基于跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐

摘" 要：本文從生活問(wèn)題“生活中如何獲得氧氣”出發(fā)，確立“制作簡(jiǎn)易制氧機(jī)”為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主題，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式和跨學(xué)科實(shí)踐等理念，從“項(xiàng)目規(guī)劃”“尋找制氧劑”“解讀真實(shí)制氧機(jī)”“設(shè)計(jì)制氧機(jī)”四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)出發(fā)，搭建學(xué)習(xí)支架，組織跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，基于SOLO分類理論設(shè)計(jì)項(xiàng)目研究評(píng)價(jià)量規(guī)，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的表現(xiàn)評(píng)價(jià)?；诳鐚W(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐將化學(xué)知識(shí)、工程技術(shù)等融入真實(shí)問(wèn)題情境中，讓深度學(xué)習(xí)在化學(xué)課堂真正發(fā)生。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；跨學(xué)科實(shí)踐；深度學(xué)習(xí)；初中化學(xué)；簡(jiǎn)易制氧機(jī)

文章編號(hào)：

1008-0546（2024）14-0022-05

中圖分類號(hào)：

G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

B

一、

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和跨學(xué)科實(shí)踐中推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project Based Learning，簡(jiǎn)稱PBL）也稱任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法或行為引導(dǎo)教學(xué)法，源于杜威（John Dewey）的“做中學(xué)”，由杜威的學(xué)生克伯屈（William Heard Kilpatrick）在1918年提出。［1］深度學(xué)習(xí)是在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程。［2］深度學(xué)習(xí)注重知識(shí)理解與批判、聯(lián)系與構(gòu)建、遷移與應(yīng)用。同時(shí)，深度學(xué)習(xí)是培養(yǎng)高階思維和能力的搖籃，是培育核心素養(yǎng)的重要途徑。教師應(yīng)以何種策略有效促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)？ 研究表明，“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”“做中學(xué)”理念與“跨學(xué)科實(shí)踐”主題內(nèi)容有很多共同之處，在完成真實(shí)的項(xiàng)目任務(wù)時(shí)，通常不可避免地融合多學(xué)科的知識(shí)。與此同時(shí)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中“項(xiàng)目任務(wù)”與深度學(xué)習(xí)中“挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題”具有相同的價(jià)值取向。

二、

基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1. 項(xiàng)目主題

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《初中新課標(biāo)》）中五大學(xué)習(xí)主題之一“化學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐”包括以下主題內(nèi)容：①化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展；②化學(xué)與資源、能源、材料、環(huán)境、健康；③化學(xué)、技術(shù)、工程融合解決跨學(xué)科問(wèn)題的思路與方法；④應(yīng)對(duì)未來(lái)不確定性挑戰(zhàn)；⑤跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)。［3］這一變化凸顯化學(xué)課程的跨學(xué)科性和實(shí)踐性，落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的發(fā)展，加強(qiáng)化學(xué)與技術(shù)、工程的融合，在跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)中發(fā)展學(xué)生正確的價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。［4］基于深度學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、跨學(xué)科實(shí)踐等文獻(xiàn)的研究學(xué)習(xí)，筆者以“制作簡(jiǎn)易制氧機(jī)”為例，闡述深度學(xué)習(xí)視域下融合跨學(xué)科實(shí)踐的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐。

2. 項(xiàng)目目標(biāo)

本次項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)目標(biāo)具體如下。

（1）通過(guò)對(duì)家用制氧機(jī)有創(chuàng)意地設(shè)計(jì)和改造，體會(huì)化學(xué)工藝制作過(guò)程，了解實(shí)驗(yàn)室制取氣體的基本思路和一般方法（原理和裝置），培養(yǎng)分析推理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，發(fā)展科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)核心素養(yǎng)。

（2）學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究并參與化學(xué)制作，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)合作意識(shí)和勤于思考的科學(xué)品質(zhì)，發(fā)展科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。

（3）初步認(rèn)識(shí)家用制氧機(jī)裝置并從四個(gè)角度（化學(xué)反應(yīng)、定量、化學(xué)裝置、工程技術(shù)） 進(jìn)行思考和設(shè)計(jì)家用制氧機(jī)裝置。 建立定量認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)基本角度（比例關(guān)系和守恒關(guān)系），發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)。

3. 教學(xué)流程

本項(xiàng)目由四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成，任務(wù)線、活動(dòng)線、深度學(xué)習(xí)線貫穿整個(gè)教學(xué)流程，如圖1所示。

4. 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分類評(píng)價(jià)理論是比格斯建立的一種學(xué)生學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)方法。［5］該方法通過(guò)被評(píng)價(jià)者完成同一項(xiàng)目任務(wù)的質(zhì)量來(lái)度量學(xué)生解決問(wèn)題時(shí)的思維發(fā)展水平，這意味著判定學(xué)生不同思維水平的依據(jù)是完成同一項(xiàng)目任務(wù)的質(zhì)量。根據(jù)SOLO分類評(píng)價(jià)理論，學(xué)生完成同一項(xiàng)目任務(wù)的思維高度由低到高可以劃分為五個(gè)層次，分別是前結(jié)構(gòu)水平、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平、拓展抽象結(jié)構(gòu)水平，具體如圖2所示。前三個(gè)層次是定量階段，后兩個(gè)層次是定性階段。

基于SOLO分類評(píng)價(jià)理論，筆者將“制作簡(jiǎn)易制氧機(jī)”項(xiàng)目中學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)達(dá)到的思維層次進(jìn)行水平劃分與描述，形成深度學(xué)習(xí)觀測(cè)點(diǎn)，具體如表1所示。

三、

基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)施

1. 環(huán)節(jié)一" 項(xiàng)目規(guī)劃

［創(chuàng)設(shè)情境］展示一款制氧濃度大于90%的可穿戴便攜式制氧機(jī)。

［教師］在上述情境中制氧的方法是什么？

［學(xué)生］該制氧機(jī)可制得的氧氣濃度高，且為可穿戴便攜式。上述情境中制氧的方法可能是過(guò)氧化氫溶液和二氧化錳混合制取氧氣。

［教師］除了利用制氧機(jī)進(jìn)行快速制氧，你還能列舉出哪些需要制氧機(jī)的場(chǎng)景？制氧機(jī)是怎樣制作的？

［學(xué)生1］頭痛時(shí)，可進(jìn)行日常吸氧保?。会t(yī)療急救、高原反應(yīng)、航空航天等方面也需要制氧機(jī)。

［學(xué)生2］我們組嘗試拆解了一個(gè)制氧機(jī)，并提出了以下三點(diǎn)問(wèn)題：①制氧機(jī)的原理（藥品）是什么？②氧氣發(fā)生裝置、收集裝置與制氧機(jī)的位置是怎樣的？③怎樣進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)？

［小結(jié)］歸納拆解制氧機(jī)時(shí)需要考慮的問(wèn)題，如圖3所示。從反應(yīng)原理、定量計(jì)算、化學(xué)裝置、工程技術(shù)等多角度感受制氧機(jī)，形成思考模式，規(guī)劃項(xiàng)目，如表2所示。

2. 環(huán)節(jié)二" 尋找制氧劑

［教師］制氧機(jī)獲得氧氣有哪些途徑？請(qǐng)?jiān)u價(jià)哪些途徑是可行的。

［學(xué)生1］工業(yè)上，分離液態(tài)空氣。

［學(xué)生2］由于降溫加壓，投資高、能耗大，設(shè)備安裝操作復(fù)雜，因此分離液態(tài)空氣不可行。通過(guò)查閱資料認(rèn)為電解水制氧、化學(xué)試劑制氧等方式可行。

［學(xué)生3］拆解制氧機(jī)時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)供電裝置，電解水制氧不可行。我們認(rèn)為利用化學(xué)制氧劑來(lái)制得氧氣可能性最大，經(jīng)查閱資料，化學(xué)制氧劑及原理如表3所示。

［教師］根據(jù)制氧劑的使用方法和用量指南可知，我們不僅要尋找制氧劑，而且需要定量地尋找制氧劑。請(qǐng)小組討論：5g過(guò)氧化氫可以產(chǎn)生多少氧氣？并說(shuō)出解決問(wèn)題的思路。

［學(xué)生1］我們利用元素守恒直接計(jì)算5g過(guò)氧化氫中氧元素的質(zhì)量。

［學(xué)生2］利用元素守恒是個(gè)很好的方法。但是在此問(wèn)題中不可行，因?yàn)檫^(guò)氧化氫分解產(chǎn)生的生成物中水和氧氣都含有氧元素。我們組根據(jù)化學(xué)方程式2H2O22H2O＋O2↑提供的質(zhì)量定比關(guān)系，求出氧氣的質(zhì)量。

［學(xué)生3］利用質(zhì)量守恒定律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，稱量反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量和反應(yīng)后物質(zhì)的總質(zhì)量，兩者之差就是氧氣的質(zhì)量。

［小結(jié)］通過(guò)設(shè)置定量選擇制氧劑的任務(wù)，同學(xué)們利用元素守恒、定比關(guān)系和質(zhì)量守恒定律選擇制氧劑，查閱資料了解制氧機(jī)的原理、思考定量選擇制氧劑的思路、小組評(píng)價(jià)思路的合理性等活動(dòng)，逐步落實(shí)利用化學(xué)原理、定量角度設(shè)計(jì)制氧機(jī)。

3. 環(huán)節(jié)三" 解讀真實(shí)制氧機(jī)

［教師活動(dòng)］展示化學(xué)制劑制氧機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（見(jiàn)圖4），結(jié)合過(guò)氧化氫溶液制取氧氣所使用的實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖5），綜合使用注意事項(xiàng)中的信息猜測(cè)制氧機(jī)可能的制氧反應(yīng)原理，分析制氧機(jī)各部分的作用。

［學(xué)生1］我們組分析制氧機(jī)各部分的作用如圖6所示。右倉(cāng)對(duì)應(yīng)制氧的發(fā)生裝置，稱之為反應(yīng)倉(cāng)；左倉(cāng)對(duì)應(yīng)制氧的收集裝置，稱之為收集倉(cāng)。

［學(xué)生2］我們觀察到反應(yīng)倉(cāng)塑料殼外有春季、夏季和冬季三種水位線。我們查閱資料得知在制氧機(jī)工作過(guò)程中，夏季溫度高，反應(yīng)速率快，稀釋反應(yīng)物濃度，水位線高；冬季溫度低，反應(yīng)速率慢，增大反應(yīng)物濃度，水位線低。

［學(xué)生3］我們組發(fā)現(xiàn)左、右兩個(gè)倉(cāng)的空間大小不同，我們組認(rèn)為倉(cāng)的空間大小只要滿足要求，整體空間是越小越好。

［小結(jié)］通過(guò)查閱制氧機(jī)信息將化學(xué)裝置與制氧機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的任務(wù)，學(xué)生進(jìn)行解讀制氧機(jī)原理、裝置的活動(dòng)，逐步完善從裝置、工程技術(shù)角度設(shè)計(jì)制氧機(jī)。

4. 環(huán)節(jié)四" 設(shè)計(jì)制氧機(jī)

［教師］請(qǐng)各小組展示設(shè)計(jì)的制氧機(jī)。

［學(xué)生1］我們組設(shè)計(jì)了兩個(gè)裝置，如圖7（a）所示。右邊的裝置為一次性制氧裝置（塑料瓶），方便快捷；左邊的裝置是將塑料瓶換成錐形瓶，再加一個(gè)注射器。一方面，錐形瓶的底面積較大，更穩(wěn)固；另一方面，加一個(gè)注射器能夠控制反應(yīng)速率。

［學(xué)生2］我們覺(jué)得上一組設(shè)計(jì)的思路很好，裝置選材生活化、簡(jiǎn)單化。我們組設(shè)計(jì)的裝置密封，A瓶用漏斗控制反應(yīng)速率，B瓶潤(rùn)濕氧氣，通過(guò)C處的水槽觀察產(chǎn)生的氣泡［見(jiàn)圖7（b）］。

［學(xué)生3］我們覺(jué)得上一組已經(jīng)有了給制取的氧氣加濕的思維，在產(chǎn)品舒適度方面有了一定的突破。我們組除了考慮加濕的因素，還引入一個(gè)調(diào)節(jié)器，通過(guò)控制調(diào)節(jié)器，控制產(chǎn)生氧氣的速率［見(jiàn)圖7（c）］。

［學(xué)生4］我們組是將A劑（制氧劑）和B劑（催化劑）放在上、下兩個(gè)瓶子中，通過(guò)擠壓上瓶使A劑和B劑反應(yīng)產(chǎn)生氧氣［見(jiàn)圖7（d）］。

［師生活動(dòng)］各小組先派代表展示各組設(shè)計(jì)的制氧機(jī)實(shí)物作品，再由小組代表介紹本組產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)及使用方法，其他組學(xué)生邊聽邊提問(wèn)，由匯報(bào)人或本組其他成員回答。匯報(bào)完畢后，由其他組學(xué)生和教師根據(jù)項(xiàng)目完成、匯報(bào)及回答問(wèn)題情況共同進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)量表如表4所示。

四、

教學(xué)反思

教學(xué)實(shí)踐表明，通過(guò)“制作簡(jiǎn)易制氧機(jī)”項(xiàng)目，能夠加強(qiáng)化學(xué)與技術(shù)、工程等方面的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)《初中新課標(biāo)》理念下的跨學(xué)科項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)。在課堂中，每個(gè)學(xué)生都有觀察、動(dòng)手、交流的機(jī)會(huì)，學(xué)生通過(guò)全身心投入項(xiàng)目，成為知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)者。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生的思維水平達(dá)到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平，有的學(xué)生甚至達(dá)到拓展抽象結(jié)構(gòu)水平。學(xué)生不僅掌握了實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的方法、質(zhì)量守恒定律等學(xué)科知識(shí)，還聯(lián)系了實(shí)際的需求，考慮到產(chǎn)生氧氣的速率和持續(xù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科知識(shí)融合和高階思維參與的深度學(xué)習(xí)，將跨學(xué)科實(shí)踐在化學(xué)課堂中落地。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為一種新的教學(xué)方式，由學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，從化學(xué)觀念的視角，運(yùn)用證據(jù)推理和模型認(rèn)知的思維方式，解決復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題。由此可見(jiàn)，融合跨學(xué)科實(shí)踐的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的有效途徑，值得探索實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

［1］陳尚寶.基于STEM理念的初中項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)［M］.桂林：廣西師范大學(xué)出版社，2020.

［2］劉月霞，郭華.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2018.

［3］中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［4］侯肖，胡久華.在常規(guī)課堂教學(xué)中實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)——以化學(xué)教學(xué)為例［J］.教育學(xué)報(bào)，2016（4）：39-44.

［5］盧天宇.SOLO分類理論對(duì)思維可視化的應(yīng)用評(píng)價(jià)啟示——以初中化學(xué)“物質(zhì)及物質(zhì)分類”的教學(xué)為例［J］.教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），2017（Z2）：15-19.