智慧教學環境下項目式學習案例的設計
——以氮的固定為例

林輝煌 福建省泉州市洛江區教師進修學校

項目式學習的實施需要學生積極參與、自主探究，在學習過程中形成自主性、創造性。現今隨著科技的迅猛發展，智慧教學環境已經逐步走入絕大多數的學校。智慧教學環境下項目式學習的應用，為學生提供了自主學習的機會和平臺，有利于激發學生的求知欲，提高學習興趣，促進學生跨學科思維的融合；學習內容貼近生活實際，有利于培養學生解決問題的能力和創新意識；因其設計模式、設計流程，總體上有利于培養具有綜合素質的人才。同時，項目式教學活動的開展，還可為教育評價的開展與完善創造良好的條件，對提升教育評價的全面性、針對性有積極幫助。基于以上優點，開展智慧教學環境下項目式學習案例就很有意義。

一、背景介紹

（一）智慧教學環境介紹

信息技術2.0背景下的智慧教學環境是一種集移動終端、多媒體、網絡、電子白板等功能于一體的新型教學方式。該技術能通過對課堂中各類學習資源的整合，實現個性化學習。它能最大限度地將多媒體資源、電子白板、作業管理系統等融為一體，實現對傳統教學手段的整合優化，能有效利用各種互聯網學習工具幫助學生自主解決問題，合作探究學習。它的智慧課堂不僅支持在線直播，還支持線下互動授課以及移動端實時學習和測評。

在課程設計中，學生可根據自己的需要進行自主學習。基于此特點，通過酷蒙課堂平臺開發出的各種智能互動課程與資源來實現高效課堂。

泉州市奕聰中學在黃奕聰慈善教育基金會的大力支持下，于2021 年5 月和北京四中網校平臺進行簽約。依托北京四中先進的教育教學理念，充分利用北京四中網校海量優質的教學資源，借助信息技術手段，構建智慧教學環境。

（二）項目式學習

項目式學習是一種動態學習方法，是一種以解決實際問題為導向的學習方式，通過創設真實情境或任務讓學生自主選擇項目來完成，并通過多種途徑和方法來解決問題，從而在此過程中獲得對知識與技能深刻的領悟和掌握。其過程是基于項目化的實踐活動，項目是基于情境的解決問題的活動。將知識內容與學習問題相融合，學生通過項目式學習方法自主學習、合作探究，在解決實際問題中獲得發展。通過學生自主研究，基于證據導向，獨立或者合作完成項目，實現教師主導下的合作，促進學生個性發展。

項目式學習在美國已經在中小學教學中得到了較為普遍的應用推廣，在一定程度上鍛煉了中小學生的創造力、動手實踐能力、計劃和執行項目的能力以及團隊合作力、領導力。但該教學模式在我國中小學教育中尚未普及，然而隨著教學改革的不斷推進以及素質教育的深入，項目式學習的優勢逐漸受到了教育界的關注和認可，并開始有意識地在中小學教育中推廣使用。

二、教學設計

（一）設計思路

基于以上技術支持和理論支撐，我設計了一個以江蘇鳳凰教育出版社普通高中教科書《化學必修第二冊》專題7 第一單元“氮的固定”的內容。該課時知識把自然現象、化學變化、人類生存需要、社會可持續發展等進行了融合，充分體現了化學源于人類生活、服務于人類發展的特點，有利于學生認識到化學是真實的、化學是有用的。既強調化學科學在造福人類、提高人類生存質量方面的重要作用，又指出要維護生態平衡，科學應用化學科學，形成可持續發展的理念。

（二）教學步驟和形式

圖1

1.課前準備

利用平板推送一系列資料，讓學生利用課余時間收集整理哈伯的相關文字介紹和視頻，掌握人工固氮的意義和對哈伯此人的評價。因為目前高中生課余時間相對較少，如果完全讓學生進行自主收集和整理材料，會浪費許多時間，有一些學生在上網收集材料之時，會做一些與材料收集和整理無關的事，因此教師可以直接幫學生收集好一大堆的資料，讓他們自主選擇，整理一些他們認為有用的信息，可以大大節約時間成本，并且還可以提升他們的閱讀能力和信息提取能力。

2.任務一：如何提高糧食產量

【課堂引入】民以食為天。得天獨厚的自然條件和地理環境孕育了中華民族以農耕為主體的經濟形態。農業在封建社會中占據主導地位，農業生產直接關系國家興衰、人民生計。縱觀古代王朝的更替，都與農業、糧食的產量息息相關。今天我們一起來穿越時空，回到古代，做一名農夫，那么你會用什么辦法使糧食增產呢？請同學們討論，并將你們的見解寫在學案上，并拍照上傳到平臺中。

【學生討論】分組討論

【成果展示】教師平板，翻閱并展示五個同學的答案。請同學們加以點評。

【學生成果】①合理密植；②因地制宜，種植適合生長的作物；③開墾荒地；④改進農具，采用機械化生產；⑤興修水利；⑥合理施肥（有機肥、化肥）。

【互相點評】討論結果中大家談到了各種讓糧食增產的好方法，但許多同學沒有把自己放在古代封建社會這個特定的歷史環境中去思考，而是采用我們現代人的思維去解決問題，比如機械生產、氮肥等就是現代化生產，這就超越了當時的生產力水平。

【過渡】翻看了許多同學的反饋，都有提到多使用肥料。古代施肥用的是人畜糞便的有機肥，但在現代社會里我們更多使用的是化肥、氮肥，充足的氮可以使植物枝葉繁茂，葉片增大，增強光合作用，促進氨基酸和蛋白質的形成，進而提高農作物的產量。所以，在人類社會進步中，知識的力量是無窮盡的，科學技術是第一生產力。

3.任務二：氮的固定

那么，可以讓糧食增產的氮肥中氮在哪里？又有什么樣的性質呢？請同學們閱讀課本32 頁的知識，完成學案中任務二的三個問題。

問題1：氮存在于哪里？

問題2：書寫氮氣的電子式和結構式

問題3：氮氣的性質和用途

【學生閱讀填寫學案】

【計時器啟動3分鐘】

【拍照點評】隨機點名，讓學生點評其他同學的答案，并匯報本組的成果。

【成果展示】①主要以游離態形式存在空氣中，還有一些化合態存在于地殼巖石中，等等。氮的固氮包括自然固氮和人工固氮兩種方式，其中自然固氮分為高能固氮和生物固氮。②電子式為∶N??N ∶結構式為③性質穩定，可以與鎂反應。因為它很穩定，所以經常作為填充氣；因為其熔沸點低，常做制冷劑。還可以用來做化肥等。

【設疑】那么，生物體能否吸收這些游離態的氮呢？

【圖片顯示】這是一張豆科植物的根莖圖片，這里有一些根瘤，里面有根瘤菌，它們可以直接吸收空氣中的氮氣，轉化為自身的養分，這個過程我們稱其為氮的固定。這種利用動植物將游離態的氮轉化為化合態氮的過程，稱為生物固氮，占自然固氮的90%。然而，絕大多數的植物并沒有這個功能，那么它們是靠什么來吸收氮的呢？有句諺語叫“雷雨發莊稼”。我們來模擬一下這個過程，近距離感受雷電帶來的秘密。那么在這之前，先來認識兩種氮的氧化物，他們是NO和NO2。

【展示NO】用平板直播展示

【演示與氧氣反應，與水反應的過程】①將一瓶裝約20%水和80%NO 的圓底燒瓶，展示給學生觀看。在毒氣櫥窗中，將其瓶塞打開，觀察實驗現象，隨機點名讓學生來描述現象。

②待整瓶都充滿紅棕色氣體后，塞上瓶塞，振蕩燒瓶，觀察現象，并隨機點名讓學生描述現象。

【課件展示】對比NO和NO2的性質表格。

【學生活動】分析表格信息，思考并理解實驗內容。

【過渡】有了以上的信息，我們接下來就來模擬閃電固氮的過程。

4.任務三：實驗模擬閃電固氮

我們通過實驗來模擬“雷雨發莊稼”這個過程，近距離感受雷電帶來的秘密。

【分組實驗】模擬閃電固氮（實驗裝置見圖2）

圖2 模擬閃電固氮裝置

【實驗步驟】①取2 張濕潤的pH 試紙，分別粘貼在圓形玻璃罩的內側和外側；②放好橡膠圈，按下電源鍵；③在玻璃罩外放上一張白色紙張，觀察現象。

【思考問題】①玻璃罩里有什么？②看到的現象說明生成了什么？③對比內外兩側pH試紙說明什么？④寫出玻璃罩內發生反應的化學方程式。

【成果展示】用平板錄制學生實驗過程和現象，上傳平臺以分享實驗歷程和結論。①玻璃罩內罩著一些空氣，主要成分是氮氣和氧氣。②看到放電一段時間后，出現紅棕色氣體。玻璃罩里面的pH試紙變紅。③玻璃罩外的pH試紙沒有變化，罩內的變紅，說明生成了酸性物質。④三個反應過程方程式，請同學們自行推導。

【搶答】通過平板搶答，讓學生講解第三個方程式NO2與水反應的配平方法。

5.任務四：人工固氮

【過渡】然而，僅靠自然界的生物固氮和高能固氮，遠遠不能滿足農業生產氮肥的需求。世界上各個國家都對比進行了研究，看看能否利用人工的力量，將空氣中游離態氮氣轉化為植物可以吸收的氮，這個過程稱為人工固氮。

可喜的是，這個難題被哈伯的科學家搞定了。請閱讀課本的35頁，完成哈伯固氮的化學方程式的書寫。

【總結】氮的循環

【搶答】根據教材37 頁圖7-7 氮元素在自然界中的循環，你能說出今天所學的內容有哪些嗎？

【學生活動】搶到機會的學生說出自己記憶深刻的內容，最后再相互補充完整。

歸納總結：從氮的發現到合成氮工業的成功，植物生長有了足夠的氮肥，實現了土地的精耕細作，提高了糧食的產量，也改變了世界糧食生產的歷史，人類得以豐衣足食。從封建社會的人畜糞便到工業社會的氮肥，人類利用科技的力量不斷進步，希望同學們學有所用、學以致用。

【課堂練習】通過平板推送課堂練習3 道選擇題，分別涉及氮的存在、氮的固定以及氮氣的用途。1 道填空題，涉及氮的結構、合成氨化學方程式的書寫、氮氧化物的轉化。

【課后作業】通過平板發布任務，學生完成對應的課時練習題。通過平板作業進行批改，可以詳細了解到每個學生的學習情況，尤其可以詳細了解需要特別關注的學生的學習情況。平板可以記錄學生的書寫軌跡，教師可以通過學生書寫過程了解學生的思考過程。

三、教育評價

本案例的項目中，學生可以選擇其他材料或解決方法來解決問題，如氮的固定、氮氧化物性質比較等。在這些項目中，有些項目需要學生親自動手做實驗；有些項目需要學生在網絡上提前查找資料，如本課中哈伯的相關介紹；還有些項目具有一定的挑戰性，如創新實驗，并由此得到相應的結論。

（一）優點

首先，本案例要求學生通過自主探究及合作學習的方式，解決生活中遇到的實際問題。

其次，穿越場景的項目活動還要求學生培養發現生活中新問題的能力，與歷史、地理、通用技術等學科進行融合，促進學生的全面發展。

再次，在項目式學習活動中，讓學生親身經歷科學探究過程，與同學交流實驗探究的成果，經歷科學探究成功的喜悅，從而激發學生對科學研究的興趣，培養學生熱愛科學實驗、樂于動手實踐和創新精神，形成嚴謹求實的科學態度，形成利用化學所學參與有關問題解決的社會責任意識，最終落實學生的實驗科學探究與創新意識、科學態度與社會責任的核心素養。

（二）不足之處

首先，對學生的學情認知情況了解不夠。關于本課學習，學生在初中學習中僅接觸到空氣中氮的成分占78%，知識儲備很少，再加上學生缺乏生活經驗，未能將知識點與生活聯系起來，不利于學生對知識的理解。

其次，在課堂上的互動方面存在時間不足問題。互動點評時，不能把所有學生的成果進行瀏覽，只能利用課余時間再將其補充完整。

再次，本案例雖然設計了創新實驗，因為場地的原因，沒有讓每個學生都參與其中，導致活動缺少趣味性，且不能調動全員積極性。

在項目式學習背景下，學生作為學習主體，在項目活動中表現出了極大的主動性、創造性和自主性。在智慧教室的軟硬件支持下，課堂上可以讓每一個學生都積極參與，極大地提高了學習興趣。基于知識內容而設計項目式學習是一種較為科學、有效、符合課程標準要求的教學模式，其核心在于讓學生通過活動去獲取知識、發展思維，進而激發學生在進行探究活動時產生興趣、參與意識和創造精神。