基于真实问题解决的项目式教学策略初探

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出“针对社会情境中与化学相关的某一真实问题开展项目研究，并形成项目研究成果，如项目研究报告、项目产品等；结合学生已有的经验和将要经历的社会生活实际，引导学生关注人类面临的与化学有关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力”。同时，新版高中化学教材必修第一册（山东科技版）章末增加了“微项目”教学。“微项目”强调将学科教学与社会生活相联系，强调真实情境下的真实问题解决。本文通过微项目“科学使用含氯消毒剂”，介绍开展真实问题背景下“微项目”学习的可行做法。一、项目式教学理论依据基于项目的学习是以学科的概念和原理为中心，在真实世界中借助多种资源开展探究活动，并在一定时间内解决一系列相互关联的问题的一种新型探究性学习模式[1]。基于项目的学习主要由内容、活动、情境和结果四大要素构成[2]。在常规课堂教学中实施项目式学习的关键问题和解决对策如下：（1）让学生亲历问题解决过程；（2）注重过程技能的培训和指导；（3）时间紧张，课上课下任务要统筹安排；（4）进行系统性、针对性评价的设计与实施；（5）突发事件的应对与处理；（6）教师需要养成实施项目式学习的教学观念和教学行为[3]。基于“问题解决”的教学是一种以问题为出发点和教学中心来展开的课堂教学样态，由弱结构化、开放性的问题引发，有明确的学习目标，但没有指定达成目标的明确路径，需要学习者通过个体研究、协作共享、对话来解决问题[4]。基于真实问题解决的教学能提高学生解决问题的能力，促进学生将知识迁移到生活实际中，体验用化学知识解决实际问题的成就感。本教学案例以化学史“84消毒液”的由来为真实的问题情境，以“如何制得‘84消毒液’”以及“84消毒液为什么能消毒”为真实问题，以探究NaClO的化学性质为问题解决的主要探究活动。在问题解决的过程中，学生能够提升预测陌生物质性质和实验探究的能力，最终实现“证据推理和模型认知”及“科学态度和社会责任”化学学科核心素养的提高。二、项目式教学策略初探（一）拆解项目的策略——有取有舍，设置梯度，降低难度微项目“科学使用含氯消毒剂”中设计了2个项目活动：（1）解读“84消毒液”的产品说明；（2）探究消毒剂的使用问题。2个项目活动需解决7个问题：①NaClO可能具有什么性质？②设计实验验证你的预测。③产品说明书中哪些注意事项可用NaClO的性质解释？④“84消毒液”为什么不能与洁厕灵混用？⑤“84消毒液”中次氯酸是怎么生成的？⑥选取和使用消毒剂应注意哪些问题？⑦如何解决游泳池变绿的问题。在进行项目教学设计时，笔者将课本中的项目活动创造性地拆解如下：将项目活动（1）拆解成几个具体的活动任务，如任务1按照“84消毒液”的使用说明完成一次家庭消毒实践活动，如给水果消毒、漂白衣服污渍等；将项目活动（2）按学生认识水平由低到高设计成探究活动。原项目活动要解决的7个问题可整合如下：在任务1中，学生解决了问题⑥；将其余6个问题糅合到以下任务中，即按类别梳理含氯物质，从类别通性和化合价的角度寻找制备NaClO原理、预测NaClO的性质并进行实验验证；将问题⑦如何解决游泳池变绿的问题舍去，不在课上做探究，而是改为课下的自主学习活动，减轻学生课堂学习负担。（二）项目目标制订的策略——基于学情，基于发展，基于素养在此之前，学生知道常见含氯物质，如Cl2、HCl、NaCl，在必修1第一章学习了Cl2的性质，学习了氧化还原反应的核心概念，了解了“84消毒液”是家庭常用的消毒剂之一。但学生不清楚“84消毒液”的化学成分，无法主动关联使用注意事项背后的化学知识。基于学生水平，项目学习目标如下：（1）梳理含氯物质的“价—类”二维图，完成已知含氯物质间的转化，建立认识物质性质的角度，并寻找合适的反应制取NaClO。（2）从物质类别和化合价角度预测NaClO的化学性质，结合研究物质性质的思路和方法，设计实验预测并验证NaClO的化学性质。（3）通过“84消毒液”的安全使用，分析解释使用的注意事项及使用过程，体会化学知识在生活中的价值，增强社会责任感。本课重点发展学生“证据推理和模型认知”及“科学态度和社会责任”的化学学科核心素养，提高学生运用氧化还原反应的原理分析和解决问题的能力。（三）项目学习的任务设计策略——基于学情，利于学生发展和目标达成1.将项目活动（1）的解读型任务设计为体验型任务任务Ⅰ：按照“84消毒液”的使用说明完成一次家庭消毒实践活动，如给水果消毒、漂白衣服污渍等。通过亲身体验，学生知道一般用于室内消毒和衣物漂白时的消毒剂和水的配比是不同的，漂白和消毒的时间也是不同的。2.整合设计探究型任务，搭建问题解决的思维模型任务Ⅱ：含氯物质有哪些？如何有条理地梳理这些物质？任务Ⅲ：以上物质相互间是否存在转化，哪些转化可以实现制备NaClO。任务Ⅳ：如何预测NaClO的化学性质，如何设计实验证明你的预测？三、项目实施的环节展示（一）环节一：导入真实情境资料介绍“84消毒液”的由来：1984年，北京地坛医院的前身北京第一传染病医院的医护人员，经过3000多次的实验，研制出一种可以消灭甲肝病毒的消洗液，后来更名为“84消毒液”并走进千家万户。本节课的任务：探寻“84消毒液”的研制原理，研究“84消毒液”的性质，并学会科学使用含氯消毒剂。请同学们分享自己使用“84消毒液”的经历。学生活动：展示视频或图片，分享使用的体会和感受。（二）环节二：项目活动——探索制取“84消毒液”的反应提出问题：“84消毒液”有效成分是次氯酸钠，请同学们完成以下任务：含氯物质有哪些？如何有条理地梳理这些物质？它们之间是否存在转化？哪些转化可以作为制取NaClO的反应？学生活动：梳理含氯物质，在二维图上构建转化关系，找到Cl2与NaOH反应可制取NaClO，完成汇报，总结解决问题的思路。教师听取汇报，适当点评并提供素材“工业上电解饱和食盐水获得NaClO”，引导学生从原料成本、环保的角度对比两种途径的优劣，树立社会责任意识。（三）环节三：项目活动——预测NaClO的化学性质，设计实验方案并验证提出问题：次氯酸钠为什么可以用于消毒，它可能具有什么性质？如何预测物质的化学性质，如何设计实验验证呢？学生活动1：分析讨论NaClO可能具有的化学性质，并进行汇报交流。经小组交流研讨，在教师的引导和追问下，汇总学生的汇报：（1）根据本品不适用于钢和铝制品的消毒和金属有还原性，推测次氯酸钠腐蚀金属且NaClO具有氧化性。（2）根据本品使有色衣物脱色，推测次氯酸钠可能具有漂白性。（3）根据不得将本品与酸性产品如洁厕类产品同时使用，推测次氯酸钠与酸反应且有碱性。（4）从氯元素化合价角度进行理论分析：NaClO中氯为+1价，可降低为0价或-1价，表现氧化性。从类别角度分析，NaClO属于盐，可能具有盐的通性。学生活动2：根据提供的实验药品设计实验、预测实验现象，并进行汇报交流。[实验1]探究NaClO的氧化性选择实验用品：稀释的“84消毒液”、淀粉碘化钾溶液、胶头滴管、培养皿实验步骤：将2滴淀粉碘化钾溶液滴在培养皿上，观察现象，再滴2滴稀释的“84消毒液”，观察现象。预期现象：先无明显变化，后变蓝[实验2]探究NaClO的漂白性选择实验用品：稀释的“84消毒液”、红色纸条、胶头滴管、培养皿实验步骤：将红色纸条放在表面皿上，用玻璃棒蘸取稀释的“84消毒液”，点在纸条上，观察现象。预期现象：纸条褪色小组进行实验验证，汇总实验结果，结果与预期相似。总结NaClO的性质如下：（1）次氯酸钠具有氧化性，可以氧化I-生成I2：（2）次氯酸钠具有漂白性。针对84消毒液不得与洁厕类产品同时使用，学生产生疑问，不得其解。教师提供资料：洁厕灵的主要成分是盐酸，并引导学生结合“价—类”二维图分析存在哪些可能的反应？[学生观点1]认为次氯酸钠与酸反应属于类别间的转化，反应得到的次氯酸起到消毒杀菌的作用。[学生观点2]因为盐酸中氯元素为-1价，次氯酸钠中氯元素为+1价，二者可能发生氧化还原反应，得到氯气。教师提供实验视频：将“84消毒液”和洁厕灵混合的实验视频。学生通过视频看到二者混合产生剧烈反应，产生刺激性气味的有毒气体——氯气。教师点拨：次氯酸可以消毒杀菌，但见光易分解，不易保存，故一般用次氯酸钠杀菌消毒。（四）环节四：项目总结，布置项目作业本节课通过追寻“84消毒液”的消毒原理，将真实问题转化为学科问题，用学科知识解决生活问题，从而建立通过研究物质性质来解决实际问题的思路与方法，体验项目学习的思路。项目作业：课下整理项目活动成果（1）编辑一份口袋书，介绍“84消毒液”，内容不限于制备原理、使用注意事项，呈现形式丰富多样。（2）上网查2016年的里约热内卢奥运会期间，游泳池变绿的事件，并展开小组分析，探究背后的化学问题，经教师审核后附在口袋书后。四、关于实施项目教学的建议和思考第一，真实的情境要密切结合学生的生活。次氯酸钠是家庭常用的消毒剂，“84消毒液”为什么能消毒呢？通过该项目的学习，学生初次尝试用化学知识和学科理论解决生活中的实际问题，做到学以致用。第二，项目活动的设计要合理规划。课下任务要提前布置，给学生充足的时间。在本次项目式教学活动中，学生使用84消毒液的活动在课下以小组为单位进行展示，课上教师选取一组代表展示。课上的项目教学重点放在预测NaClO的化学性质、设计实验方案并验证以及实验汇报上。第三，教师要了解学生的探究情况并给予指导，为学生提供解决方法，不直接告诉答案，让学生体验获得。课上教师还要关注学生是否自主地运用