基于深度學習的項目式教學設計

葉婷

摘要：隨著我國教育課程改革研究的不斷深入，在真實情境中設計項目式串聯的學習任務，可有效促進深度學習的達成，以落實立德樹人的根本目標。通過設計富氧空氣的混制、測定和應用三個任務，開展項目式教學，將有關氧氣的知識結構化，實現單元復習的深入再探究。

關鍵詞：真實情境;深度學習;項目式教學;單元復習

文章編號：1008-0546（2022）03-0037-04???? 中圖分類號：G632.41???? 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.008

隨著全球化和信息智能化時代的來臨，挖掘青少年的學習潛力，培養21世紀的核心素養人才，成為教育改革的重點。項目式教學順應時代發展的需求，達成深度學習的目標，有利于培養學生的綜合素養[1]。項目式教學是將核心知識情境化，轉化成實際問題，激發學生探索發現、解決問題、學會總結反思的學習過程。項目式的單元復習是手段，育人才是目的與根本。設計利用“富氧空氣”項目對元素化合物主題中的“我們周圍的空氣”模塊，開展復習實踐，通過項目任務對知識進行結構化串聯，在活動中學會動手實踐解決實際問題、分析與表達，促進單元復習的深度學習，而不是舊知翻炒。

一、項目使用說明

本項目是元素化合物“空氣和氧氣”復習課，復習 內容包含課程標準一級主題“身邊的化學物質”中二 級主題“我們周圍的空氣”。學生已經知道氧氣能跟 許多物質發生氧化反應，掌握了氧氣的實驗室制取方 法和利用紅磷測定空氣中氧氣含量的一般方法，本節 課在學生已有的碎片化認知基礎上，結合時政熱點 “富氧空氣”的情境線索，圍繞“富氧空氣”將“制取”“測定”和“應用”串聯，設計項目式復習[2]，項目涉及的 核心知識見圖1。以富氧空氣為載體，達成結構化知 識的應用，形成從化學視角認識、研究及應用物質的 科學方法，突出體現了化學學科價值。

通過對“富氧空氣”的混制、測定及應用等任務解決，對初中“我們周圍的空氣”主題相關知識進行復習，形成全面、系統的知識網，建立學科核心概念與真實情境問題之間的聯系，發展學生證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、社會責任的學科素養，具體目標如下：

（1）通過氧氣性質的復習，實踐排水法收集富氧空氣的實驗，感受化學實驗的重要性，化學對生活、生產起重要的指導作用。

（2）通過氧氣含量測定的實驗探究，能對證據進行加工與整理，依據物質的性質提出實驗創新方案，并予以評價。

（3）通過現代化手持技術精確定量的測定方法，進一步體會定量實驗在化學研究中的重要作用，提升數據處理和從圖像獲取信息及加工信息的能力，能多角度、動態地分析化學變化，拓展學科思維的深度與廣度。

（4）能依據“綠色化學”思想對物質應用的影響進行評價，樹立環保意識，培育社會責任感。（5）運用類比的思想，通過氧氣含量的測定探究密閉容器中二氧化碳含量的測定，學會運用化學知識解決實際問題，樹立低碳環保的社會責任感。

三、項目流程設計

項目以“新冠病毒”治療時所使用到的呼吸機為背景導入，呼吸機中輸出的“富氧空氣”是指氧含量高于空氣中氧含量的混合氣體，其中對患者最有效的成分是氧氣。結合學生提前完成的有關氧氣的思維導圖，對氧氣的來源和消耗進行完善補充，繼而溫習其制取和收集，即任務一探究“富氧空氣”的混制。任務二探究測定“富氧空氣”中氧氣的含量。溫習用紅磷測定空氣中氧氣的含量，演示實驗展示傳感器定量測定變化過程中的溫度和壓強，分析圖像，引導學生結合實驗操作與原理進行分析，提升從圖像獲取有效信息及加工信息的能力。通過實驗數據的處理，學會精確定量計算，提升數據處理的能力，拓展學科思維的深度與廣度。在原實驗的基礎上，學生匯報實驗的創新方案并予以評價。總結耗氧劑的選擇原則，樹立“綠色化學”的思想觀，培育環保意識。任務三“應用富氧空氣”。化學從生活中來，應用回歸于生活，在應用過程中會對環境造成影響，需要學生提出分析與措施，提高學生的社會責任感和環保意識。任務四“測定密閉容器中二氧化碳的含量”。該任務作為班級分層中能力水平較高的學生，引導優生學會由氧氣含量的測定，思考其他氣體含量測定的一般方法和思路。具體教學過程的主線流程見圖2。

四、項目教學實施

本項目在廈門某中學初三年級的多個班級進行實施和改進，效果優良，由于篇幅所限，現展示項目過程中的主要情境、問題和學生活動。

1.任務一：混制“富氧空氣”

【情境導入】從2020年初開始，“新冠肺炎”迅速擴散，牽動著無數人的心弦。輕癥患者一般不需要特殊治療，可對癥進行降溫、吸氧及營養支持等療法。對重癥患者的治療則是系統工程，治療呼吸衰竭使用的是呼吸機。

呼吸機治療是通過機器輔助或者代替人自主的呼吸功能，同時機器給予的氣體含有比大氣含氧量（21%）更高的氧氣含量，并有濕化器增加流通氣體內的濕度，以保護呼吸道粘膜。這種治療方式的目的并非消滅病毒本身，而是通過輔助呼吸功能維持生命，給機體自身的免疫力以及對抗病毒的藥物更多作用的時間。

呼吸機輸出的“富氧空氣”中起主要作用的成分就是氧氣。

【問題驅動】回顧氧氣的化學性質和制取氧氣的方法。

【學生匯報】根據課前制作的思維導圖，見圖3，梳理、匯報氧氣的化學性質。

【任務活動】混制“富氧空氣”。全面了解了制取氧氣的途徑，我們就來試著定量混制一定含量氧氣的“富氧空氣”[3]。

【學生實驗】以小組為單位，排水法收集氧氣含量為60%的“富氧空氣”。實驗后，分享匯報如何定量計算“富氧空氣”所需的純氧和空氣的體積，感受萬用瓶的使用方法。

設計意圖：通過“新冠病毒”的時事情境，引出本節課的主角——“富氧空氣”，提高學生的學習欲望。通過提前復習制作關于氧氣的思維導圖，課上再在學生的認知記憶中補充完善，有效提高課堂效率和元素化合物知識的歸納總結。基于情境突破萬用瓶難點，歸納萬用瓶使用的一般方法和定量研究的意義。

2.任務二：測定“富氧空氣”中氧氣的含量

【問題驅動】按照原理計算收集得到“富氧空氣”，大家覺得這樣收集是否就能得到準確的氧含量為60%的“富氧空氣”呢？如何來驗證其中的氧氣含量。

【項目任務】回顧舊知，講解傳統實驗測定氧氣含量的原理、操作、現象及氣密性檢查方法。

【實驗創新】展示手持技術傳感器測定實驗過程中壓強和溫度的變化。

【數據分析】分析手持技術實驗所得到的圖像，見圖4，利用所學的化學知識解決實際問題，學會遷移應用。

設計意圖：由利用理論計算所得的“富氧空氣”是否準確的問題，深入到密閉容器中氧氣含量的測定，在已有的復習認知基礎上，深度學習定量測定的一般方法和基本原理。在學生梳理匯報時，充分發揮學習共同體的作用，利用課堂生成性資源，提高學生的語言表達的能力，學會從實驗中提取有效數據和有用信息，并進行加工處理。

3.任務三：應用“富氧空氣”

【情景導入】通過多種方法驗證測得密閉空間中氧氣的含量，合格之后就可以廣泛投入醫療、生活、生產中應用。富氧燃燒技術的作用，有效捕捉二氧化碳，有助于實現“碳中和”的全民目標。

【問題驅動】“富氧空氣”的應用造福人類的生活，但是若使用不當，對環境會造成一定的影響，如何提高燃料的使用率呢？展示資料卡片①，見圖5。

【學生匯報】結合圖像全面分析，并思考提高燃料使用率的方法，即在一定范圍內，提高氧氣的含量，使燃料充分燃燒，實現“綠色化學”。

設計意圖：通過資料卡片中圖像的分析和對比，提高學生獲取信息和表達的能力，學會合理利用身邊的化學物質，樹立“綠色化學”的思想觀和社會責任感。

4.任務四：測定密閉容器中二氧化碳的體積分數

【問題驅動】分層教學，對于能力較強的學生，可深入分析，類比氧氣含量的測定方法，閱讀資料卡片②，見圖6，思考密閉容器中其他氣體（如二氧化碳等）的體積分數如何計算？

【分層匯報】類比氧氣含量測定的方法，原理是使密閉容器中壓強減小，充分消耗氣體，利用轉化的思想，加入的20% NaOH溶液和倒流的水的體積即為CO2的體積。 故先減小裝置壓強（降溫），再消耗氣體（氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳），測量倒流的液體體積（氫氧化鈉溶液的體積），即可定量計算出氣體的含量。

設計意圖：總復習課堂的實施目的在于基于學生的認知水平解決問題，故課堂需要因材施教、分層教學。

5.項目教學小結

通過對“富氧空氣”的混制、測定和應用一系列探究，對氣體制取、收集、測定與應用進行了知識整合，設計結構化板書，見圖7，使我們對氧氣和空氣的認知更加深刻。在防疫期間，我們能做的就是科學的支持和配合。 也相信在不久的將來，全球更多的“新冠病毒”患者能得到更好的治療，早日痊愈，所有的一切慢慢回歸正軌，一切都會越來越好。

五、項目教學效果

本項目圍繞新冠疫情呼吸機中“富氧空氣”展開，設計不同的活動任務，達成核心概念的復習。在簡單碎片化知識的基礎上，整合單元整體內容，并在活動中提升學生素養和方法。 引入手持技術壓強和溫度傳感器的使用，在真實情境下，完成項目學習，使學生更直觀地感受曲線的變化，進一步體會定量實驗在化學研究中的重要作用，提升數據處理和從圖像獲取信息及加工信息的能力，能多角度、動態地分析化學變化，拓展學科思維的深度與廣度。 學生在提出問題、解決問題以及尋找答案的過程中，獲取知識、有效運用知識。學生通過實驗、討論、匯報等多種學習方式，有深度地達成項目式學習任務。

不足之處：課堂圍繞三個活動任務展開，復習容量充實。其中設計的任務四：測定某容器中二氧化碳雜質的體積分數，未能全面展開。若提高課堂效度情況下，可安排 A層學生探究完成任務四，B層學生完成課堂檢測中基礎習題，如此可在原氧氣含量的測定實驗，上升至密閉容器中某氣體含量測定的一般方法歸納。

參考文獻

[1] 李雪萍.基于深度學習的高中化學項目式教學的應用研究[D].成都：四川師范大學，2020.

[2] 武衍杰，江合佩，楊伏勇.基于化學教學內容“結構化”的項目式教學——以“人工固碳”為例[J].化學教學，2021，（3）：44-50.

[3] 王順利.新學習情境在專題復習課中的應用探索——以“富氧空氣”為例[J].化學教與學，2019（7）：53-55.

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