基于職業生涯教育的學科項目化學習教學實踐

劉瑤瑤

摘要：本項目學生以化學工程師的身份圍繞“如何選擇化學反應和適宜條件實現化學品工業化生產？”這一驅動性問題展開研究。學生以人工固氮切入，梳理人工固氮探索歷程，提煉思維方式，將成果遷移到其他化學品生產中，總結設計化學反應解決工業生產實際問題基本思路，建構該類問題思維模型。通過該項目學生從不同視角認識化學反應，建立變化觀和平衡觀；了解化工產品的生產及其工藝特點，認識化工生產過程對環境可持續發展的影響，形成工程思維。全面發展了化學學科核心素養，滲透職業生涯教育。

關鍵詞：高中化學；學科項目化學習；核心素養；生涯教育；化學反應調控

文章編號：1008-0546（2022）12-0030-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.12.008

一、項目背景與開展意義

隨著“雙新”改革全面實施，教育研究者對新的教與學模式的研究也接踵而至，成果不勝枚舉。其中項目化學習強調學生在真實情境下知識的學習、技能的提升、困惑的解答、觀點的表達、思維的形成等過程，往往給學生更多挑戰空間、更多學習實踐、更注重知識的遷移，更符合普通高中教育的培養目標。[1]這也正是高中職業生涯教育的必備條件，可提高高中生對化學相關職業特點、職業生活、職業思維的認知能力，促進其對職業意識、職業理想、職業能力的發展，這也與人教版普通高中教科書中“化學與職業”欄目的編寫意圖相輔相成。[2]不乏教育者認為項目化學習模式、職業生涯教育對傳統教學有較大沖擊，選擇只在活動、拓展或興趣課程中開展，但卻沒有解決學生學科素養培養中關鍵問題。事實上，項目化學習與傳統講授式教學的培養目標具有一致性。以做真項為目的，在學科教學中開展項目化學習更利于學生對學科關鍵知識的理解、關鍵能力的提升、必備品格的形成。[3]

二、項目選擇與目標制定

本項目選自人教版高中化學教科書選擇性必修1的第二章，筆者依據新課程標準自上而下尋找真實情境帶領學生展開項目。課標在該模塊中的素養水平要求指向“變化觀念與平衡思想”和“證據推理與模型認知”。內容要求指出要求學生知道化學反應是有方向的，知道化學反應的方向與反應的焓變和熵變有關；能運用溫度濃度壓強和催化劑對化學反應速率的影響規律，解釋生產生活實驗室中的實際問題，能討論化學反應條件的選擇和優化，針對典型案例，能從限度速率等角度對化學反應和化工生產條件進行綜合分析。[4]

新課程標準明確了普通高中教育的定位，強調了高中教育既要為學生高等教育做準備，也要為學生適應社會生活和職業發展做準備。人教版普通高中教科書中增設了教材欄目“化學與職業”，該欄目的設立的目的便是通過相應的職業情境，讓高中生了解化學相關職業，增強學生社會責任感，為其進一步發展奠定基礎。化學工程師這一職業是能夠利用化工技能來解決各種生活、社會、環境等相關問題的專業技術人才。若以該身份的視角創設化學品工業生產中問題解決情境具有真實性、復雜性和挑戰性。

綜上，該項目是指向學科大概念變化觀、平衡觀的學科項目化學習教學實踐案例，涉及的核心知識有化學反應方向的判斷與調控、化學反應速率的影響因素、化學平衡的影響因素、化學反應的綜合調控。[5]驅動性問題為：“諸多化學品的工業生產具有發展歷程艱難，生產流程復雜，生產設備龐大，生產條件苛刻，涉及的化學反應的調控十分復雜的特點。如果你是化學工程師，在真實的化學品工業生產中需要從哪些角度綜合考慮影響因素并選擇化學反應和適宜條件實現化學品的工業化生產呢？”。項目目標是學生通過重溫人工固氮發展歷程，展望發展前景，基于已有案例進行研究，體會研究過程，關注研究前沿，更深刻地體會科學研究的思路和方法；通過探討人工固氮中反應的選擇和適宜條件的優化，靈活應用反應的焓變、熵變、化學平衡和速率等相關化學反應原理解決實際問題，體會化學反應原理的應用價值；形成從物質轉化以及反應的方向、限度、快慢等多個角度綜合分析、調控化學反應，解決工業生產實際問題的基本思路。通過對其他化學品的工業化生產實例的分析和研討，收集各種數據，并依據數據做出分析，用具有說服力的語言表達自己的觀點，形成科學、合理的研究報告，并結合生產實際綜合考慮影響因素，對比理論分析一實驗室研究一工業化生產三者實踐過程中的差異性，總結經驗，形成工程思維以提高解決實際問題能力，提升環保意識，這也是本項目的評價目標。

三、項目設計與計劃擬定

1．成果交流、學習實踐設計與評價

（1）調研成果

①個人調研成果：梳理人工固氮探索里程碑，總結人工固氮反應選擇的理論依據，繪制思維導圖；探討工業合成氨反應的綜合調控，結合項目活動1，總結設計化學反應解決實際問題基本思路，形成思維導圖；結合項目活動1、2，自主選擇工業生產實例，研究理論分析如何轉向實際工業生產，形成差異對比分析導圖。

②團隊調研成果：撰寫研究報告、制作PPT、匯報展示等。

（2）學習實踐：探究性實踐、調控性實踐、技術性實踐

（3）調研成果及學習實踐評價：調研成果評價利用高考試題進行紙筆測驗，同時制定評價量規（見表1、表2）進行表現性評價。學習實踐評價制定評價量規進行表現性評價（見表3）。

2．擬定項目實施計劃

第一周為人項活動，師生共讀教材47頁“科學·技術·社會”欄目，初步了解合成氨的實驗室研究與工業化生產。在此基礎之上，學生將討論的范圍擴大到人工固氮，繼續搜集、整理資料，總結科學家實現人工固氮的歷程和方法，并依據教師提供的KWH表提出問題開展前期調研，學生列出問題清單，進行項目解構，形成初步項目研究思路，制定項目實施計劃（見表3）。組內分工維度為資料整理搜集、制定研究思路、制作課件、撰寫報告、匯報展示等。陸續開展三個項目活動，解決以下三個子問題，形成個人及團隊成果，經過評價、評論、修訂、反思后出項。

四、項目實施與形成成果

1．探索與形成成果

項目開展過程中學生有時研究思路不清，面對具有挑戰性的問題時會無從下手，故在整個項目學習過程中教師指導尤為關鍵，針對學生困難教師分別在核心知識、認知策略、學科能力、學習素養和資源相應方面提供了相應學習支架，及時幫助學生拆解問題，理清研究思路，保證持續開展項目。學生結合學習支架探索形成個人成果并通過虛擬學習空間和線下混合方式進行交流研討形成團隊成果。

項目活動1中教師引導學生思考：“科學家們從哪些角度思考并嘗試了哪些方法進行人工固氮？各有哪些特點？科學家們最終選擇利用氮氣和氫氣合成氨的主要依據是什么？”。學生依據支架梳理出了科學家及工程師對人工固氮的研究歷程，從中總結出了科學家從元素化合價和物質類別角度進行物質制備反應的猜想，依據化學反應的AG和經濟成本、設備等問題進行選擇。項目活動2中教師引導學生思考：“如果你是工程師，你要如何調控工業合成氨[N2（g）+3H3（g）=2NH3（g）]的反應？小組間進行討論交流，匯報選擇依據及問題解決思路。可分別從①利用化學平衡移動的知識分析什么條件有利于氨的合成？②探討可以通過哪些反應條件來提高合成氨反應的速率？③從速率和平衡兩個角度嘗試探討和總結合成氨生產適宜條件的選擇？還可以在哪些方面作出改進？④總結設計化學反應解決實際問題基本思路是怎樣的？”。通過小組合作學習學生以工程師的視角分別從速率和平衡兩個角度依據相關資料對化學反應適宜條件（例如溫度、濃度、壓強、催化劑等條件）做出了選擇并對選擇依據加以說明，并發現了反應條件對化學品的實際工業生產的速率和平衡的影響是矛盾的，但小組內學習很難實現設計化學反應解決實際問題基本思路的總結。項目活動3學生選取工業制備硫酸、甲醇、二甲醚、乙烯等實例，通過查閱資料，通過閱讀高難度博士、碩士論文，結合大量數據圖表，研究了相應生產工藝流程、設備、化學反應的選擇、化學反應適宜條件的優化，并將其與工業合成氨進行對比，總結出了單平衡體系和多平衡體系反應條件選擇的差異性以及催化劑在化學品工業化生產中的關鍵作用。

2．成果評論與修訂

師生共同評論與修訂三個項目活動小組成果。對于項目活動1，基于學生研究成果教師繼續提供學習支架引導學生思考：“對于△H>0，△S>0的反應，因為高溫無法應用于物質制備或者工業生產了嗎？高溫問題能否解決？對于△H>0．△S<0的反應就一定無法應用于物質制備或者工業生產了嗎？”等問題。基于研討學生對化學反應的選擇理論依據做出補充，指明了化學品工業生產化學反應的選擇的理論依據是△G和化學平衡常數，事實依據是生產效率，經濟效益等，并對化學反應進行的方向的判斷方法加以肯定，拓展了利用反應的耦合實現將原本非自發進行的化學反應以新的途徑用于物質制備和工業生產。學生對化學動力學原理有了深入理解，打破了原有思維的束縛，在復雜的實際問題解決面前學會利用反應耦合原理解決工業生產的實際問題，高階思維帶動低階思維，提升了問題解決能力。項目活動2的評論與修訂中，教師首先引導學生對速率和平衡對化學反應的影響出現矛盾時，當理論分析和工業生產實際產生矛盾時，我們應該怎么做？這一問題進行交流研討，之后再嘗試總結設計化學反應解決實際問題基本思路。通過組間的思維碰撞，學生共同對成果做出補充：“當速率和平衡、理論分析與工業生產實際矛盾時，從實際生產成本、經濟效益、社會效益出發做出選擇，一般選擇適當加快化學反應速率。”結合項目活動1學生從物質轉化以及反應的方向、限度、快慢等多個角度綜合分析、調控化學反應，初步總結出解決工業生產實際問題的基本思路，概括為熱力學可行、動力學有利。同時學生也了解了氨的工業生產實現過程中需要解決的問題困難重重，但科學家和工程師們通過不懈的努力和勇于探索、敢為人先的科學精神攻克難關實現氨的工業生產的艱難歷程。項目活動3的開展對學生而言難度較大，教師通過線上、線下相結合的方式為學生提供學習支架，引導學生對比合成氨與選取生產實例的差異，多平衡體系中應重點考慮的因素等問題進行思考，并在評論修訂中加以補充，形成較為完整的解決實現化學品工業生產這一問題的基本思路（如圖1）。還在研究成果基礎之上引導學生結合工業合成氨，梳理化學品工業生產的理論分析與實驗室研究、工業生產一般差異，并說明理論研究如何轉向實際工業生產，形成差異對比分析圖（見圖1）。

3．成果及學習實踐評價

師生依據評價量規對各小組研究成果進行評價打分，選取排名前3的小組成果及逆行評論修訂和公開展示。

五、項目反思與總結

項目化學習開展尾聲階段，各項目組從成果評價中吸取經驗，進行成果完善，結合小組間評價進行自我反思。主要從項目方案、分工的制定、實施過程中成員參與程度、突破性進展及成果、展示階段的表現、交流展示后的成果再修訂等方面進行自我評價，對自己的感知、記憶、思維等認知活動本身的再感知、再記憶、再思維，實現學生對認知的認知。

六、教學反思

本項目的開展是在學科教學中滲透職業生涯教育，以人工固氮切人，探討化學品的工業化生產，使學生處于看似不同卻又相同的一系列的真實問題解決情境中，旨在促進學生深度學習。在項目開展過程中，學生對化學反應速率及平衡、化學反應調控等學科大概念有了深度的理解，能夠運用相關知識解決實際問題，并且可以將知識進行遷移應用；學生的發現問題、分析問題、解決問題能力，數據圖表處理能力，決策、判斷、表達能力，歸納總結能力等都有很大程度的提高；學生對化學工程師這一職業有了新的認識，或是充滿敬意和崇拜，或是感嘆他們的創新、創造帶給人類的福音。總結來說，該項目的開展在滲透職業教育的同時促進了學生核心素養的發展，為促進學生成為德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人起到了積極作用。

參考文獻

[1]夏雪梅．在學科中進行項目化學習：學生視角[J]．全球教育展望，2019，48（2）：83-94.

[2] 張楊．中學物理教材中職業生涯教育內容的建構[D].武漢：華中師范大學，2015．

[3] 夏雪梅．學科項目化學習設計：融通學科素養和跨學科素養[J]．人民教育，2018 （1）：61-66.

[4]中華人民共和國教育部．普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[5]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心．普通高中教科書·化學選擇性必修I[M]．北京：人民教育出版社，2020.