基于項目式教學的高中化學階梯式深度學習研究

翁志勇

摘要：以人教版第一冊“物質的分類與轉化”為例，嘗試利用項目式教學進行階梯式深度學習的教學實踐。深度學習關注學習者對知識的自主構建，只有通過自主建構才會形成穩固的知識體系。而在構建知識體系的過程中，項目式教學方式恰恰可以作為主要手段來應用。以垃圾回收再利用為教學情境，開展物質分類與轉化的深度學習。

關鍵詞：項目式教學；深度學習；物質的分類；物質的轉化

文章編號：1008-0546（2021）12-0023-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.006

一、教學背景

近年來，在新課改背景下，“深度學習”作為一種有效的學習方式和學習理念引起了廣大一線教師和教學研究者們的普遍關注。“深度學習”是指學習者在理解的基礎上能夠將已有知識遷移到新情境中，在解決問題中構建新的認知結構，是處于高級的認知水平，是面向高級技能獲得的思維活動。深度學習關注學習者對知識的自主構建，只有通過自主建構才會形成穩固的知識體系從而真正掌握知識。而在構建知識體系的過程中，項目式教學方式恰恰可以作為主要手段來應用。

項目式學習以真實問題情境為基礎，以創設獨特又相互聯系的任務為前提，借助現有的各種資源，師生通力合作達成任務目標。項目式學習強調采取合作、遷移等方式，過程中學生積極挑戰未知領域，經歷了層層目標導向下解決任務的全過程并獲取新的知識，為深度學習提供了很好的載體。

物質的分類與轉化作為人教版第一冊第一章第一節，是學生進入高中的銜接課程，為培養學生今后高中三年的深度學習提供好素材。由于大部分學生可能第一次接觸項目式教學，所以在教學過程中，利用項目式教學進行階梯式深度學習，不僅可以大大提高課堂教學的有效性，而且更容易被初升高學生接受，為其終身學習方法奠定良好基礎。

二、項目的開發

1.確立項目

《普通高中化學課程標準（2017年版）》對“物質的分類及轉化”這一內容的要求是認識到元素可以組成不同種類的物質，并根據物質的組成和性質對物質進行分類。同類物質具有相似性質，各類物質可以在一定條件下相互轉化[1]。新課標從物質的分類、通性、轉化三個角度來闡釋“物質的分類”的功能價值。新課標還明確指出，教師在教學過程中應重視STSE內容主題的選擇，應密切聯系生產生活實際，使學生能夠運用所學知識解釋和解決與STSE有關的問題。因此本課可采用STSE內容主題相關的項目教學法，將“知識項目化，項目情境化”，層層遞進，步步深化，不僅讓學生在過程中完成了對所學知識的意義建構，在深度學習的過程中，初步完成了學生分類觀和轉化觀的培養任務。

根據“2015年關于生活垃圾處理原則規定”要求，中小學教師在學科教學中應滲透垃圾分類知識，引導學生牢固樹立垃圾分類意識。因此，筆者以垃圾分類大背景下的兩個子問題——如何更有效垃圾分類及垃圾有效回收轉化為切入點，引導學生將社會關注問題轉化為項目任務，再拆解為化學問題，在問題解決過程中層層深入，構建垃圾分類及回收轉化的化學知識框架，在建模過程中搭建起物質分類、物質轉化之間的關系，同時貫穿后續高中化學即將學習的元素化合物相關知識，融會貫通，以期為新教材后續的項目情境化教學提供范例。

2.規劃項目

確立項目之后，教師需要進行項目的整體規劃，最主要是將項目拆解成幾個基本問題。基本問題一般具有普適性和開放性，要符合完成項目的基本思路和框架，值得不斷探究，同時能激發學生的好奇心，并且需要層層深入，使學生不僅達到學業要求，同時能體驗到深度學習的方法。其次每個基本問題需要確定導引問題。導引問題不僅能夠引起學生的興趣，還能確保學生不做無用功，并對學生進行深度學習的教學。如圖1所示。

三、項目教學的實施與思考

1.項目教學的實施

（1）介紹項目

目前我國約2/3城市處于垃圾包圍之中，其中1/ 4已無填埋的場地。中國每年使用塑料快餐盒達40億個，方便面碗5-7億個，一次性筷子數十億雙，這些占生活垃圾的8-15%。1噸廢塑料可回煉600公斤的柴油。回收1500噸廢紙，可免于砍伐用于生產1200噸紙的林木。一噸易拉罐熔化后能結成一噸很好的鋁塊，可少采20噸鋁礦。生活垃圾中有30%-40%可以回收利用，應珍惜這個小本大利的資源。而且，垃圾中的其他物質也能轉化為資源，如食品、草木和織物可以堆肥，生產有機肥料；垃圾焚燒可以發電、供熱或制冷；磚瓦、灰土可以加工成建材等等。可見，消費環節產生的垃圾如果及時進行分類，回收再利用是解決垃圾問題的最好途徑[2]。我們這個項目就用垃圾再回收利用來培養化學分類觀及轉化觀。

【布置任務】課前查閱垃圾分類及轉化相關資料，提前告知學生六個導引問題，請學生做好相應準備。

（2）師生共同研究

【活動1】垃圾分類的方式

【導引問題1】你能說出不同省份的垃圾分類方式嗎？

【初步研究】學生通過前期課前的查閱資料，最后總結歸納了以下省市的垃圾分類方式（如表1）

【交流反思】從以上五個主要城市的垃圾分類方式可以得出至少有三種垃圾分類的方法，從表觀上究其原因，分類依據主要從經濟性和環保性出發，最大程度上變廢為寶，對環境無害。但是從核心角度出發，這些分類的依據還是具有化學特征的，只有依據化學知識分類清楚，才能達到經濟性和環保性。

【進一步研究】以占比最多的分類方式（可回收物、有害垃圾、廚余垃圾、其他垃圾）為例（見圖2），從圖中可知各種垃圾的化學特征很明顯。比如可回收垃圾要包括廢紙、塑料、玻璃、金屬和布料五大類；廚余垃圾包括剩菜剩飯、骨頭、菜根菜葉、果皮等食品類廢物；有害垃圾包括廢電池、廢日光燈管、廢水銀溫度計、過期藥品等；其它垃圾包括除上述幾類垃圾之外的磚瓦陶瓷、渣土、衛生間廢紙、紙巾等難以回收的廢棄物。此種分類方法類似于物質分類中的樹狀分類法。另外，玻璃在有些省份屬于可回收垃圾，但是有些省份屬于有害垃圾，這種分類方法類似于交叉分類法。

【導引問題2】垃圾分類的化學依據都有哪些？

【初步研究】從圖3中可以得知垃圾中主要含有的物質有：蛋白質，纖維素，淀粉，鋁，硫酸，氯化鋁，碳酸氫鈉，氧化鈣，氫氧化鈉，二氧化硅等，如何從化學依據對這些物質進行分類？

【交流反思】可按物理性質（如顏色、狀態、氣味、硬度、密度、溶解性等）進行分類，也可按化學性質（如可燃性、酸堿性、氧化性、還原性等）進行分類。

【進一步研究】物質的性質與用途很多取決于物質的組成，按物質組成分類可較為準確、全面地認識物質。聯系初中學過的知識，結合樹狀分類法，學生可以將上述垃圾中主要含有的物質分為以下類別（如圖3），那么能否按著物質組成來進行垃圾分類？

【導引問題3】你能發明出更先進的垃圾分類設備嗎？

【初步研究】目前垃圾分類更多是靠大家的自覺意識，但是如果遇到大量分類不準確的垃圾，我們就需要更先進的設備來分類，并加以利用。學生初步聯想到借鑒物流傳送帶的分揀模式。

【交流反思】垃圾不同于物流上的快件，那么如何來分類識別呢？學生查閱科技文獻，得出可以采用元素分析儀來識別并初步分類。

【進一步研究】學生提出可以采用將垃圾破袋，粉碎及篩分等過程，然后將處理后的垃圾放在垃圾輸送帶上，基于化學元素特性對垃圾進行在線實時檢測，并集思廣益，設計出相應的設備，示意圖如圖4。

【活動2】垃圾轉化的方式

【導引問題4】你能說出不同的垃圾轉化方式嗎？

【初步研究】學生通過前期課前的查閱資料，得出目前國內主要幾種垃圾轉化方式：衛生填埋、高溫堆肥和焚燒等。

【交流反思】垃圾轉化的過程主要是化學物質之間的轉化，更多涉及到復雜的化學反應，如果需要了解各種化學反應，則需要了解這些垃圾轉化的流程。

【進一步研究】相對于這幾種處理，垃圾焚燒是學生比較感興趣的，學生前期還參觀并深入了解了垃圾焚燒廠，并從垃圾焚燒廠的介紹資料上得知以下相關知識：

化學處理方法，主要是指采用化學方法破壞垃圾中的有害成分使之無害化或轉化為適宜后續處置的形態，如氧化、還原、中和、化學沉淀與析出等，主要適用于成分簡單、穩定的固體廢棄物。焚燒、熱解等熱處理方法實質上是加氧后進行充分氧化反應，也是化學處理方法。

【導引問題5】垃圾轉化的化學反應都有哪些？

【初步研究】從以上介紹資料上學生能得出垃圾轉化過程中涉及到化學反應主要包括氧化，還原，中和，化學沉淀等反應。

【交流反思】由以上得知的一些化學反應類型中，能否衍生出其他反應類型，請寫下來，并對這些反應類型進行歸納總結。

【進一步研究】根據前期書本知識的預習及結合初中相關知識，學生可以根據反應物，生成物的類別，以及反應前物質種類的多少，從形式上將化學反應主要劃分為化合反應，置換反應，分解反應，復分解反應。還可以根據是否有電子轉移分為氧化還原反應和非氧化還原反應。

【導引問題6】你能運用化學反應，舉出一些變廢為寶的例子嗎？

【初步研究】老師給學生展示某垃圾處理廠對生活垃圾進行處理和綜合利用的部分流程圖（圖5），產生的煙氣中含有SO2，HCl等有害氣體。

【交流反思】學生可以結合化學反應，從以上的流程圖中得到變廢為寶的基本案例，比如H2，FeSO4及煙氣和石灰漿反應的產物等。

【進一步研究】學生根據收集到的資料，展示了研究人員目前可使用一種新型催化劑將普通塑料等廢棄物通過化學反應轉化為有用的產品，如燃料和蠟，并體現綠色化學的概念。

（3）成果的公開展示

學生們梳理自主研究的項目成果，然后補充自己的知識結構，如圖6所示。

2.項目教學的思考

項目式教學可以選取適合的主題，開展真實情境下的學生自主探究教學，并融合深度學習。這種教學方式主要優點體現在：項目內容是生活中常見的現象，并把化學科學應用的最新發展納入教學中，培養學生的創新精神和實踐能力，增強社會責任感；圍繞一個項目設計多個活動任務，活動的主角色是學生，通過查閱資料、交流、匯報總結等活動，加強了學生的自主性學習，同時調動學生的積極性，又有助增強其自信心，并鍛煉了語言表達能力。在整個新授課過程中，學生不僅收獲了課程標準所要求的知識體系，還在思路方法、學科能力、學科素養上都有了很好的提升，對化學學科有了更全面的認識---化學源于生活，又服務于生活。

由于項目式教學涉及知識范圍廣，基礎薄弱的學生一時難以接受，他們并不能自主建構出知識的框架，更不能體會深度學習所倡導的理念。還有一方面的原因在于筆者本身，由于能力和時間的有限，還沒開發出適合不同學生群體的項目式教學模式，這促使著我在教學實踐過程中，要細細研究化學知識間的關聯性以及化學知識的價值，積極探索更多的項目式學習與階梯式深度學習的融合教學案例。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[2]垃圾分類[DB/OL]. https：//baike.baidu.com/item/%E5% 9E% 83% E5% 9C% BE% E5% 88% 86% E7% B1% BB/ 2904193？fr=aladdin