科學微項目化學習驅動性問題的設計與實施

摘 要： 微項目化學習基于真實情境，生發驅動性問題，在問題解決中建構概念，發展遷移、創新思維。學習過程中具有真實性、進階性、挑戰性的驅動性問題的設計是關鍵。依托若干個微項目案例，闡述初中科學課堂教學中驅動性問題的設計思路、實施策略及實踐反思，以期對指向核心概念的科學微項目化學習有所啟示。

關鍵詞： 驅動性問題; 核心概念; 微項目; 初中科學

文章編號： 10056629（2024）12003106

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）實施以來，項目化學習成為發展科學核心素養的重要的課堂教學方式之一。項目化學習有不同的課程樣態，從小到大可分為：微項目化學習、學科項目化學習、跨學科項目化學習、超學科項目化學習［1］。微項目化學習是指以不改變課時為前提，為學生提供15～20分鐘的時長段或分段性項目任務，是一種可操作性較強的短課時項目。它的核心價值取向和設計思路與其他課程樣態是一樣的，但由于一節課很難進行完整設計，通常只取其中的驅動性問題、探究性實踐、社會性實踐這幾個要素［2］。驅動性問題需要聯系學生的生活經驗和原有認識，引導學生共情入境，鼓勵學生積極尋找問題的解決方案并作出計劃，持續開展探究，實現深度學習。

我們通過問卷星對初中科學教師開展“我對項目化學習驅動性問題的認識”的調查，發現“沒有合適的驅動性問題”是開展科學項目化學習的主要阻礙之一。同時，情境素材太少且零散，無法科學表達是設計驅動性問題的難點。因此，探討“如何設計高質量的驅動性問題”“如何開展基于驅動性問題的課堂教學”等問題，對當前持續、深度地推進項目化學習，促進核心概念的理解和建構具有一定的現實意義。

1 驅動性問題的設計思路

項目化學習應有一個指向長期學習效果的實施框架。本文以低結構問題驅動學生探索（L），教師高結構的指導/練習（H）作為微項目化學習實施的框架結構［3］。驅動性問題應處于學生的最近發展區，順應各階段的學習軌跡。它能統攝若干子問題，層層推進，由淺入深地引出指向核心概念的任務群，如圖1所示。

因此，驅動性問題并不是湊合散點的情境，也不是簡單地提出問題，而是一段促進學生建構核心概念的認知序列。它需要一套科學嚴謹的設計思路，如圖2所示。

1.1 確定核心概念

項目化學習中關于概念性知識的學習，本質都是核心概念的再建構。學生在新情境中思維遷移，運用核心概念，發展素養是每個項目的目標［4］。“課標”給出了13個核心概念和4個跨學科概念［5］。確定微項目學習的核心概念，解構學習內容與要求、學業要求，才能形成課堂教學的具體素養發展目標。

以九年級上冊第2章第2節“探究鐵釘銹蝕”為例，教材意在以“鐵”為磚，引出金屬的銹蝕條件及防銹方法，隱含了由特殊到一般的遷移思維。因此，本節課的教學目標是以鐵的化學性質為主線，探究鐵銹蝕的條件及現象，以此制作暖貼，引導學生從不同角度看待金屬銹蝕，喚起社會責任，具體見表1。

再以九年級上冊第一章“酸堿鹽復習”為例，涉及的概念較多，內容跨度較大。筆者認為，從微觀的角度提煉反應的本質，歸納反應的變化規律，進行演繹應用，才能幫助學生構建物質間的轉化關系網絡。因此，本節課的教學目標是學生能根據不同的現象，猜測離子的存在，選擇合適的試劑檢驗離子并除去雜質離子，形成物質的結構、性質與用途的知識網絡，更好地服務于化工技術，具體見表2。

1.2 預設項目化學習成果

根據逆向思維，以項目成果為目標能激勵學生持續探究。美國巴克教育研究院開發了PBL項目庫，安德魯·米勒依據項目成果的導向作用將驅動性問題分為三類：哲學/爭議導向、產品導向與角色導向［6］；而從功能上，驅動性問題又可以分為探究型驅動性問題和解釋型驅動性問題［7］。為了包容不同類型學生的學習差異，可以用不同的方法、實踐和成果回應驅動性問題。基于問題情境，一個驅動性問題有很多可能的成果，也有很多種成果的表現形式。夏雪梅將其分為兩大類：強調“做和表現”的制作表現類和強調“說和寫”的解釋說明類。這兩類成果可以同時產生，共同指向核心問題的解決和核心知識的深度理解，也可以單獨產生［8］。

比如制作一個暖寶寶就是屬于制作表現類成果，從材料的選擇與配比可以直接體現學生對“鐵銹蝕的條件與現象”核心知識的理解，但在制作之前也需要學生基于證據進行推理，通過與“測量空氣中氧氣的體積分數實驗”對比論證，建立“測定某一氣體體積”的實驗模型等一系列實踐活動來解釋暖寶寶為什么能快速發熱，以及怎樣控制放熱速度形成一份解釋說明書。而像設計廢液成分的鑒定方案，或已知廢液成分后設計除雜回收氯化鈉的方案這些項目化學習過程中生成的佐證材料則可以通過文本或口頭報告展示出來，形成單獨的解釋說明類成果。

1.3 提出微項目驅動性問題

驅動性問題的提出或發生，是依賴于合適的學習情境。學習情境的創設應基于教材、學習目標及預設成果，可以是真實生活情境，也可以是虛擬環境，但所指向的核心概念和技能是真實的，解決問題的思維方法可以是遷移的。我們制定驅動性問題表達的框架為“情境+主體+指向+行動+目的”，如圖3所示。

比如，為建構“金屬的化學性質與用途”的概念體系，以探究生活中暖寶寶貼、暖手寶、蒸汽眼罩等工作原理為情境，驅動性問題表達為：為了應對寒冷的冬天，我們如何利用鐵粉、食鹽、活性炭和水制作一個暖貼，并設計一份使用說明。再比如，為系統建構“酸堿鹽的性質”，以驗證堿的性質實驗操作后產生的廢液為情境，驅動性問題表達為：假如你是一名實驗員，面對研究堿的性質實驗后產生的廢液，你會怎樣驗證廢液的離子成分并設計一個廢液回收處理方案。

類似課例還有如建構“人的呼吸系統”時，以肺炎病人肺部功能受損為情境，驅動性問題表達為：假如你是一位醫療器械設計師，你如何為肺炎患者設計替代裝置？為建構“物質的運動與相互作用”這一核心概念下“光的傳播”規律，以菲律賓馬尼拉貧民窟很多人家因為沒有窗戶，白天屋子中的光線非常差為背景，驅動性問題表達為：基于貧民窟房子采光差的現實，我們如何設計照明方案，達到低成本、高效果、安全、防水、美觀等要求，以保障居民的正常生活。

1.4 設計進階性子問題

各環節的子問題其實就是為解決驅動性問題而搭建的支架，它們環環相扣，逐級進階。高效的微項目化學習要求每個子問題指向的概念要清晰準確，其往往包含四個任務：創設問題情境，指向核心概念；結合已有經驗，關聯核心概念；開展探究實踐，建構核心概念；解決實際問題，深化核心概念。

要制作一個暖貼并設計使用說明，屬于產品導向的探究型驅動性問題，需要以下四個子任務作支架，如圖4所示。

利用廢液處理情境復習酸堿鹽知識，為此，設計了一個角色導向的解釋型驅動性問題，具體的任務支架如圖5所示。

2 驅動性問題的實施策略

課堂教學中的驅動性問題是推動項目進行的關鍵，通過對其子問題的進階解決，逐步建構核心概念，

逐漸達成素養發展的目標。基于驅動性問題的課堂教學往往需要經歷以下四個主要環節：驅動性問題引領、二次表征驅動性問題、解決分解的問題鏈并完成項目、體現過程與結果的項目評價。學科知識是科學思維發展的載體，科學思維應隨著學科知識的深入學習而得到同步發展，學科知識的掌握情況也是科學思維目標達成度的檢驗［9］。而科學思維總是體現在一定的活動過程中，問題解決是科學思維活動的普遍形式［10］。因此，指向核心概念的項目化學習應當以思維培養為核心目標，輻射到其他素養發展，以此來整合多維素養的協同發展。我們發現不同導向與性質的驅動性問題在實施過程中能夠培養學生不同的思維方式。

2.1 以問題的二次表征顯化思維進階歷程

驅動性問題具有一定的復雜性，我們需要將問題解決過程中的問題重新表征，拆解為問題解決者能夠理解的若干逐級進階的問題鏈，以顯化思維進階歷程。

以暖貼的制作微項目為例，采用探究教學策略，由“如何利用鐵粉、食鹽、活性炭、水、無紡布等材料制作一個暖貼，并設計一份使用說明”驅動整體項目的開展，再通過“探究發熱原理→了解如何快速發熱→動手制作暖貼并設計使用說明→遷移金屬銹蝕的應用與危害及如何防銹”構成的進階問題鏈，生發四個外顯化任務群，具體實施策略如表3所示。

2.2 以問題的分析解決建構概念網絡體系

學生通過任務群及問題鏈的啟發，主動分析問題、解決問題，逐步關聯和聯結知識形成網絡體系，并建構某一類問題的解決模型。

處理廢液微項目作為一堂復習課，除了需要有核心概念的回顧與應用，還需要總結提煉出一套物質檢驗與除雜的模型。本節課采用“歸納·演繹”模式設計驅動性問題與任務群，教師不斷用問題激活學生的前概念，啟發構建檢驗與除雜的思維模型，具體實施過程見圖6。

2.3 以問題的迭代升級導向概念的遷移應用

在以“工程設計與物化”為核心概念引領下的微項目化學習，除了涉及產品的迭代更新也可以是思維的遷移應用。為遷移應用氣體除雜相關核心概念，設計一節“制取純凈CO2”課例，如圖7所示。本節復習課以學生已經具備相關的二氧化碳、水蒸氣及氯化氫等物質性質為基礎，根據制備純凈CO2的需求，設計氣體除雜裝置，最終遷移至工業制取或回收提純CO2工藝。這是在學生元認知上完善、升級、創新的過程，是從局部到整體、從單一到多元的思維過程。

3 驅動性問題的實踐反思

驅動性問題能與學生的情緒引起共鳴，激發學生的求知欲，提升學生的思維品質。學生在親歷一個項目的探究后，能夠積極地尋找問題的解決方案、計劃，開展探究、記錄和理解數據、收集證據和辯論觀點，構建和共享學習成果。

3.1 深挖整合散點情境，提出驅動性問題

原始的情境往往是散點化的，往往映射某一個單點知識，一般只能成為生成驅動性問題的基本素材。當我們關注到某一情境時，就應該嘗試繼續深挖其內涵。我們不但要挖到情境中與課標相關的教學目標，還要挖掘情境與學生的情緒共振點，引起學生的共情，形成能促使他們主動入項的驅動性問題。提出的驅動性問題應能激發學生的探究興趣和學習動機，具有教學可行性，對學生后續學習具有啟發性。

3.2 關聯指向核心概念，細化驅動性問題

學科項目化學習的首要特征是學科屬性，它指向學科核心概念的整體理解。驅動性問題承載著對學科核心概念之間、學科核心概念與下位概念之間包括下位概念之間的關聯和整合。因此，每一個驅動性問題都應明確所對應的核心概念，然后依據學生的認知規律，逐步分解形成若干子問題。驅動性問題與子問題擰成一條主線，如散文般“形散而神不散”，具備系統性、進階性與挑戰性，才能更好地促進深度學習。

3.3 科學甄選課堂問題，緊扣驅動性問題

項目化課程在設計時遵循著內在的知識邏輯和認知邏輯，這是預設的價值。但在實際教學中，學生的關注點并不是教師和教材所能窮盡的，若他們二次表征的問題是緊扣驅動性問題的，教師要鼓勵他們深入下去。若他們的問題難度過高，那就需要教師及時介入他們的活動之中，指導和陪伴學生一起探究，這也是教學相長的過程。如果生成的問題指向與教學目標關聯不大，教師也要善于引導學生學會取舍，關注有價值的科學問題。

3.4 多元表達項目成果，回應驅動性問題

項目成果的表述或表達是銜接每一個子任務，最終回答驅動性問題的顯性展示。它能將學生的隱性思維顯性化、科學方法結構化。學生表達展示項目成果，不僅使學生保持探究的激情，也是對他們核心素養發展情況的評估方法之一，形式應該多元化，可以是作品、方案、解釋等。

參考文獻：

［1］［2］［4］［8］夏雪梅. 項目化學習設計［M］. 北京：北京教育科學出版社， 2021：17，18，10，106.

［3］夏雪梅. 項目化學習的實施［M］. 北京：北京教育科學出版社， 2020：39.

［5］中華人民共和國教育部制定. 義務教育科學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022： 16.

［6］張瑋逸， 劉徽. 項目化學習中驅動性問題設計的三種導向［J］. 上海教育， 2020， （26）： 34～37.

［7］何鵬. 項目式學習中驅動性問題的設計與實施策略［J］. 化學教育， 2022， （43）： 68～73.

［9］張爾華. 例談初中化學教學中學生科學思維發展［J］. 化學教與學， 2023， （2）： 2～5.

［10］李紅偉. 基于問題解決的科學思維培養教學策略思考［J］. 物理教師， 2023， （5）： 9～15.