基于家庭實驗的項目化學習培養學生素養

鄒雁

摘要：以九年級化學啟蒙教學為研究基礎，融合課程和核心素養的理念，設計了三個基于項目化學習的家庭實驗，通過課前、課堂和課后三個階段的不同學習目標和行動，以提升學生知識綜合及應用能力，培養學生的科學精神、科學探究的方法和基于證據推理等學科素養。

關鍵詞：家庭實驗;項目化學習;科學探究;學科素養

文章編號：1008-0546（2021）03-0091-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.03.022

學科項目化學習是基于學科關鍵概念和能力、在真實情景圍繞一定目標與主題開展的探究活動[1]。九年級是化學啟蒙教育，要激發學生的好奇心，在實踐中認識物質變化規律，形成化學的基本觀念。在不改變當前課時和分科教學的背景下，設計家庭實驗與課堂相配合的項目化學習，讓學生主動思考、親身解決問題，符合義務教育階段的課程理念[2]，是契合學生核心素養培養的深度學習[3]。

一、項目化學習的設計要素

樣例一：花樣滅蠟燭

學科項目化學習，是對學科單元進行探究性設計。涉及核心知識、驅動性問題、認知策略等維度，是核心知識在情境中的重新建構。

1.核心知識

由于“燃燒發生的條件和滅火的方法”兩者具有對應關系——可以從問題產生的原因尋求解決問題的方法，核心知識歸為“反應的發生與停止”這一學科概念。

2.真實的驅動性問題

如何讓學生感到生動有趣，激發他們主動探究？“熄滅蠟燭”是熟悉的情景，“花樣”兩字用以激發九年級學生的表現欲。驅動性問題指向科學探究的目標，并且驅動學生投入思考。

3.促進問題解決的認知策略

學生在項目化學習中獲得哪些素養，取決于他們解決問題的方式。項目化學習起源于自然科學，對科學思維和實踐能力的培養能很好融入項目設計：實驗時間寬裕，滅火用品有較多選擇，學生不停嘗試才能解決問題、獲得實驗成果。為了讓自己的實驗效果更好或者與眾不同，學生需要請教家長或查詢網絡，完成信息調研。通過實驗反思和討論，學生生成自己的初步分析，對滅火原理做出解釋。

4.有意義的學習實踐和全程評價

學習實踐的設計，要為學生預留創造與多元表達的機會。化學的學習實踐主要是實驗探究，包括家庭實驗和課堂二次探究。布置實驗同時明確評價標準，以指導實踐的表現目標，激勵、診斷、發展學生對核心知識的理解（表1、表2）。

自主學習的過程中，學生的分析可能有不準確的地方，各組對同一個現象的理解也許不一致。實踐的過程，有時能解決問題，有時能發現新問題引發課堂討論或再探究，啟迪進一步思維。例如：①有同學用金屬勺能“輕輕碰滅”燭火，原理是隔絕了空氣還是降低了溫度？經討論選取的對比實驗：用金屬網代替勺子、或者改用灼熱的勺子，重復相同的操作，觀察燭火是否熄滅。②蠟燭被吹滅，主要是因為降低了氧氣濃度還是因為降低了溫度？學生的方案：向空杯子底部用吸管反復吹氣，再放入燃著的蠟燭;或者用洗耳球對蠟燭鼓空氣，觀察燭火是否熄滅。

通過家庭實驗參與科學探究、收集實驗事實;通過課堂由事實到理論、認識物質變化的規律;再由理論到更多的真實情景、實現轉換和遷移。

5.公開成果

項目成果可以是個人或小組的項目記錄、搭建的裝置或制備的物質，也不排斥紙筆測驗。此樣例中，設計了場景分析，展示學生對“滅火的方法歸納）滅火的原理逮繹）消防常識”的理解。教師要及時對項目成果進行教學反思，改進教學（表3、表4）。

“反應的發生和停止”可以設計成包括“氣體發生裝置的控制”“燃燒與滅火”“鐵制品的銹蝕與防護”“酸雨的形成與防治”等多知識點、多課時的項目化學習單元。下面以“鐵制品的銹蝕與防護”為例，介紹項目化學習對學科素養的培養。

二、培養學科素養的項目化學習過程

樣例二：掌握鐵制品的命運

義務教育階段的化學課程以提高學生的科學素養為主旨。項目化學習通過引領性的設計，調動學生已有的知識，在解決問題的過程中主動納人需要的新知識，理解概念形成思維，并予以應用實踐。項目化學習促進知識、能力、態度的整合，與學科素養追求的方向一致[4]。

1.入項活動：調查家中鐵制品

通過調查（表5）對“生銹”形成初步印象：對照資料尋找鐵銹，有宏觀辨識的依據;明確鐵銹的組成元素，分析生銹可以根據元素守恒;了解氧化鐵的用途，客觀地看待化學物質的“用與過”。分類記錄鐵制品的生銹情況，學生對鐵銹成因的猜想已經啟動。

2.實踐探究：生銹和除銹

學科素養視角下的科學探究，激發創新意識、培養實踐能力、養成科學態度、鍛煉證據推理的能力。家庭實驗貼近生活、學生感興趣，必要的前期指導和記錄讓家庭實驗可操作、有意義[5]。

（1）生銹實驗

設計實驗使鐵釘一夜生銹。引導學生根據生活經驗來控制生銹的條件、用圖片或者文字如實記錄實驗事實、進行合理推理（表6）。

想象力總是帶來驚喜：孩子們嘗試了果汁、鹽水、糖水、潔廁靈來浸鐵釘，甚至在敞口、有蓋的鍋中分別煮鐵釘。學生記錄到一些黑色的鐵釘不生銹、灼燒過的鐵釘不易生銹、鐵釘泡過醋后更易銹蝕、意外發現蘋果果肉能除銹。

（2）預備除銹

引導學生從鐵銹疏松的結構去分析、從物質分類的角度去預測，尋求除銹的方法。羅列自帶的用品、需要實驗室準備的用品，有條理地“做科學”。

（3）除銹實驗

除銹的過程讓學生直觀感受到鐵銹的外觀、鐵制品的損耗，為防銹做情感鋪墊。

（4）實驗評價

組織小組為單位的課堂討論，把實驗過程收集的信息串在邏輯思維的繩索上，建立“合適的證據”與“合理的推論”間的對應關系（表7）。

3.二次探究：防銹

被防銹的責任感推進，學生回憶梳理相關的生活常識、已知的化學反應，并且尋求新的知識。

（1）經過家庭鐵制品的調研（表5），學生已經可以例舉一些保護鐵制品的措施，如涂油涂漆保持干燥。

（2）防銹原理：初步形成了“反應的發生與停止”的概念，防銹原理能與生銹條件對應起來。

（3）對于學生困惑的一些實驗事實，“為什么發黑的鐵釘、發白的鐵皮不易生銹”可以就此真實情景層層推進，觸發更深的研究：

①猜測黑鐵釘的表面是，據我所知該物質的特性是，驗證猜測。我知道等方法能在鐵制品表面生成致密的氧化膜。

②白鐵片是鐵和_的合金。金屬活動性在鐵之前的金屬真的可以保護鐵嗎？查閱資料或通過實驗驗證（表8）。

4.出項活動：煥新家中生銹的鐵制品

鼓勵學生勤思考、樂實踐，吸收新知識而改造認知結構，回歸真實，因地制宜地防銹（表9）。

在項目化學習中，家庭實驗可以是課前進行的證據收集、可以是發現問題作為課堂深化的素材、還可以是課后的實驗驗證。例如，二氧化碳的復習課，提出“能不能用你的實驗證明，二氧化碳密度比空氣大？”

三、將學科素養轉化為持續的學習實踐

樣例三：二氧化碳密度真的大于空氣嗎？

復習課不僅關注知識點的講解和訓練，也關注知識的靈活、綜合運用，以及科學探究能力的加強。將二氧化碳的性質驗證設計在小組內討論修改，試做家庭實驗，課堂展示并加以解說。介紹幾列讓筆者印象深刻的匯報（表10）：

項目化學習是指向學科素養，促進有效學習的探究活動。

教師是學習的設計者和支持者，將知識點結構化組織化在驅動性問題中，為思維而教，喚醒學生自主學習的能力。引導學生在實踐中反思與超越，為未來的知識轉換和遷移做好準備。保護好學生學習的熱情，關注學生在探究活動中的實際表現，協調好家庭實驗和常規作業的量，不能給學生造成負擔。預先收發學生的項目報告，調控好課堂，讓交流討論有序進行，保障學業質量。

體驗了項目化學習，學生覺得家庭實驗“有趣有意義”，認為課堂交流中“自己弄懂了才能說服同學”;提出想制作蔗糖大晶體、想分析“水氫能源汽車”的可行性、想重現“白酒一紅酒一雪碧一豆漿”的化學魔術、想去驗證天然氣燃燒的產物。在真實的問題情景、開放的實驗空間去思考去實踐，學習者主動參與了知識的建構，知識是在“解決問題”的過程中獲得的，素養在實踐中被踐行和內化。

總之，有助于探究能力發展的家庭實驗，配合相關度高、有邏輯[6]、有拓展的課堂，形成一個兼顧實踐與認知結構發展的項目化學習體系[7]，發揮了學科的育人價值，利于學生學科素養的提升。

參考文獻

[1]夏雪梅.項目化學習設計：學習素養視角下的國際與本土實踐[M].北京：教育科學出版社，2018

[2]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2012

[3]吳晗清，穆銘.科學領域核心素養達成的利劍：融合理化生的項目式學習[J].教育科學研究，2019（1）：50-60

[4]侯肖，胡久華.在常規課堂教學中實施項目式學習——以化學教學為例[J].教育學報，2016，12（4）：39-44

[5]梁雪峰，倪娟.家庭化學小實驗的設計及實驗策略[J].-4t學教育，2016（19）：64-67

[6]孟慶男.對接受式學習與發現式學習的比較分析[J].中國教育學刊，2003（2）：27-29

[7]蔡雙兵，耿龍榮.城市初中開展化學家庭實驗的策略探索[J].化學教育，2015（5）：46-47