指向学科素养的高中化学项目式学习

【摘要】项目式学习是一种以建构主义学习理论为基础的新型学习模式，是单纯学科教学向学科育人转变的重要方式。文章以人教版高中化学必修1“探究”栏目中“利用覆铜板制作图案”为例，通过“创设真实问题情境，引入项目活动；基于项目学习特点，设计项目环节；课内课外多方联动，实施项目内容；关注素养评价方式，注重建构评价”四个角度，阐述项目式学习的设计、实施及其对学生学科素养发展的促进作用。

【关键词】高中化学；项目式学习；学科素养

【基金项目】本文系2021年度天津市教育科学规划课题（一般课题）“指向学科素养的高中化学项目式学习的设计与实施研究”（课题批准号：CHE210121）的研究成果。

作者简介：赵艳梅（1974—），女，天津市南仓中学。

《普通高中化学课程标准（2017年版）》明确指出，“宏观辨识和微观探析”“变化观念与平衡思想”等五个维度的化学学科核心素养是学生终身学习和发展的重要基础［1］。为促进学科核心素养的落实，课标对化学课程的结构和内容等进行了新的规划，并从教师的“教”、学生的“学”及改进评价方式等角度对化学课堂教学提出具体建议，倡导教师要树立主题式的教学思想，以学生为中心，引导学生积极构建知识体系。

项目式学习是一种以建构主义学习理论为基础的新型学习模式，其可以概括为以下要点：挑战性任务、真实性情境、亲历性过程、生成性产品、思维可视化、持续性评价。在高中化学项目式学习中，教师可以以学生为主体，以富有挑战性的、与学科知识相结合的学习任务为驱动，让学生在真实的问题情境中去探究、去实践、去解决、去总结、去反思，直至找到问题解决的最佳方式，取得最优成果。项目式学习的过程，是学生在做中学、在学中做的过程，是学生获得化学关键能力和学科必备品格的过程，对发展学生的化学学科素养乃至核心素养都起着重要的作用［2］。

一、创设真实问题情境，引入项目活动

课标中倡导化学教学要创设真实问题情境，这是化学教学的本原回归，也是发展学生核心素养的现实要求。真实问题情境具有客观真实性、开放性、隐蔽性等特点，其既可以激发学生学习的兴趣，还可以促使教师将教学内容重新做结构化设计，延伸教学内容的宽度和广度来适应不同学生对学业的不同需求，是学生学习方式和教师教学方式转变的动力［3］。

教材中“利用覆铜板制作图案”的探究，简单介绍了覆铜板是电子工业中印刷电路板的基础材料及简单的利用覆铜板制作图案的方法，涉及的化学反应原理比较简单，实验操作也简单易学。如果教师只按教材上的内容进行教学，学生参与课堂的兴趣不高，“探究”栏目本身承载的育人价值就不能得到很好的体现。为此，教师在进行项目设计时，可以以5G时代为社会背景，融入学生喜闻乐见的网络热词，如：“有专家预测，5G时代PCB/覆铜板的市场规模将是4G时代的10倍以上。小小覆铜板居然能占据C位？PCB是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，在业内素有‘电子产品系统之母’之称，在某种程度上反映着一个国家电子行业的发展水平。PCB行业的发展，离不开下游行业的稳步提升，假如你要投资建造一间制作PCB的工厂，你该如何设计？”教师对真实情境素材的分析，不仅能让学生体会化学與生活的密切联系，以及化学对人类生活和生产所作出的贡献，唤起学生的爱国情怀，还能借助其中的驱动问题，激发学生的好奇心和参与热情，带领学生顺利开启项目学习的大门。

二、基于项目学习特点，设计项目环节

项目式学习以学生为中心，教师除了要关注真实问题情境的创设，还要关注项目内容设计的趣味性、进阶性，学科知识的系统性，跨学科的综合性，方法的创新性，评价的延续性等。因此，项目学习需要结合主题、学生学情、素养培养目标、知识进阶要求等基础条件，分设不同的子项目。每个子项目之间层层递进，都是项目进行的关键，学生需通过不断“挖宝”来持之以恒地完成项目［4］。

基于以上思考，以教材中“利用覆铜板制作图案”的探究为基本模板，可以确定指向学科素养的项目学习主题—蚀刻用氯化铁溶液再生及铜回收。

【子项目一】假如你要投资建造一间制作PCB的工厂，需要考虑哪些因素？

项目设计意图：使学生了解一个化工厂的建设需要明确厂址的选择（涉及区位地理知识）、材料来源、设备要求、成本高低等多种因素，提升学生对化学科学的社会价值、化学与可持续发展的关系、化学的应用与规则意识等学科素养的认识。

【子项目二】PCB的工厂生产过程中涉及的化学知识有哪些？需要控制哪些生产条件？

项目设计意图：发挥物质分类、氧化还原反应、离子反应等知识的指导作用，使学生形成基于元素认识物质性质的核心观念和关键能力，发展学生的“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”等学科素养。

【子项目三】生产过程中的废液是否有再利用的价值？如果有，如何处理？

项目设计意图：通过探究蚀刻废液成分，指导学生利用氧化还原原理及物质之间的转化等知识，分析、评价真实环境下化学反应中的物质转化问题，并形成氯化铁再生和铜的回收的基本思路；通过分析物质转化的控制等知识，了解真实化工生产需要控制恰当的条件，并形成分析物质实际转化的一般思路，提升学生对化学知识实际应用价值的认识，增强学生保护环境、节约资源、实验创新等意识。

【子项目四】在实验室中模拟PCB工厂的生产，通过微型实验的方式得到自己的实验成果。

项目设计意图：化学是以实验为基础的学科，任务驱动型的实验探究能够更好地激发学生的兴趣。学生通过阅读、查阅资料，全面运用化学知识或者跨学科知识设计实验方案、交流改进实验方案、观察实验现象、展示实验成果、分析实验结论的过程，是发展化学思维品质的过程，是培养科学精神和社会责任感、形成和发展正确价值观的过程。

三、课内课外多方联动，实施项目内容

项目学习被拆分为子项目之后，学生的学习任务就变得更加明确。项目实施大致可以分为四个阶段，一是项目介绍，教师要结合项目主题，集中介绍项目学习目标和评估方法，发放相关参考资料，适当细化项目要求的内容。二是学生小组解读参考资料，根据兴趣、能力等不同特点进行分工，制订有效的实施方案。教师可以为学生小组提供必要的知识讲解并集中进行项目实施方案的展示和交流，通过生生互评、师生互评，不断完善学生小组项目实施方案。三是学生小组进行实验探究，收集实验数据，在失败的实验中不断优化方案，不断探索，直至实验完成。四是项目成果展示过程，展示可以是完善的项目实施方案展示、实验产品实物欣赏，也可以是研究报告或小论文展示，每一种方式都是检验学生化学学科素养水平的途径。

四、关注素养评价方式，注重建构评价

学生的化学学科核心素养是通过化学学习过程逐渐形成的。化学问题的发现与提出、开放性的化学问题的解决、生生之间的讨论与争论、实验探究方案的设计和评价、寻找支持化学结论的证据等外显行为表现，都能反映出学生化学学科核心素养水平。因此，在项目学习中，教师要结合不同子项目内容对学生进行多方式、多角度的评价，构建符合项目式学习的评价体系。

（一）注重肯定性评价

如针对子项目一，由于学生较少有实地参观工厂的经历，因此他们往往是从单一或简单的几方面考虑建造工厂涉及的因素。基于此，教师要尽量予以学生肯定的评价，促使学生能在不断的交流、分享和肯定中，从厂址选择、安全措施、设备选择、生产成本、副产品回收、废物循环利用、环境保护等多角度综合考虑工厂的设计，形成“1+1>2”的评价效果。

（二）注重思想评价

如针对子项目三，笔者让学生探究生产过程中的废液是否有再利用的价值。学生经过探究与查阅资料，能够发现废液中含有可回收的氯化铁和铜，进而继续探究如何回收氯化铁和铜。教师要肯定学生的这一行为，不断提升学生对化学知识实际应用价值的认识，增强学生保护环境、节约资源、实验创新等意识。

（三）注重建构评价

基于化学学科核心素养的评价是一种“以建构为核心”的评价，建构的意义就是通过创设科学、恰当的评价任务情境，观察学生在项目学习中的具体、有意义的表现，进而推测出学生化学学科核心素养的水平层次。

针对子项目四，学生实践的核心是模拟覆铜板的制作、反应后的“蚀刻液”（即氯化铁溶液）的再生及铜的回收。首先，学生要将设计好的图案按照教材中指导的方法转移到铜片上，放入“蚀刻液”中，控制时间、温度等实验要素，观察实验效果、分享实验产品。其次，学生要结合实验方案的设计，对反应后的“蚀刻液”进行再生处理及铜的回收。这部分实验以定性为主、定量为辅。通过学生对该实验方案的设计和改进，教师可以判断学生实验探究的水平（定性水平、定量水平）；通过学生对该实验中涉及的氧化还原反应的判断和分析，可以判断学生对氧化还原反应的认识水平（知识水平、应用水平、综合分析水平）；通过观看学生进行溶解、过滤等物质分离提纯基本实验操作，可以判断学生是否掌握使用化学仪器进行物质检验及分离提纯的方法（实验基本技能、科学探究方法）。

关于“蚀刻液”的再生效果及铜的回收率是定量测定。由于高一学生尚未掌握更多的定量测定的方法，教师可以利用相关素材进行简要的介绍，主要目的是培养学生“证据推理与模型认知”“宏观辨识与微观探析”的核心素养，让学生感悟定量分析的方法在生产中的重要作用。教师通过对定性和定量实验方案的讨论和点评，能够判断并提升学生对学科价值的认知水平（学科价值视角、社会价值视角）。

（四）注重延续性评价

项目式学习是促进学生学科核心知识再构建的过程。教师以项目式学习为基础，以任务为主线，用驱动性的问题来推动学生的思维进阶性发展，帮助学生实现深度学习。教师需重视对学生的延续性评价，推动学生在项目学习中不断进行探究。比如，子项目四的实验如果要达到预期目标需要考虑氧化剂的选择、实验条件控制两大化学核心实验知识。鉴于学生的学情，教师在项目总结阶段可以用文字材料的方式介绍工业生产中的流程：“先测定蚀刻废液中Fe3+，Cu2+的含量，結合数据向废液中加入理论量1.2倍的铁粉还原Fe3+，加入理论量2倍的铁粉置换出铜，控制恰当的温度和时间后过滤，在滤液中加入1倍体积的35%H2O2和35%HCl的混合液（1 ∶ 1），于100℃水浴条件下进行0.5小时的反应，最终废液经浓缩、酸度调整处理后可作为蚀刻液的补充循环使用。”材料中涉及现代化分析仪器的使用、详细的数据分析、生产中实时的数据监控、生产投入及产出等相关学科及跨学科综合知识，对学生未来发展具有持续性的引导功能。

结语

项目式学习是高中化学教学的重要方式，是培育学生化学核心素养的重要途径。化学学科素养落实的主要场所是课堂教学，化学教师在课堂教学实践中开展项目式学习，是实现学生知识、能力、素养培养相统一的重要手段。教师应基于课标要求、学生经验及认知水平设计项目，将项目问题的解决主动权交给学生，引导学生从宏观的视角辨析化学问题，从微观的角度进行探析，激发学生学习兴趣，促进学生学习方式的转变，引导学生将学科知识和方法用于解决真实的项目问题，更好地落实学生核心素养的培养。

【参考文献】

［1］中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］罗滨.项目式学习给学生带来了什么 ［J］.北京教育（普教版），2018（8）：26-27.

［3］江合佩.基于真实情境的项目式化学教学［M］.济南：山东科学技术出版社，2019.

［4］严金花.基于真实问题情境的教学：以氧化还原反应的教学设计为例［J］.化学教与学，2020（11）：45-48，44.