基于真實問題的項目式教學實踐

苑曉，姜波(中國化工博物館，北京 100011)

0 項目背景

項目式教學[1-2]是通過項目的形式將學科體系中的教學內容分為若干教學項目，教師先對項目進行分解，然后由學生分工協作在限定的時間內完成項目任務。學生在項目實施過程中了解項目實施過程中的重點難點和知識點，并對項目成果進行總結評價。筆者在中國知網數據庫通過主題關鍵詞“項目式教學”搜索發現，從1988年到2020年間共有5 552篇文章發表，并且文章數隨年度成指數曲線增長。從項目式教學相關論文發表的時間和數量來看，項目式教學既不是一個新理論，也不缺乏在各學科的實踐探索。本文是在科學課程資源缺乏、科學教育理念落后的甘肅古浪地區，中國化工博物館結合當地真實問題開發和實施的高中化學項目式教學課程，并通過教師工作坊的方式將項目式教學法開發課程的思路分享給當地教師，鼓勵他們結合當地實際進行課程開發，最終希望更多的當地中學生能從項目式教學中受益。

1 基于真實問題的項目式教學實踐

1.1 活動基本情況

本文分享的教學實踐，是由中國化工博物館發起的，為提升貧困地區高中教師教學理論和實踐，面向當地真實問題設計和實施的項目式教學活動。

(1)活動對象：50名古浪縣高中化學教師。

(2)活動目標：讓當地高中化學教師了解項目式教學，通過案例學習和活動參與初步掌握面向真實問題開發課程的思路和程序。

(3)活動形式：教師工作坊。

(4)活動內容：主講教師介紹項目式教學法、案例課程教學程序，進行模擬教學(模擬面向高中生的項目式教學課程)、引導學員進行探究性實驗和討論，主講教師總結課程開發思路。

1.2 活動教案

1.2.1 任務1：情境創設

“沙漠保水”：引導學生思考當地的沙漠問題，都由哪些治理方法，當地采用了何種方法？高分子保水材料是一種選擇。

“設計思路”：情景教學是落實學生核心素養的基礎，提出當地特有的沙漠治理問題，讓學生思考如何在沙漠中保水，問題體現了本地化。

1.2.2 任務2：概念設計

“討論歸納”：以已知天然吸水物質棉花(主要成分是纖維素)為例，探尋其作為鎖水物質的結構特點，如吸水性、保水性、不溶于水、不能降解。

“設計思路”：尋找吸水性質的物質—探尋結構特點—設計高吸水性物質。

1.2.3 任務3：尋找合適的親水基團

“頭腦風暴”：哪些物質易溶于水？哪些基團易與水結合？

“設計思路”：尋找吸水性質的物質—探尋結構特點—設計高吸水性物質。

1.2.4 任務4：尋找合適的碳骨架

“動手實驗”：(1)認識多種多樣的塑料。對給出的幾種塑料進行看、聞、拉扯、劃四項檢驗。(2)用球棍模型搭一搭聚乙烯的結構，每人搭一個乙烯，幾個聚合在一起，形成聚乙烯，用球棍模型模擬這個過程。(3)橫拉、縱拉塑料袋，感受相同嗎？向自封袋裝2/3的水，扎入牙簽，漏水嗎？討論聚合物的結構是什么樣的？聚乙烯、酚醛樹脂結構不同，哪種是合適的碳骨架呢？塑料袋和塑料瓶都是聚乙烯，硬度為什么不同呢？解釋這些現象背后的原因是什么？聚乙烯的結構是什么？(4)自制彈力球：準備硼砂、膠水、水、杯子、色素，向膠水中加點色素，攪拌均勻，向溶液中加入硼砂，混合，用力不停地攪動，用手捏成球狀，能彈起來嗎？這個實驗的原理是什么呢？

“設計思路”：認識了鏈狀分子的微觀結構之后，需要基于性質對分子結構進行優化。通過“分子設計”的思路把鏈之間連起來變硬，達到對分子做相應的改造的目的。

1.2.5 任務5：設計“鎖水的物質”的分子結構

“演示實驗”吸水的杯子：往紙杯中加入聚丙烯酸鈉，加入適量的水，將杯子倒扣過來，水流不出來。

“設計思路”：基于致密交聯的高分子網狀結構保水性差，吸水性好，而疏松的鏈狀結構保水性差、吸水性好的特點，歸納并推測聚乙烯鏈+親水基團適度交聯的高分子可能是好的鎖水物質。

1.2.6 任務6：哪種高吸水性樹脂適合改善土壤

(1)動手實驗

比較棉花、聚丙烯酸鈉、農林保水劑(聚丙烯酸鹽-聚丙烯酰胺交聯物)、水晶花泥(聚丙烯酰胺)的保水性能：吸水速度比較、吸水量比較、保水性比較、穩定性比較。

(2)設計思路

根據用途，根據需求出發進行功能設計和優化的思路。

1.2.7 任務7：你對沙漠治理的建議

(1)面向未來

你對沙漠治理的建議是？

(2)設計思路

最終回歸到問題解決上來。

2 開發基于真實問題的項目式教學的思路和程序

案例的教學設計借鑒了探究式學習[3]、項目式學習[4]和21世紀核心素養5C模型[5](文化理解與傳承、審辯思維、創新、溝通、合作)等先進的科學教育理念和方法。其中，21世紀核心素養5C模型中的“文化理解與傳承”啟發我們以面向解決當地真實問題來設計科學課程和實踐活動，即“思維全球化，行動本土化”。教師工作坊的目標是讓當地高中化學教師了解項目式教學，通過案例學習和活動參與初步掌握面向真實問題開發課程的思路和程序。按照程序進行課程開發，將看似困難或者繁雜的任務拆解成小任務，每步只完成一個小任務。

2.1 將真實問題轉化作為教學目標

古浪縣由于沙漠化嚴重，土層難以保持水分，現實中面臨保水困難的問題。我們通過文獻和資料調研，了解歷史上國內外的科學家和工程師面對保水問題解決問題的思路和方法。我們整理了很多辦法，如草方格、在沙面上覆蓋致密物、固沙劑、保水劑等，這么多方法選擇哪個作為課程教學目標呢？由于本次教師工作坊的對象是高中化學教師，所以項目式教學的知識載體是高中化學，因此選擇了與高中化學高分子相關的保水劑這個思路。這樣我們將真實問題“沙漠保水”轉化為教學問題，“尋找鎖水的物質—吸水高分子”。

2.2 將真實問題解決思路轉化課程教學思路

在尋找“尋找鎖水的物質—吸水高分子”問題解決思路時，采用科學史教學法對吸水高分子技術發展歷史進行了梳理。20世紀50年代吸水材料是纖維素，結構特點是具有高分子鏈狀結構(不溶于水、不耐擠壓、保水性差)、碳氧鍵(易于降解)和羥基(吸水基團)，20世紀60年代人工合成保水材料淀粉丙烯腈共聚物，結構特點是具有淀粉交聯丙烯腈網狀結構(保水性增強)和羥基、氰基(吸水基團)，現在保水劑丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯物，結構特點是具有含碳碳鍵的主鏈結構(不易降解)、氨基和羧基(吸水基團)。通過提煉每個時期技術進步所解決的關鍵科學問題，形成了課程教學思路。

2.3 將真實問題解決思路轉化為可實施的教學程序

通過前面的程序明確了課程目標是“尋找鎖水的物質—吸水高分子”，同時也歸納出了鎖水物質的功能特點等教學思路。這一步需要將教學思路拆解教學程序，即學生可參與的任務和活動。這三個程序完成后，就形成了教學方案。

3 結語

開展項目式教學教師工作坊期間，通過訪談、觀察、調查問卷等方式對活動效果進行了評估。活動過程中，主講老師會經常邀請學員發言，最開始學員發言不積極，當學員們參與到了探究性實驗環節后分享和發言變得十分踴躍，很多學員會主動分享實驗結果和學習體會。問卷顯示學員們對活動非常滿意，并希望能多開展類似的活動。在與學員們交談中，發現他們對于新理念新方法持一種開放的態度，他們覺得面向當地實際問題開發課程的思路很有啟發性，很多教師表示將來會嘗試采用項目式教學的方法來設計課程。我們還跟當地教育部門的老師進行了訪談，他們介紹了當地中學科學教育課程改革面臨的一些問題，也希望當地教師能學習新的教育理念和方法。希望本文分享的基于真實問題的項目式教學實踐，能幫助更多科學教師面向真實問題進行課程開發和實施。