指向學科素養的高中化學項目式學習

【摘要】項目式學習是一種以建構主義學習理論為基礎的新型學習模式，是單純學科教學向學科育人轉變的重要方式。文章以人教版高中化學必修1“探究”欄目中“利用覆銅板制作圖案”為例，通過“創設真實問題情境，引入項目活動；基于項目學習特點，設計項目環節；課內課外多方聯動，實施項目內容；關注素養評價方式，注重建構評價”四個角度，闡述項目式學習的設計、實施及其對學生學科素養發展的促進作用。

【關鍵詞】高中化學；項目式學習；學科素養

【基金項目】本文系2021年度天津市教育科學規劃課題（一般課題）“指向學科素養的高中化學項目式學習的設計與實施研究”（課題批準號：CHE210121）的研究成果。

作者簡介：趙艷梅（1974—），女，天津市南倉中學。

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確指出，“宏觀辨識和微觀探析”“變化觀念與平衡思想”等五個維度的化學學科核心素養是學生終身學習和發展的重要基礎［1］。為促進學科核心素養的落實，課標對化學課程的結構和內容等進行了新的規劃，并從教師的“教”、學生的“學”及改進評價方式等角度對化學課堂教學提出具體建議，倡導教師要樹立主題式的教學思想，以學生為中心，引導學生積極構建知識體系。

項目式學習是一種以建構主義學習理論為基礎的新型學習模式，其可以概括為以下要點：挑戰性任務、真實性情境、親歷性過程、生成性產品、思維可視化、持續性評價。在高中化學項目式學習中，教師可以以學生為主體，以富有挑戰性的、與學科知識相結合的學習任務為驅動，讓學生在真實的問題情境中去探究、去實踐、去解決、去總結、去反思，直至找到問題解決的最佳方式，取得最優成果。項目式學習的過程，是學生在做中學、在學中做的過程，是學生獲得化學關鍵能力和學科必備品格的過程，對發展學生的化學學科素養乃至核心素養都起著重要的作用［2］。

一、創設真實問題情境，引入項目活動

課標中倡導化學教學要創設真實問題情境，這是化學教學的本原回歸，也是發展學生核心素養的現實要求。真實問題情境具有客觀真實性、開放性、隱蔽性等特點，其既可以激發學生學習的興趣，還可以促使教師將教學內容重新做結構化設計，延伸教學內容的寬度和廣度來適應不同學生對學業的不同需求，是學生學習方式和教師教學方式轉變的動力［3］。

教材中“利用覆銅板制作圖案”的探究，簡單介紹了覆銅板是電子工業中印刷電路板的基礎材料及簡單的利用覆銅板制作圖案的方法，涉及的化學反應原理比較簡單，實驗操作也簡單易學。如果教師只按教材上的內容進行教學，學生參與課堂的興趣不高，“探究”欄目本身承載的育人價值就不能得到很好的體現。為此，教師在進行項目設計時，可以以5G時代為社會背景，融入學生喜聞樂見的網絡熱詞，如：“有專家預測，5G時代PCB/覆銅板的市場規模將是4G時代的10倍以上。小小覆銅板居然能占據C位？PCB是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，在業內素有‘電子產品系統之母’之稱，在某種程度上反映著一個國家電子行業的發展水平。PCB行業的發展，離不開下游行業的穩步提升，假如你要投資建造一間制作PCB的工廠，你該如何設計？”教師對真實情境素材的分析，不僅能讓學生體會化學與生活的密切聯系，以及化學對人類生活和生產所作出的貢獻，喚起學生的愛國情懷，還能借助其中的驅動問題，激發學生的好奇心和參與熱情，帶領學生順利開啟項目學習的大門。

二、基于項目學習特點，設計項目環節

項目式學習以學生為中心，教師除了要關注真實問題情境的創設，還要關注項目內容設計的趣味性、進階性，學科知識的系統性，跨學科的綜合性，方法的創新性，評價的延續性等。因此，項目學習需要結合主題、學生學情、素養培養目標、知識進階要求等基礎條件，分設不同的子項目。每個子項目之間層層遞進，都是項目進行的關鍵，學生需通過不斷“挖寶”來持之以恒地完成項目［4］。

基于以上思考，以教材中“利用覆銅板制作圖案”的探究為基本模板，可以確定指向學科素養的項目學習主題—蝕刻用氯化鐵溶液再生及銅回收。

【子項目一】假如你要投資建造一間制作PCB的工廠，需要考慮哪些因素？

項目設計意圖：使學生了解一個化工廠的建設需要明確廠址的選擇（涉及區位地理知識）、材料來源、設備要求、成本高低等多種因素，提升學生對化學科學的社會價值、化學與可持續發展的關系、化學的應用與規則意識等學科素養的認識。

【子項目二】PCB的工廠生產過程中涉及的化學知識有哪些？需要控制哪些生產條件？

項目設計意圖：發揮物質分類、氧化還原反應、離子反應等知識的指導作用，使學生形成基于元素認識物質性質的核心觀念和關鍵能力，發展學生的“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”等學科素養。

【子項目三】生產過程中的廢液是否有再利用的價值？如果有，如何處理？

項目設計意圖：通過探究蝕刻廢液成分，指導學生利用氧化還原原理及物質之間的轉化等知識，分析、評價真實環境下化學反應中的物質轉化問題，并形成氯化鐵再生和銅的回收的基本思路；通過分析物質轉化的控制等知識，了解真實化工生產需要控制恰當的條件，并形成分析物質實際轉化的一般思路，提升學生對化學知識實際應用價值的認識，增強學生保護環境、節約資源、實驗創新等意識。

【子項目四】在實驗室中模擬PCB工廠的生產，通過微型實驗的方式得到自己的實驗成果。

項目設計意圖：化學是以實驗為基礎的學科，任務驅動型的實驗探究能夠更好地激發學生的興趣。學生通過閱讀、查閱資料，全面運用化學知識或者跨學科知識設計實驗方案、交流改進實驗方案、觀察實驗現象、展示實驗成果、分析實驗結論的過程，是發展化學思維品質的過程，是培養科學精神和社會責任感、形成和發展正確價值觀的過程。

三、課內課外多方聯動，實施項目內容

項目學習被拆分為子項目之后，學生的學習任務就變得更加明確。項目實施大致可以分為四個階段，一是項目介紹，教師要結合項目主題，集中介紹項目學習目標和評估方法，發放相關參考資料，適當細化項目要求的內容。二是學生小組解讀參考資料，根據興趣、能力等不同特點進行分工，制訂有效的實施方案。教師可以為學生小組提供必要的知識講解并集中進行項目實施方案的展示和交流，通過生生互評、師生互評，不斷完善學生小組項目實施方案。三是學生小組進行實驗探究，收集實驗數據，在失敗的實驗中不斷優化方案，不斷探索，直至實驗完成。四是項目成果展示過程，展示可以是完善的項目實施方案展示、實驗產品實物欣賞，也可以是研究報告或小論文展示，每一種方式都是檢驗學生化學學科素養水平的途徑。

四、關注素養評價方式，注重建構評價

學生的化學學科核心素養是通過化學學習過程逐漸形成的?；瘜W問題的發現與提出、開放性的化學問題的解決、生生之間的討論與爭論、實驗探究方案的設計和評價、尋找支持化學結論的證據等外顯行為表現，都能反映出學生化學學科核心素養水平。因此，在項目學習中，教師要結合不同子項目內容對學生進行多方式、多角度的評價，構建符合項目式學習的評價體系。

（一）注重肯定性評價

如針對子項目一，由于學生較少有實地參觀工廠的經歷，因此他們往往是從單一或簡單的幾方面考慮建造工廠涉及的因素?；诖?，教師要盡量予以學生肯定的評價，促使學生能在不斷的交流、分享和肯定中，從廠址選擇、安全措施、設備選擇、生產成本、副產品回收、廢物循環利用、環境保護等多角度綜合考慮工廠的設計，形成“1+1>2”的評價效果。

（二）注重思想評價

如針對子項目三，筆者讓學生探究生產過程中的廢液是否有再利用的價值。學生經過探究與查閱資料，能夠發現廢液中含有可回收的氯化鐵和銅，進而繼續探究如何回收氯化鐵和銅。教師要肯定學生的這一行為，不斷提升學生對化學知識實際應用價值的認識，增強學生保護環境、節約資源、實驗創新等意識。

（三）注重建構評價

基于化學學科核心素養的評價是一種“以建構為核心”的評價，建構的意義就是通過創設科學、恰當的評價任務情境，觀察學生在項目學習中的具體、有意義的表現，進而推測出學生化學學科核心素養的水平層次。

針對子項目四，學生實踐的核心是模擬覆銅板的制作、反應后的“蝕刻液”（即氯化鐵溶液）的再生及銅的回收。首先，學生要將設計好的圖案按照教材中指導的方法轉移到銅片上，放入“蝕刻液”中，控制時間、溫度等實驗要素，觀察實驗效果、分享實驗產品。其次，學生要結合實驗方案的設計，對反應后的“蝕刻液”進行再生處理及銅的回收。這部分實驗以定性為主、定量為輔。通過學生對該實驗方案的設計和改進，教師可以判斷學生實驗探究的水平（定性水平、定量水平）；通過學生對該實驗中涉及的氧化還原反應的判斷和分析，可以判斷學生對氧化還原反應的認識水平（知識水平、應用水平、綜合分析水平）；通過觀看學生進行溶解、過濾等物質分離提純基本實驗操作，可以判斷學生是否掌握使用化學儀器進行物質檢驗及分離提純的方法（實驗基本技能、科學探究方法）。

關于“蝕刻液”的再生效果及銅的回收率是定量測定。由于高一學生尚未掌握更多的定量測定的方法，教師可以利用相關素材進行簡要的介紹，主要目的是培養學生“證據推理與模型認知”“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養，讓學生感悟定量分析的方法在生產中的重要作用。教師通過對定性和定量實驗方案的討論和點評，能夠判斷并提升學生對學科價值的認知水平（學科價值視角、社會價值視角）。

（四）注重延續性評價

項目式學習是促進學生學科核心知識再構建的過程。教師以項目式學習為基礎，以任務為主線，用驅動性的問題來推動學生的思維進階性發展，幫助學生實現深度學習。教師需重視對學生的延續性評價，推動學生在項目學習中不斷進行探究。比如，子項目四的實驗如果要達到預期目標需要考慮氧化劑的選擇、實驗條件控制兩大化學核心實驗知識。鑒于學生的學情，教師在項目總結階段可以用文字材料的方式介紹工業生產中的流程：“先測定蝕刻廢液中Fe3+，Cu2+的含量，結合數據向廢液中加入理論量1.2倍的鐵粉還原Fe3+，加入理論量2倍的鐵粉置換出銅，控制恰當的溫度和時間后過濾，在濾液中加入1倍體積的35%H2O2和35%HCl的混合液（1 ∶ 1），于100℃水浴條件下進行0.5小時的反應，最終廢液經濃縮、酸度調整處理后可作為蝕刻液的補充循環使用?！辈牧现猩婕艾F代化分析儀器的使用、詳細的數據分析、生產中實時的數據監控、生產投入及產出等相關學科及跨學科綜合知識，對學生未來發展具有持續性的引導功能。

結語

項目式學習是高中化學教學的重要方式，是培育學生化學核心素養的重要途徑?；瘜W學科素養落實的主要場所是課堂教學，化學教師在課堂教學實踐中開展項目式學習，是實現學生知識、能力、素養培養相統一的重要手段。教師應基于課標要求、學生經驗及認知水平設計項目，將項目問題的解決主動權交給學生，引導學生從宏觀的視角辨析化學問題，從微觀的角度進行探析，激發學生學習興趣，促進學生學習方式的轉變，引導學生將學科知識和方法用于解決真實的項目問題，更好地落實學生核心素養的培養。

【參考文獻】

［1］中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］羅濱.項目式學習給學生帶來了什么 ［J］.北京教育（普教版），2018（8）：26-27.

［3］江合佩.基于真實情境的項目式化學教學［M］.濟南：山東科學技術出版社，2019.

［4］嚴金花.基于真實問題情境的教學：以氧化還原反應的教學設計為例［J］.化學教與學，2020（11）：45-48，44.