項目式學習與化學實驗教學的融合研究

孫康 唐敏 王偉群

摘要：項目式學習是一種以解決具體問題為驅動，以學生活動為中心的學習模式。化學實驗是化學學科的特色。通過“以廢鐵屑為原料制備摩爾鹽”的項目式學習實踐的分析，了解對合適項目的選取、項目式學習的設計及實施，在項目式學習中融入化學實驗教學，不僅有助于學生有效提高化學實驗能力，發展化學核心素養，還對學生人文精神、團隊合作能力、創新意識的提升具有重要意義，實現了項目式學習目標和化學實驗教學目標的融合。

關鍵詞：項目式學習;化學實驗教學;教學設計;問題解決

文章編號：1008-0546（2021）09-0082-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.021

一、問題的提出

化學實驗教學是中學化學教學的最重要形式之一。然而目前化學實驗課堂還是普遍存在著一些問題：有情境少建構、有活動少專題[1]，教學方式單一，重技能訓練，輕能力培養[2]等。怎樣通過化學實驗的教學讓學生經歷完整的探究過程，在探究的過程中利用化學實驗解決問題、完成任務，從而在提升實驗操作能力的同時促進核心素養的全面發展，是一個值得研究的問題。

《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》指出，在實驗教學中要遵循學科特點，積極推動學生開展研究型、任務型、項目化、問題式、合作式學習。鼓勵學校向學生開放實驗室，方便學生利用課余時間，以獨立或小組合作方式開展實驗探究[3]。結合項目化學習，化學實驗不僅有助于學生發展學生化學核心素養，還對學生提升人文精神、團隊合作能力、創新意識具有重要意義。

二、化學實驗教學與項目式學習的融合

鄭長龍認為，化學實驗能力的構成要素為：提出化學問題的能力，設計實驗方案的能力、進行實驗操作的能力、交流反思的能力[4]。結合《普通高中化學課程標準（2017年版）》對“科學探究與創新意識”素養提出的要求[5]以及化學實驗的特點，我們將化學實驗能力的構成要素以及各構成要素所要達成的教學目標進行整理，如表1所示。

項目式學習是一種以提升探究能力為目標，以解決具體問題為驅動，以學生活動為中心的學習模式[6]。一般流程包括目標、計劃、實施、評價四個環節[7]。合理地選擇和設計項目式學習，將化學實驗融入項目式學習的各環節中，能夠實現化學實驗教學的目標，具體如表2所示。“項目目標的確定”環節是為了理解項目的意義、明確項目的目標任務，學生需要根據已有知識及經驗提出有探究意義的問題，從而鍛煉學生提出化學問題的能力;在“項目計劃的設計”環節，主要是對項目進行整體的規劃，學生需要根據項目的要求，選取原料、設計路線、制定實驗方案，并從多種方案中選取最優方案，從而有效提升設計實驗方案的能力;“項目任務的實施”環節要開展項目活動，從實驗教學的角度包含了實驗準備、實驗進行以及實驗處理三個環節，學生需要根據設計的方案進行實驗操作，從而提升進行實驗操作的能力;“項目結果的評價”環節既包含了對項目成果的展示與交流，也包括對項目學習的反思及評價，學生需要對小組的實驗設計、實驗操作以及實驗處理進行全方面的反思，并在與同學的交流中找出有待改進之處，提出改進方案，這一過程能夠有效提升學生交流反思的能力。

三、項目式學習與化學實驗的融合案例分析

怎樣實現項目式學習與化學實驗教學的融合？我們以“以廢鐵屑為原料制備摩爾鹽”項目學習為例進行分析。

1.項目選擇

（1）意義性

項目的選擇要有意義，意義是促進學生思維深度發展的發動機，也是幫助學生形成正確價值觀的基礎。該項目是對課本上鐵及其化合物知識的拓展，將書本上的學科核心知識與實際生產相聯系，讓學生在項目進行過程中學會思考，并利用已掌握化學知識與技能解決工業生產中的問題，從而提升學生運用知識解決問題的能力，促進問題解決思維的發展。以廢鐵屑這一常見廢料轉化為具有多種用途的摩爾鹽，是一個“變廢為寶”的過程，有助于學生形成綠色化學的思想。

（2）融合性

項目的選取要能夠很好地融合化學實驗，在項目流程中將化學實驗作為解決問題的方法和手段。共有4個實驗貫穿該項目，分別為廢鐵屑表面油污的去除，鐵屑的溶解，摩爾鹽的制備、分離以及純化，摩爾鹽純度的檢測。涉及到全部類型的中學化學實驗，同時該項目中包含了3個中學化學學生必做實驗：鐵及其化合物的性質、化學反應速率的影響因素、配制一定物質的濃度的溶液。從內容上來看，以項目設計教學包含了不同類型的化學實驗（表3）。

2.項目式學習的設計

本研究的項目設計需要將化學實驗的教學目標與項目式學習的特點相結合，讓學生在項目探究的過程中運用化學實驗解決具體項目問題，從而提升實驗探究能力，促進核心素養的發展。

（1）教學目標

①通過文獻閱讀和實驗活動，探究摩爾鹽組成微粒、性質、用途之間的關系，形成“結構決定性質，性質決定用途”的化學學科觀念。

②通過頭腦風暴、小組討論對摩爾鹽的組成進行分析，設計制備路線，嘗試用化學知識解決實際問題，提升問題解決的能力。

③在方案設計的基礎上，通過小組合作完成“廢鐵屑表面油污的去除”“鐵屑的溶解”“硫酸亞鐵銨的制備、分離以及純化”等實驗，在實驗過程中鞏固溶液配制、過濾、洗滌、蒸發結晶等化學實驗基本操作，提升實驗操作技能以及實驗結果的處理能力。

④通過交流討論，結合制備路線的設計以及實驗操作對實驗結果進行反思與評價，討論出改進方案。從原料利用率以及環境友好程度等角度對項目進行評價，養成廢物利用的習慣，形成綠色化學觀念。

（2）教學思路

該項目的教學思路是以廢鐵制備摩爾鹽的過程為流程，按照項目目標的確定、項目計劃的設計、項目任務的實施以及項目結果的評價四個環節設計出具體的項目任務（圖1）。安排為了完成項目任務所必需的探究活動，制定對應的評價指標。

3.項目式學習的實施

（1）項目學習以小組合作的方式開展

與傳統化學實驗課堂中以教師演示實驗為主不同，基于項目式學習的化學實驗教學是以學生為中心的，課堂中的實驗活動以小組合作的方式進行。在項目開始時，根據學生意愿自由組合為小組，各小組推選出小組長負責后續任務的分配。比如在硫酸亞鐵銨純度的測定實驗中，小組長根據組員興趣和特長分配多個實驗任務：實驗裝置及藥品的準備、標準溶液的配制、滴定實驗操作、實驗數據記錄以及實驗結果的處理。各組員都參與到為了完成項目任務所需進行的實驗中，在小組成員進行實驗操作時其余組員對實驗者操作的規范性做出監督。以小組合作的方式進行實驗教學，學生進行實驗的積極性明顯提升，在提高實驗操作能力的同時鍛煉溝通與協作能力。

（2）項目方案由學生自主設計

相較于傳統課堂中由教師直接給出實驗要求，項目式學習盡可能還原了現實問題的解決過程，學生需要根據任務具體要求，通過資料查閱、實驗驗證等活動，確定實驗方案，進而提升問題解決的能力。比如如何在實驗室中制備摩爾鹽，學生就需要根據目標產物組成分析、原料選擇、生產路線確定以及各步驟具體實驗方案的制定工作。A小組同學選取了赤鐵礦為原料，經過原料粉碎處理、硫酸浸泡溶解、鐵粉還原三價鐵、硫酸銨混合攪拌、蒸發結晶、產品洗滌等操作，最終得到產品;B組同學選取綠礬為原料，經過溶解、混合硫酸銨、蒸發結晶、過濾、洗滌等操作，得到摩爾鹽產品。經過產品成本計算、環境友好程度等因素的考量，最終確定以廢鐵屑為原料制備摩爾鹽的方案。

在項目結果的評價過程中，學生需要對制備的摩爾鹽樣品純度進行檢驗，各小組經過討論制定不同檢測方案：利用高錳酸鉀滴定法測定亞鐵離子含量、利用硫酸鋇沉淀法測定硫酸根離子含量。學生能夠根據構成產物微粒具有的不同性質設計實驗方案，結合微粒數量關系，處理實驗結果，最終得到具體純度。

（3）項目過程中實驗功能各不相同，是完整的探究過程

在項目式學習的過程中，化學知識不再是學生記憶的對象，化學實驗不再是機械的技能性訓練，而是解決實際問題的工具。在“以廢鐵屑為原料制備摩爾鹽”項目中，化學知識、化學實驗的運用貫穿項目的各個環節，從產品組成分析到產品制備、分離及提純，再到產品質量檢驗，實際上回答了“產品是什么？”“應該怎么生產產品？”“生產出的產品質量如何，能否達到標準？”的問題。

在設計方案時，學生通過銨根、硫酸根、亞鐵離子的檢驗實驗，確定了摩爾鹽的組成，進而設計出制備方案;在鐵屑的溶解實驗中，學生需要配制3mol/L的硫酸，并根據反應本質設計出同時具備水浴加熱及尾氣處理功能的實驗裝置;在硫酸亞鐵銨的制備、純化及分離實驗過程中，學生需要根據溶解度差異進行降溫結晶、乙醇洗滌等實驗，得到最終產品;最終需要利用亞鐵離子的還原性、硫酸根離子的性質測定樣品中的離子含量，進而算出樣品純度。在這一過程中作為解決這些問題的工具，同時這些問題環環相扣，將實驗過程整合為一個完整的工業生產問題的探究過程。

（4）學習評價方式的多元化

在項目式學習過程中，學生學習進行了多元化的評價，分為過程性評價與終結性評價。過程性評價有活動表現評價和活動任務單的完成情況。其中實驗環節和小組活動環節對學生的表現采用的是表現性評價。活動任務單中有學生對文獻閱讀提取信息的記錄，化學實驗設計方案、實驗的過程記錄和分析等。終結性評價主要包括實驗制作產品的結果和項目報告。如表4是過程中摩爾鹽純度檢測實驗學生表現評價表。

學生學習評價的總表如表5所示，教師在表中還針對學生的學習情況給出評語，肯定學生努力的同時給出改進建議。

四、結論

項目實施過程中，學生始終對項目學習保持濃厚的興趣。為了項目學習的成功，每一個環節都表現得很認真。特別是對實驗有了全新的認識。一位學生在后感中寫道：“在測定（NH4）2Fe（SO4）2溶液濃度的時候，我們從不同的角度進行了實驗，認識到了化學學科的靈活性和實際生活中問題的多樣性。對實驗現象的想象和描述也將更加準確。同時，由于現實的復雜性，此后在設計具體流程時，也將更加注意流程的簡單性和可操作性”。

以項目式學習的方式對化學實驗教學進行融合，是一條提升學生實驗探究能力的有效途徑。在項目學習過程中，化學實驗不再是機械的技能性培訓，而是作為學生解決問題的工具。對物質進行分析、合成以及表征等實驗是項目完成要求的必然結果。項目式學習模式能夠有效培養學生科學探究的能力，其中的各個環節對學生實驗探究能力的不同方面具有促進作用，促進學科核心素養的發展。

參考文獻

[1]趙華.高中化學實驗教學的問題與對策[J].化學教育，2013（9）：53-56+63

[2]張瑾，林月環.化學實驗教學的現狀及基于核心素養的策略研究[J].化學教與學，2020（7）：78-81

[3]教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見[J].中華人民共和國國務院公報，2020（8）：74-76

[4] 鄭長龍等編著.化學實驗教學新視野[M].北京：高等教育出版社.2003

[5] 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

[6] Pblworks.org.What is PBL[ EB/OL] .https： //www.pblworks.org/what-is-pbl.2021-05-04

[7]威廉.H.克伯屈著，王建新譯.教育方法原理一教育漫談【美】[M].北京：人民教育出版社.1991術通訊聯系人，E-mail：wangweiqun@suda.edu.cn