指向深度学习的化学项目式学习

李惠云 武志刚

一、项目概要

1. 项目名称：《指向深度学习的化学项目式学习---以高二“原电池”为例》

2. 项目简介：

（1）时代背景：2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”目标下，开发安全可靠绿色环保的化学电池势在必行。

（2）学生学习的知识背景：高一化学中，学生已经接触过电化学知识，对原电池的工作原理有神秘感和探索欲望，同时对原电池有各种迷思和不理解，需通过自己动手设计原电池并测试原电池来解决各种迷思。

（3）原电池知识在指向核心素养的课标下具体要求是：“认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。了解原电池及常见的化学电源的工作原理。”与这部分知识相关的有两个必做实验，其中一个是制作简单的燃料电池。这部分内容的核心知识是原电池的工作原理，功能价值是转变迷思概念，帮助学生初步形成分析原电池工作原理的认知角度。

（4）教学设计思想：在生活实际中，学生能接触到多种化学电源，但与课本中学到的原电池差别很大，学生无法理解原电池真正的工作原理，所以很难学以致用地处理原电池的实际应用。笔者将原电池的工作原理的本质问题转化成学生感兴趣的问题，通过项目学习，帮助学生在做中学，让学生既能体会到原电池是怎么产生电流的，又能深刻领会现象背后蕴含的化学原理。

3. 项目的驱动问题：

分析“铜-锌-硫酸原电池”优缺点，选定一项缺点加以改进，制作出改进后的原电池。

4. 项目成果：

成果 个人 团队

阶段性成果 资料、模型图纸、或海报 实施方案和模型图纸

最终成果 模型图纸及研究报告 改进后的原电池

5. 成果公開方式：阶段作品在实验室陈列展出，最终作品在课堂的成果展示环节展出后录制成视频在学校公众号播放，同时在实验室展出一周。起到推广作用，促进学生相互学习。

二、项目实施过程

1.项目启动：

【创设情境】2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”目标下，开发安全可靠绿色环保的化学电池势在必行。从最原始的原电池到目前应用广泛的锂离子电池，是根据现实需求不断进行探究和创新的结果，新型电池需要体现出精简、绿色、高效等理念，认识原电池工作原理是设计各种性能电池的基础，在此背景下启动该项目学习。

2.确定核心知识与核心概念：

本次项目学习的核心知识是：原电池的工作原理，

核心概念是：闭合回路以及电流产生。

3. 提出任务：

驱动任务：分析“铜-锌-硫酸原电池”优缺点，选定一项缺点加以改进，制作出改进后的原电池。

4. 项目推进

【任务一】分析“铜-锌-硫酸原电池”优缺点，选定一项缺点加以改进。

【设计意图】基于对真实的实验观察和证据推理，证实“铜-锌-硫酸原电池”存在电流不稳定，放电效率差等缺点。培养学生证据推理与模型认知素养。

活动2：通过实验，确定本组的研究方向，进行小组内任务分解。

【设计意图】真实体验化学电池改进的思考过程和前期工作，提高学生解决实际问题的能力。本项目难度既有一定挑战性又不至于太难，能充分激发学生的研究兴趣。

【任务二】依据原电池原理设计方案

活动1：依据原电池工作原理确定本小组要改进什么，分析其可能性。

教师为学生提出的支撑性帮助是引导学生按照“想什么、改什么、做什么”来思考问题。

【设计意图】原电池原理是一个典型的化学原理模型。思考“改什么”可以帮助学生系统化、条理化地认识原电池的构成条件。

活动2：设计图纸，准备材料。

【设计意图】培养学生将理论知识转化为解决实际问题的能力，熟练实验基本技能，提升科学探究和创新意识的核心素养。

【阶段性成果】实验方案和装置图纸。

任务二集中体现STEM对于解决实际问题的指导意义，在原电池的模型认知下，通过已有的知识，运用合理的技术手段解决实际技术问题。

【任务三】实验探究和作品测试

活动1：组装改进的装置

【设计意图】使学生体会到研究和创作的获得感和成就感。通过对电极、电解质、化学物质的改进，培养学生的创新意识。帮助学生建构证据推理和模型认知思想。

活动2：对装置进行测试和改进。

【设计意图】从理论到实践，帮助学生体会根据现实的需要不断改进和创新的科研过程。在解决实际问题的同时，让学生既能真正体会到原电池是怎么产生电流的，又能深刻领会现象背后蕴含的工作原理。实现化学核心素养的落地。

【任务四】成果汇报展示总结反思

【设计意图】通过对作品的交流展示，培养学生严谨求实的科学态度和清晰流畅的表达能力。引导学生学习、借鉴和评价身边同学解决问题的思考方式和设计能力。让核心素养中的知识、能力培养与科学态度、社会责任真正融为一体。

学生自主总结、提炼出原电池的构成条件和工作原理。通过实践学生明白了改进原电池时可以改电极材料、电解液以及反应物质，但原电池的构成要素和工作原理是不会改变的。学生全方位认识到化学与我们生活的关系，培养了“科学态度与社会责任”的素养。

三、项目反思

学生方面：学生表现出极强的创造力。实施前，笔者预想到学生能够设计出双液电池、碱性电池和水果电池，没想到还能设计出氢氧燃料电池、固体电池以及氮氢电池。比如第4组多次改进后实现了用太阳能电池板电解水，并将产生的氢气和氧气组合成氢氧燃料电池。在整个项目化学习的过程中，学生表现积极主动，投入了极大的热情，主动安排分工，积极解决问题。学生在完成整个项目后各种能力均有提升。

教师方面：老师们惊讶地发现：是许多知识不再依靠老师反复讲解，学生就能水到渠成地理解了。今后的教学中寻找与生产、生活紧密联系的化学问题，笔者会设计更多的项目主题，让学生更多参与项目实践，形成积极的内在学习动机，真正落实化学学科核心素养。