基于深度学习的项目式教学设计

叶婷

摘要：随着我国教育课程改革研究的不断深入，在真实情境中设计项目式串联的学习任务，可有效促进深度学习的达成，以落实立德树人的根本目标。通过设计富氧空气的混制、测定和应用三个任务，开展项目式教学，将有关氧气的知识结构化，实现单元复习的深入再探究。

关键词：真实情境;深度学习;项目式教学;单元复习

文章编号：1008-0546（2022）03-0037-04     中图分类号：G632.41     文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.008

随着全球化和信息智能化时代的来临，挖掘青少年的学习潜力，培养21世纪的核心素养人才，成为教育改革的重点。项目式教学顺应时代发展的需求，达成深度学习的目标，有利于培养学生的综合素养[1]。项目式教学是将核心知识情境化，转化成实际问题，激发学生探索发现、解决问题、学会总结反思的学习过程。项目式的单元复习是手段，育人才是目的与根本。设计利用“富氧空气”项目对元素化合物主题中的“我们周围的空气”模块，开展复习实践，通过项目任务对知识进行结构化串联，在活动中学会动手实践解决实际问题、分析与表达，促进单元复习的深度学习，而不是旧知翻炒。

一、项目使用说明

本项目是元素化合物“空气和氧气”复习课，复习 内容包含课程标准一级主题“身边的化学物质”中二 级主题“我们周围的空气”。学生已经知道氧气能跟 许多物质发生氧化反应，掌握了氧气的实验室制取方 法和利用红磷测定空气中氧气含量的一般方法，本节 课在学生已有的碎片化认知基础上，结合时政热点 “富氧空气”的情境线索，围绕“富氧空气”将“制取”“测定”和“应用”串联，设计项目式复习[2]，项目涉及的 核心知识见图1。以富氧空气为载体，达成结构化知 识的应用，形成从化学视角认识、研究及应用物质的 科学方法，突出体现了化学学科价值。

通过对“富氧空气”的混制、测定及应用等任务解决，对初中“我们周围的空气”主题相关知识进行复习，形成全面、系统的知识网，建立学科核心概念与真实情境问题之间的联系，发展学生证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、社会责任的学科素养，具体目标如下：

（1）通过氧气性质的复习，实践排水法收集富氧空气的实验，感受化学实验的重要性，化学对生活、生产起重要的指导作用。

（2）通过氧气含量测定的实验探究，能对证据进行加工与整理，依据物质的性质提出實验创新方案，并予以评价。

（3）通过现代化手持技术精确定量的测定方法，进一步体会定量实验在化学研究中的重要作用，提升数据处理和从图像获取信息及加工信息的能力，能多角度、动态地分析化学变化，拓展学科思维的深度与广度。

（4）能依据“绿色化学”思想对物质应用的影响进行评价，树立环保意识，培育社会责任感。（5）运用类比的思想，通过氧气含量的测定探究密闭容器中二氧化碳含量的测定，学会运用化学知识解决实际问题，树立低碳环保的社会责任感。

三、项目流程设计

项目以“新冠病毒”治疗时所使用到的呼吸机为背景导入，呼吸机中输出的“富氧空气”是指氧含量高于空气中氧含量的混合气体，其中对患者最有效的成分是氧气。结合学生提前完成的有关氧气的思维导图，对氧气的来源和消耗进行完善补充，继而温习其制取和收集，即任务一探究“富氧空气”的混制。任务二探究测定“富氧空气”中氧气的含量。温习用红磷测定空气中氧气的含量，演示实验展示传感器定量测定变化过程中的温度和压强，分析图像，引导学生结合实验操作与原理进行分析，提升从图像获取有效信息及加工信息的能力。通过实验数据的处理，学会精确定量计算，提升数据处理的能力，拓展学科思维的深度与广度。在原实验的基础上，学生汇报实验的创新方案并予以评价。总结耗氧剂的选择原则，树立“绿色化学”的思想观，培育环保意识。任务三“应用富氧空气”。化学从生活中来，应用回归于生活，在应用过程中会对环境造成影响，需要学生提出分析与措施，提高学生的社会责任感和环保意识。任务四“测定密闭容器中二氧化碳的含量”。该任务作为班级分层中能力水平较高的学生，引导优生学会由氧气含量的测定，思考其他气体含量测定的一般方法和思路。具体教学过程的主线流程见图2。

四、项目教学实施

本项目在厦门某中学初三年级的多个班级进行实施和改进，效果优良，由于篇幅所限，现展示项目过程中的主要情境、问题和学生活动。

1.任务一：混制“富氧空气”

【情境导入】从2020年初开始，“新冠肺炎”迅速扩散，牵动着无数人的心弦。轻症患者一般不需要特殊治疗，可对症进行降温、吸氧及营养支持等疗法。对重症患者的治疗则是系统工程，治疗呼吸衰竭使用的是呼吸机。

呼吸机治疗是通过机器辅助或者代替人自主的呼吸功能，同时机器给予的气体含有比大气含氧量（21%）更高的氧气含量，并有湿化器增加流通气体内的湿度，以保护呼吸道粘膜。这种治疗方式的目的并非消灭病毒本身，而是通过辅助呼吸功能维持生命，给机体自身的免疫力以及对抗病毒的药物更多作用的时间。

呼吸机输出的“富氧空气”中起主要作用的成分就是氧气。

【问题驱动】回顾氧气的化学性质和制取氧气的方法。

【学生汇报】根据课前制作的思维导图，见图3，梳理、汇报氧气的化学性质。

【任务活动】混制“富氧空气”。全面了解了制取氧气的途径，我们就来试着定量混制一定含量氧气的“富氧空气”[3]。

【学生实验】以小组为单位，排水法收集氧气含量为60%的“富氧空气”。实验后，分享汇报如何定量计算“富氧空气”所需的纯氧和空气的体积，感受万用瓶的使用方法。

设计意图：通过“新冠病毒”的时事情境，引出本节课的主角——“富氧空气”，提高学生的学习欲望。通过提前复习制作关于氧气的思维导图，课上再在学生的认知记忆中补充完善，有效提高课堂效率和元素化合物知识的归纳总结。基于情境突破万用瓶难点，归纳万用瓶使用的一般方法和定量研究的意义。

2.任务二：测定“富氧空气”中氧气的含量

【问题驱动】按照原理计算收集得到“富氧空气”，大家觉得这样收集是否就能得到准确的氧含量为60%的“富氧空气”呢？如何来验证其中的氧气含量。

【项目任务】回顾旧知，讲解传统实验测定氧气含量的原理、操作、现象及气密性检查方法。

【实验创新】展示手持技术传感器测定实验过程中压强和温度的变化。

【数据分析】分析手持技术实验所得到的图像，见图4，利用所学的化学知识解决实际问题，学会迁移应用。

设计意图：由利用理论计算所得的“富氧空气”是否准确的问题，深入到密闭容器中氧气含量的测定，在已有的复习认知基础上，深度学习定量测定的一般方法和基本原理。在学生梳理汇报时，充分发挥学习共同体的作用，利用课堂生成性资源，提高学生的语言表达的能力，学会从实验中提取有效数据和有用信息，并进行加工处理。

3.任务三：应用“富氧空气”

【情景導入】通过多种方法验证测得密闭空间中氧气的含量，合格之后就可以广泛投入医疗、生活、生产中应用。富氧燃烧技术的作用，有效捕捉二氧化碳，有助于实现“碳中和”的全民目标。

【问题驱动】“富氧空气”的应用造福人类的生活，但是若使用不当，对环境会造成一定的影响，如何提高燃料的使用率呢？展示资料卡片①，见图5。

【学生汇报】结合图像全面分析，并思考提高燃料使用率的方法，即在一定范围内，提高氧气的含量，使燃料充分燃烧，实现“绿色化学”。

设计意图：通过资料卡片中图像的分析和对比，提高学生获取信息和表达的能力，学会合理利用身边的化学物质，树立“绿色化学”的思想观和社会责任感。

4.任务四：测定密闭容器中二氧化碳的体积分数

【问题驱动】分层教学，对于能力较强的学生，可深入分析，类比氧气含量的测定方法，阅读资料卡片②，见图6，思考密闭容器中其他气体（如二氧化碳等）的体积分数如何计算？

【分层汇报】类比氧气含量测定的方法，原理是使密闭容器中压强减小，充分消耗气体，利用转化的思想，加入的20% NaOH溶液和倒流的水的体积即为CO2的体积。 故先减小装置压强（降温），再消耗气体（氢氧化钠溶液吸收二氧化碳），测量倒流的液体体积（氢氧化钠溶液的体积），即可定量计算出气体的含量。

设计意图：总复习课堂的实施目的在于基于学生的认知水平解决问题，故课堂需要因材施教、分层教学。

5.项目教学小结

通过对“富氧空气”的混制、测定和应用一系列探究，对气体制取、收集、测定与应用进行了知识整合，设计结构化板书，见图7，使我们对氧气和空气的认知更加深刻。在防疫期间，我们能做的就是科学的支持和配合。 也相信在不久的将来，全球更多的“新冠病毒”患者能得到更好的治疗，早日痊愈，所有的一切慢慢回归正轨，一切都会越来越好。

五、项目教学效果

本项目围绕新冠疫情呼吸机中“富氧空气”展开，设计不同的活动任务，达成核心概念的复习。在简单碎片化知识的基础上，整合单元整体内容，并在活动中提升学生素养和方法。 引入手持技术压强和温度传感器的使用，在真实情境下，完成项目学习，使学生更直观地感受曲线的变化，进一步体会定量实验在化学研究中的重要作用，提升数据处理和从图像获取信息及加工信息的能力，能多角度、动态地分析化学变化，拓展学科思维的深度与广度。 学生在提出问题、解决问题以及寻找答案的过程中，获取知识、有效运用知识。学生通过实验、讨论、汇报等多种学习方式，有深度地达成项目式学习任务。

不足之处：课堂围绕三个活动任务展开，复习容量充实。其中设计的任务四：测定某容器中二氧化碳杂质的体积分数，未能全面展开。若提高课堂效度情况下，可安排 A层学生探究完成任务四，B层学生完成课堂检测中基础习题，如此可在原氧气含量的测定实验，上升至密闭容器中某气体含量测定的一般方法归纳。

参考文献

[1] 李雪萍.基于深度学习的高中化学项目式教学的应用研究[D].成都：四川师范大学，2020.

[2] 武衍杰，江合佩，杨伏勇.基于化学教学内容“结构化”的项目式教学——以“人工固碳”为例[J].化学教学，2021，（3）：44-50.

[3] 王顺利.新学习情境在专题复习课中的应用探索——以“富氧空气”为例[J].化学教与学，2019（7）：53-55.

3743500338201