學研究”，編號：HZSD0820190041。省級課題“TPACK視閾下‘項目式學習應用于化學反應原理進階教學實踐”，編號：MJYKT2019-011。

項目式學習，“是以建構主義理論為指導，以小組合作方式進行規劃和解決項目任務的學習方式，強調學生的自我導向學習能力，倡導學生和教師共同作出決策，注重學生過程技能和核心素養的培養”。常規的項目式學習持續時間長，一般要好幾個課時甚至幾周的時間，且對學生綜合素質要求較高，在新課教學中很難有效開展。為兼顧學生知識的獲得、技能的提升和素養的培養，在常規教學中可以將項目式學習微型化，即“將單位課時的核心知識情境化，轉化成現實生活中的實際問題，激發學生探索發現的欲望，培養學生解決問題的能力”。微項目學習占用的時間少，一般在1～2個課時里完成，研究內容精細化，可快速引發學生的學習興趣。

一、實施微項目學習的必要性

微項目學習以學生為主體，教師通過整合單元或章節課程內容，創設真實情境，讓學生深度參與問題解決的全過程，親自動手實踐，在探究和解決問題的過程中獲得基本知識和關鍵能力，培養學生的學習理解、實踐應用、遷移創新能力，從而達到深度學習的目的。傳統的學習方式很多只注重問題解決過程，忽略了知識積累，所以在常規的課堂教學中采用微項目學習就顯得極其必要。課后曾有學生反饋說：“這種學習方式非常新穎，每節課都感覺意猶未盡，連接書本和生活，感覺到了學習化學的意義，現在更愛上化學課了。”本文在理論和實踐的基礎上，從書本知識延伸到工業生產實際情況，對教師在常規課堂教學中設計和實施微項目學習進行了積極的探索。

二、設計微項目學習的步驟及策略

1.確立微項目

確立微項目學習主題主要是“依據課程標準、考試大綱和學生經驗精心遴選社會性熱點議題、化工生產問題、身邊要解決的問題，體現學科思想方法，發展學生的學科核心素養”。微項目可以是當前的熱點問題、工業生產問題、社會性議題，也可以是學生身邊需要解決的問題，所選問題要能涵蓋核心知識，貼近社會和生活，真實有意義，并能引起學生的興趣。在解決實際問題的過程中，達到知識系統化、思維模式化、理論綜合化、內化知識、深度學習的目的。

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課標）中明確提到要讓學生“認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研究領域中的重要作用”。為達到這一教學目標，教師應“結合生產實例，組織學生開展關于反應條件的選擇與優化的討論，促使學生形成從限度、快慢、能耗等多角度綜合調控化學反應的基本思路，發展學生綠色化學的觀念和辯證思維的能力”。工業合成氨及天然氣的開發和利用這一真實情境素材，從化學角度看，可以從溫度、反應物濃度及循環、投料比、壓強、以及催化劑等方面入手對化學反應進行調控，教學過程中突出反應方向、限度、速率等核心知識點，與新課標的要求相吻合。

2.規劃微項目

在確立微項目之后，教師需要根據問題實際、知識邏輯、學生認知等方面對微項目進行整體規劃，確定微項目所涉及的基本問題和能力問題。基本問題一般具有普遍性，要能概括微項目所涉及的基礎知識，幫助學生回憶知識，整合知識，升華知識。例如化學反應條件的優化的基本問題包括“如何判斷一個反應能否自發進行”“利用化學平衡移動的知識分析合成氨需要的外界條件”“可以通過調節哪些條件來提高合成氨的速率”“根據合成氨反應的特點，提高平衡轉化率和速率應分別采取什么措施”等。能力問題要符合完成微項目的基本思路和框架，能整合微項目涉及的基本問題，能激發學生的學習興趣，并且需要較高的層次思維。例如化學反應條件的優化的能力問題包括“在工業合成氨生產中，除了具備以上理論知識，還需考慮哪些實際問題？”“在繪制工藝流程圖時，都考慮了哪些問題？”等。

三、微項目實施過程

微項目在實施過程中，緊扣學科核心知識，注重知識生長和思維提升，采用任務驅動法，讓學生經歷復雜推理、思辨決策、遠端遷移等綜合性、復雜性的問題解決過程，在獲得知識與技能的同時，提升實踐應用能力和遷移創新能力。

1.任務一：探究合成氨的適宜理論條件。要求學生從提高轉化率和反應速率兩個角度入手，結合圖表，提取有用信息，選擇最佳的條件，并進行解釋。培養學生變化觀念與平衡思想，提升證據推理與模型認知能力。

（1）活動1：創設情境，引入新課。

[教學片段]

播放視頻毛主席詞《沁園春·雪》。

教師：中國歷史上每一個大一統的王朝，都曾寫下濃墨重彩的一筆，然而每一個朝代都沒有跳出國祚不超300年、人口不超一億的怪圈。目前新中國人口已經達到14億，即將全民脫貧致富奔小康，實現中華民族偉大復興指日可待！為何新中國可以跳出這個魔咒呢？

設計意圖：學生交流研討，深刻理解化學對社會發展進步的貢獻，培養學生科學精神與社會責任，提升民族自豪感，體現愛國主義教育。

（2）活動2：知識梳理，探究合成氨的適宜條件。

設計意圖：此環節要求學生根據反應特點，從化學反應速率和轉化率兩個角度入手，從圖表中提取有用信息，選擇適宜的外界條件，并加以解釋，培養模型認知和平衡思想。

2.任務二：優化合成氨的工業生產流程。學生在已經掌握合成氨的最佳理論條件的前提下，解決工業生產中面臨的問題。學生根據教師的不斷追問進行頭腦風暴，經過討論、分享，確定設計陌生工業合成問題的系統思路和視角，緊扣知識的積累和思維的升華。

[教學片段]

教師：在實際生產中，除了具備以上理論知識，還需考慮哪些問題？

學生1：反應物要循環利用，不能隨意排放。

學生2：要選擇合適的投料比，避免浪費。

學生3：在條件的選擇過程中還要考慮成本問題。

學生4：原料氣不能直接合成。要先凈化，以防催化劑中毒。

學生5：尾氣不能隨意排放，要考慮綠色環保的問題。

學生6：利用反應產生的能量預熱合成氣，節約成本。

教師：同學們說得非常好，在工業大規模生產中，我們需要考慮綠色環保、經濟效益、物質及能量的循環等各方面的問題。請大家根據剛才討論的內容，小組合作繪制工業合成氨工藝流程圖。

設計意圖：此環節期望學生發散思維，多方面考慮實際工業生產問題，能夠創造性地提出一些修改意見，完成并優化工藝方案。學生要尊重事實和證據，獨立思考，敢于質疑和批判，培養嚴謹的科學精神。

3.任務三：拓展延伸，設計以天然氣合成甲醇的工藝流程。要求學生通過小組合作，設計具體的工藝流程圖，關注原料來源、凈化、反應物循環、產物分離、能量循環、綠色環保等問題，提升學生問題解決及系統思維能力，培養嚴謹的科學精神。

教師：現在我們想開一個以天然氣為原料的化工廠，應該怎么利用天然氣中的甲烷呢？

學生交流、討論，得出結論：物質轉化和能量轉化。

教師：甲烷性質穩定，一般先轉化成CO和H₂，再從CO和H₂出發合成我們所需要的化工產品。請問如何實現CH₄轉化為CO和H₂？還需要哪種反應物？

學生：可以選擇CO₂、H₂O、O₂、H₂O₂等，因為它們都含氧元素。

教師：CH₄轉化成CO和H₂后，進一步合成CH₃OH，請大家根據反應特點并結合剛才的討論內容，以小組為單位對CO+2H₂=CH₃OH。△H3OH的工藝流程圖。

設計意圖：找出工業合成中物質及能量轉化的規律，建立解決復雜化學問題的思維框架，將所學知識系統化，培養證據推理和模型認知的能力。

四、教學反思

1.依綱據本，廣泛挖掘情境素材

選擇情境素材時，需根據核心知識點及教學目標遴選素材，所選素材要全面體現科學性、過程性、時代性以及挑戰性，要能實現知識結構化、系統化。本案例所選素材不僅可以承載反應的方向、限度、速率，而且有助于培養學生認識和調控反應的思維能力。在情境素材的轉化過程中，主要考慮如何組織學生活動。例如探究合成氨及天然氣的綜合利用時，需提供相應文獻資料，這些相關的圖表信息，主要讓學生經過充分討論，明確思路，選擇有用信息。

2.任務驅動，引導貫穿課堂教學

本案例主要圍繞途徑選擇、條件選擇、工藝設計來展開，以設計工藝流程為載體，優化生產方案，通過驅動性問題引導、組織教學。學生依次完成分析解釋、簡單設計、問題解決、系統思維等任務。任務一要求學生從化學反應方向、速率、限度的角度探究合成氨的適宜條件。任務二從獲得目標物質出發，不斷回歸教材，貼近生產生活實際，面對真實復雜的問題，突出解決問題的思維路徑。任務三要求學生設計并優化天然氣合成甲醇的工藝流程，進而將所學知識系統化、邏輯化，達到深度學習的目的。

3.建構模型，培育認知形成過程

本案例以工業合成氨為基礎，延伸到由天然氣合成甲醇，以化學反應方向、速率、限度為知識落腳點，通過繪制工藝流程圖綜合學科模塊知識，整合形成新的思路，發展學生的科學思維，探討工業合成背后的化學思考，有利于學生形成工業合成的系統思維。

4.結合實踐，實現思維升華

項目緊扣核心知識，專注于學科核心內容與社會生活的關聯，強調應用性、邏輯性的學習，著眼于思維的升華。設計的實踐項目符合學生認知水平，讓學生經過整合知識、梳理思路、明確認知，進而將相關知識遷移到工業制硫酸、硝酸、氯堿工業等其他相關的工業生產中，達到知識外顯的作用。