基于职业生涯教育的学科项目化学习教学实践

刘瑶瑶

摘要：本项目学生以化学工程师的身份围绕“如何选择化学反应和适宜条件实现化学品工业化生产？”这一驱动性问题展开研究。学生以人工固氮切入，梳理人工固氮探索历程，提炼思维方式，将成果迁移到其他化学品生产中，总结设计化学反应解决工业生产实际问题基本思路，建构该类问题思维模型。通过该项目学生从不同视角认识化学反应，建立变化观和平衡观；了解化工产品的生产及其工艺特点，认识化工生产过程对环境可持续发展的影响，形成工程思维。全面发展了化学学科核心素养，渗透职业生涯教育。

关键词：高中化学；学科项目化学习；核心素养；生涯教育；化学反应调控

文章编号：1008-0546（2022）12-0030-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.12.008

一、项目背景与开展意义

随着“双新”改革全面实施，教育研究者对新的教与学模式的研究也接踵而至，成果不胜枚举。其中项目化学习强调学生在真实情境下知识的学习、技能的提升、困惑的解答、观点的表达、思维的形成等过程，往往给学生更多挑战空间、更多学习实践、更注重知识的迁移，更符合普通高中教育的培养目标。[1]这也正是高中职业生涯教育的必备条件，可提高高中生对化学相关职业特点、职业生活、职业思维的认知能力，促进其对职业意识、职业理想、职业能力的发展，这也与人教版普通高中教科书中“化学与职业”栏目的编写意图相辅相成。[2]不乏教育者认为项目化学习模式、职业生涯教育对传统教学有较大冲击，选择只在活动、拓展或兴趣课程中开展，但却没有解决学生学科素养培养中关键问题。事实上，项目化学习与传统讲授式教学的培养目标具有一致性。以做真项为目的，在学科教学中开展项目化学习更利于学生对学科关键知识的理解、关键能力的提升、必备品格的形成。[3]

二、项目选择与目标制定

本项目选自人教版高中化学教科书选择性必修1的第二章，笔者依据新课程标准自上而下寻找真实情境带领学生展开项目。课标在该模块中的素养水平要求指向“变化观念与平衡思想”和“证据推理与模型认知”。内容要求指出要求学生知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关；能运用温度浓度压强和催化剂对化学反应速率的影响规律，解释生产生活实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化，针对典型案例，能从限度速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。[4]

新课程标准明确了普通高中教育的定位，强调了高中教育既要为学生高等教育做准备，也要为学生适应社会生活和职业发展做准备。人教版普通高中教科书中增设了教材栏目“化学与职业”，该栏目的设立的目的便是通过相应的职业情境，让高中生了解化学相关职业，增强学生社会责任感，为其进一步发展奠定基础。化学工程师这一职业是能够利用化工技能来解决各种生活、社会、环境等相关问题的专业技术人才。若以该身份的视角创设化学品工业生产中问题解决情境具有真实性、复杂性和挑战性。

综上，该项目是指向学科大概念变化观、平衡观的学科项目化学习教学实践案例，涉及的核心知识有化学反应方向的判断与调控、化学反应速率的影响因素、化学平衡的影响因素、化学反应的综合调控。[5]驱动性问题为：“诸多化学品的工业生产具有发展历程艰难，生产流程复杂，生产设备庞大，生产条件苛刻，涉及的化学反应的调控十分复杂的特点。如果你是化学工程师，在真实的化学品工业生产中需要从哪些角度综合考虑影响因素并选择化学反应和适宜条件实现化学品的工业化生产呢？”。项目目标是学生通过重温人工固氮发展历程，展望发展前景，基于已有案例进行研究，体会研究过程，关注研究前沿，更深刻地体会科学研究的思路和方法；通过探讨人工固氮中反应的选择和适宜条件的优化，灵活应用反应的焓变、熵变、化学平衡和速率等相关化学反应原理解决实际问题，体会化学反应原理的应用价值；形成从物质转化以及反应的方向、限度、快慢等多个角度综合分析、调控化学反应，解决工业生产实际问题的基本思路。通过对其他化学品的工业化生产实例的分析和研讨，收集各种数据，并依据数据做出分析，用具有说服力的语言表达自己的观点，形成科学、合理的研究报告，并结合生产实际综合考虑影响因素，对比理论分析一实验室研究一工业化生产三者实践过程中的差异性，总结经验，形成工程思维以提高解决实际问题能力，提升环保意识，这也是本项目的评价目标。

三、项目设计与计划拟定

1．成果交流、学习实践设计与评价

（1）调研成果

①个人调研成果：梳理人工固氮探索里程碑，总结人工固氮反应选择的理论依据，绘制思维导图；探讨工业合成氨反应的综合调控，结合项目活动1，总结设计化学反应解决实际问题基本思路，形成思维导图；结合项目活动1、2，自主选择工业生产实例，研究理论分析如何转向实际工业生产，形成差异对比分析导图。

②团队调研成果：撰写研究报告、制作PPT、汇报展示等。

（2）学习实践：探究性实践、调控性实践、技术性实践

（3）调研成果及学习实践评价：调研成果评价利用高考试题进行纸笔测验，同时制定评价量规（见表1、表2）进行表现性评价。学习实践评价制定评价量规进行表现性评价（见表3）。

2．拟定项目实施计划

第一周为人项活动，师生共读教材47页“科学·技术·社会”栏目，初步了解合成氨的实验室研究与工业化生产。在此基础之上，学生将讨论的范围扩大到人工固氮，继续搜集、整理资料，总结科学家实现人工固氮的历程和方法，并依据教师提供的KWH表提出问题开展前期调研，学生列出问题清单，进行项目解构，形成初步项目研究思路，制定项目实施计划（见表3）。组内分工维度为资料整理搜集、制定研究思路、制作課件、撰写报告、汇报展示等。陆续开展三个项目活动，解决以下三个子问题，形成个人及团队成果，经过评价、评论、修订、反思后出项。

四、项目实施与形成成果

1．探索与形成成果

项目开展过程中学生有时研究思路不清，面对具有挑战性的问题时会无从下手，故在整个项目学习过程中教师指导尤为关键，针对学生困难教师分别在核心知识、认知策略、学科能力、学习素养和资源相应方面提供了相应学习支架，及时帮助学生拆解问题，理清研究思路，保证持续开展项目。学生结合学习支架探索形成个人成果并通过虚拟学习空间和线下混合方式进行交流研讨形成团队成果。

项目活动1中教师引导学生思考：“科学家们从哪些角度思考并尝试了哪些方法进行人工固氮？各有哪些特点？科学家们最终选择利用氮气和氢气合成氨的主要依据是什么？”。学生依据支架梳理出了科学家及工程师对人工固氮的研究历程，从中总结出了科学家从元素化合价和物质类别角度进行物质制备反应的猜想，依据化学反应的AG和经济成本、设备等問题进行选择。项目活动2中教师引导学生思考：“如果你是工程师，你要如何调控工业合成氨[N2（g）+3H3（g）=2NH3（g）]的反应？小组间进行讨论交流，汇报选择依据及问题解决思路。可分别从①利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？②探讨可以通过哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？③从速率和平衡两个角度尝试探讨和总结合成氨生产适宜条件的选择？还可以在哪些方面作出改进？④总结设计化学反应解决实际问题基本思路是怎样的？”。通过小组合作学习学生以工程师的视角分别从速率和平衡两个角度依据相关资料对化学反应适宜条件（例如温度、浓度、压强、催化剂等条件）做出了选择并对选择依据加以说明，并发现了反应条件对化学品的实际工业生产的速率和平衡的影响是矛盾的，但小组内学习很难实现设计化学反应解决实际问题基本思路的总结。项目活动3学生选取工业制备硫酸、甲醇、二甲醚、乙烯等实例，通过查阅资料，通过阅读高难度博士、硕士论文，结合大量数据图表，研究了相应生产工艺流程、设备、化学反应的选择、化学反应适宜条件的优化，并将其与工业合成氨进行对比，总结出了单平衡体系和多平衡体系反应条件选择的差异性以及催化剂在化学品工业化生产中的关键作用。

2．成果评论与修订

师生共同评论与修订三个项目活动小组成果。对于项目活动1，基于学生研究成果教师继续提供学习支架引导学生思考：“对于△H>0，△S>0的反应，因为高温无法应用于物质制备或者工业生产了吗？高温问题能否解决？对于△H>0．△S<0的反应就一定无法应用于物质制备或者工业生产了吗？”等问题。基于研讨学生对化学反应的选择理论依据做出补充，指明了化学品工业生产化学反应的选择的理论依据是△G和化学平衡常数，事实依据是生产效率，经济效益等，并对化学反应进行的方向的判断方法加以肯定，拓展了利用反应的耦合实现将原本非自发进行的化学反应以新的途径用于物质制备和工业生产。学生对化学动力学原理有了深入理解，打破了原有思维的束缚，在复杂的实际问题解决面前学会利用反应耦合原理解决工业生产的实际问题，高阶思维带动低阶思维，提升了问题解决能力。项目活动2的评论与修订中，教师首先引导学生对速率和平衡对化学反应的影响出现矛盾时，当理论分析和工业生产实际产生矛盾时，我们应该怎么做？这一问题进行交流研讨，之后再尝试总结设计化学反应解决实际问题基本思路。通过组间的思维碰撞，学生共同对成果做出补充：“当速率和平衡、理论分析与工业生产实际矛盾时，从实际生产成本、经济效益、社会效益出发做出选择，一般选择适当加快化学反应速率。”结合项目活动1学生从物质转化以及反应的方向、限度、快慢等多个角度综合分析、调控化学反应，初步总结出解决工业生产实际问题的基本思路，概括为热力学可行、动力学有利。同时学生也了解了氨的工业生产实现过程中需要解决的问题困难重重，但科学家和工程师们通过不懈的努力和勇于探索、敢为人先的科学精神攻克难关实现氨的工业生产的艰难历程。项目活动3的开展对学生而言难度较大，教师通过线上、线下相结合的方式为学生提供学习支架，引导学生对比合成氨与选取生产实例的差异，多平衡体系中应重点考虑的因素等问题进行思考，并在评论修订中加以补充，形成较为完整的解决实现化学品工业生产这一问题的基本思路（如图1）。还在研究成果基础之上引导学生结合工业合成氨，梳理化学品工业生产的理论分析与实验室研究、工业生产一般差异，并说明理论研究如何转向实际工业生产，形成差异对比分析图（见图1）。

3．成果及学习实践评价

师生依据评价量规对各小组研究成果进行评价打分，选取排名前3的小组成果及逆行评论修订和公开展示。

五、项目反思与总结

项目化学习开展尾声阶段，各项目组从成果评价中吸取经验，进行成果完善，结合小组间评价进行自我反思。主要从项目方案、分工的制定、实施过程中成员参与程度、突破性进展及成果、展示阶段的表现、交流展示后的成果再修订等方面进行自我评价，对自己的感知、记忆、思维等认知活动本身的再感知、再记忆、再思维，实现学生对认知的认知。

六、教学反思

本项目的开展是在学科教学中渗透职业生涯教育，以人工固氮切人，探讨化学品的工业化生产，使学生处于看似不同却又相同的一系列的真实问题解决情境中，旨在促进学生深度学习。在项目开展过程中，学生对化学反应速率及平衡、化学反应调控等学科大概念有了深度的理解，能够运用相关知识解决实际问题，并且可以将知识进行迁移应用；学生的发现问题、分析问题、解决问题能力，数据图表处理能力，决策、判断、表达能力，归纳总结能力等都有很大程度的提高；学生对化学工程师这一职业有了新的认识，或是充满敬意和崇拜，或是感叹他们的创新、创造带给人类的福音。总结来说，该项目的开展在渗透职业教育的同时促进了学生核心素养的发展，为促进学生成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人起到了积极作用。

参考文献

[1]夏雪梅．在学科中进行项目化学习：学生视角[J]．全球教育展望，2019，48（2）：83-94.

[2] 张杨．中学物理教材中职业生涯教育内容的建构[D].武汉：华中师范大学，2015．

[3] 夏雪梅．学科项目化学习设计：融通学科素养和跨学科素养[J]．人民教育，2018 （1）：61-66.

[4]中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[5]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心．普通高中教科书·化学选择性必修I[M]．北京：人民教育出版社，2020.