在“教”“学”互动中促进深度学习——以高中化学“暖贴的设计与制作”项目化学习为例

戴克华|浙江省春晖中学

陈琳琳|浙江省绍兴市上虞区教师发展中心

当前，旨在强化学习能力、实践能力、创新能力和社会责任的深度学习受到了前所未有的关注，许多学者从不同角度对其进行了界定，如：深度加工学科知识的学习[1]；深度迁移知识与技能的学习[2]；深度体验知识创生过程的学习[3]；深度整合过程与行为的学习[4]。在实际教学中，深度学习就是让学习真正地发生，即在真实问题的驱动下主动学习，培养高阶思维，实现核心素养的落地。而项目化学习是一种建构性的“教”与“学”的方式，其项目推进的过程，就是学生学习活动真实发生的过程。

所谓项目化学习，就是教师将学生的学习任务项目化，指导学生基于真实情境提出问题，并利用相关知识与信息资料开展设计、研究和实践操作，最终解决问题并展示和分享项目成果。其观点或概念可概括为四个要素，即“目标（学习任务）—主题（真实问题）—形式（合作探究）—目的（深度学习）”，而“教”与“学”的互动可以在项目化学习实施的四个阶段（确立项目主题、确立项目学习目标、确立项目学习流程、实施项目）得到充分的展现。

下面，笔者以人教版普通高中教科书《化学》选择性必修1“研究与实践”栏目中的“暖贴的设计与制作”为例，阐述促进深度学习发生的项目化学习实施流程。

一、基于生产、生活中有价值的真实问题解决确立项目主题

开展项目化学习的前提是选择项目，选择原则是真实而有价值。真实，即情境要贴近学生的生活实际，或者是生产、生活中实际存在的问题、出现的变化等；有价值，即项目要具有学科核心知识，能挖掘出承载思维活动的驱动性问题，最终能够帮助学生自主建构相关思维模型或深化已学理论模型。“暖贴的设计与制作”项目是面向高二学生开发的学习案例，以“能量守恒观”“结构决定性质”为大概念，基于“化学反应与热效应”“化学反应与电能”的大单元教学背景，以“化学反应速率的调控”为核心知识，通过实际生活中有价值的真实问题解决，实现以驱动性问题为主线的学生活动探究，从而促使深度学习的发生，提升并呈现学生的学习力。

二、基于学科核心知识和素养的落实确立项目学习目标

项目化学习中，教师要根据学科核心知识和素养的要求，将选定项目拆解成几个子项目，串联起“知识线”和“活动线”，从而形成该项目的学习目标。“暖贴的设计与制作”项目化学习目标详见表1。

三、基于思维进阶的驱动性问题解决确立项目学习流程

在选定项目的基础上，针对核心知识和真实情境提出思维进阶的驱动性问题，是分解项目并为学生搭建探究阶梯的重要步骤。因此，教师在分解项目时，要重点考虑将涉及的核心知识提取成本质问题，并转化为探究过程中的驱动性问题，然后在问题驱动下引导学生形成高阶思维，实现深度学习。

在“暖贴的设计与制作”项目化学习中，笔者以“如何制作一个优质暖贴”为驱动性问题，引导学生开展学习研究。其流程详见图1。

表1“暖贴的设计与制作”项目化学习目标

图1“暖贴的设计与制作”项目化学习流程

四、基于互助合作和评价反思的深度学习模式实施项目

互动合作的学生活动是项目实施的基础，学生需要按照子项目分组进行分析、研究、实验。项目化学习中，更重要的学生活动是交流反馈、评价反思，学习成果的分享和评价必须覆盖全过程。下面，笔者对三个子项目的师生合作活动进行详细介绍。

（一）子项目1：暖贴的成分探究

学生根据教师提供的学习支撑（资料），对暖贴成分的作用进行分析，在研究过程中形成“能量守恒观”以及“结构决定性质”的大概念。

【情境资料1】提供暖贴实物，成分表显示暖贴的主要成分有铁粉、活性炭、食盐、蛭石、吸水性树脂等。

【驱动问题1-1】请结合金属腐蚀的原理分析暖贴的发热原理。

【实践活动1-1】学生交流讨论后得出结论：

【驱动问题1-2】原电池是一种化学能转化成电能的装置，该过程的能量转化方式是什么？

【实践活动1-2】学生交流讨论后得出结论：化学能可转化为热能。

【教学评价1】让学生利用已有的知识分析生活中的真实问题，激发学习兴趣，使其形成能量守恒的大概念。

【情境资料2】蛭石是一种天然、无机、无毒的矿物质，属于硅酸盐。它在高温作用下会膨胀，内部会形成细小的空气隔层。

【驱动问题2】蛭石的作用是什么？

【实践活动2】学生交流讨论后得出结论：要使温度降低缓慢，可使用矿物材料蛭石来保温。

【教学评价2】利用无机非金属材料的知识理解辅料蛭石的保温原理，形成“结构决定性质”的大概念。

【情境资料3】吸水树脂是以丙烯酸钠为单体，在引发剂和交联剂存在下经沉淀聚合形成的水不溶性聚合物。其制备原理详见图2。

【驱动问题3】吸水树脂为什么能吸水？聚丙烯酸钠也具有强吸水性，为什么要加入交联剂，形成网状结构？

【实践活动3】学生交流讨论后得出结论：—COONa是强吸水基团；防止吸水树脂溶于水。

【教学评价3】利用有机高分子知识理解高分子吸水树脂的保湿原理，形成“结构决定性质”的大概念。

图2吸水树脂制备原理

（二）子项目2：暖贴发热原理解析及实验探究影响发热的因素

学生在“发热原理”分析研究的基础上，紧紧围绕“化学反应速率调控”这个学科核心知识，运用“变量控制”的实验思想，多角度探究各种因素对反应速率的影响。

【实验1】利用温度数字化实验仪器测定Fe-NaCl(aq)-C原电池发热效果。

【驱动问题1】温度变化为什么不明显？如何加快反应速率？

【实践活动1】学生交流讨论后得出结论：反应速率比较慢，热量不容易累积，所以温度变化不明显，可以从电极材料、电极距离、电极表面积、电解质种类、电解质浓度、供水材料、供氧材料等角度来加快反应速率。

【实验2】验证电极材料对发热效果的影响。

【驱动问题2】从温度传感器测定的数据可知，以铝作电极材料比用铁作电极材料的发热效果明显要好，但是商用的暖贴却都以铁粉为原料，其原因何在？

【实践活动2】学生从化学原理工业应用的要求角度，分析出“反应太快，不可控，持续时间短；价格比较贵”等因素，树立理论联系实际的学科价值思维。

【实验3】探究NaCl溶液的浓度大小对发热效果的影响，数据如下。

1%NaCl溶液，最高温度27.8℃；

5%NaCl溶液，最高温度28.7℃；

10%NaCl溶液，最高温度29.5℃；

15%NaCl溶液，最高温度27.9℃。

【驱动问题3-1】随着氯化钠溶液浓度的增加，发热效果（最高温度）经历了先增后减的过程，请解释原因。

【实践活动3-1】学生交流讨论后得出结论：影响吸氧腐蚀速率的因素是多样的。在NaCl浓度较低时，电解质溶液的导电性影响占主导，浓度增大，吸氧腐蚀速率加快，发热效果增强；在NaCl浓度较高时，电极（正极）反应物O2（溶解氧）浓度影响占主导，浓度增大，氧气溶解度减小，吸氧腐蚀速率减慢，发热效果减弱。

【驱动问题3-2】为什么随着NaCl溶液浓度的增加，溶解氧的浓度开始减小？

【实践活动3-2】学生交流讨论后得出结论：氧气为非极性分子，NaCl溶液为极性溶剂，随着NaCl浓度增大，溶液极性增强，氧气溶解度降低。

【教学评价4】学生在探究、分析、交流后得出该反应体系中电解质浓度的改变还会引起溶解氧含量的改变，即实验并非在“单因子变量”的条件下进行，因此出现认知冲突。这可让学生在认知冲突中发展批判性思维，并在问题解决中建立量变到质变的观念。

【实验4】探究铁粉颗粒大小对发热效果的影响。

反应物配比相同的条件下，探究铁粉颗粒大小对暖贴发热最高温度及最高温度维持时间的影响。实验分组详见表2。

表2实验分组

学生分组实验结果详见图3（说明：这里的纵坐标“温度”为反应的“最高温度”）。

图3铁粉颗粒（目）数增加对发热效果的影响

【驱动问题4】为什么随着铁粉颗粒逐渐减小，反应物接触面积逐渐增大，暖贴发热最高温度呈现先增后减的情况呢？

【实践活动4】学生交流讨论后得出结论：随着铁粉颗粒变小，反应物接触面积增大，反应速率加快，最高温度上升；但当颗粒减小到一定程度后，内部铁粉由于包覆作用而不能与氧气充分接触，导致反应速率变慢，最高温度下降。

【教学评价5】学生在探究、分析、交流后得出该反应体系中铁粉颗粒大小的改变还会引起氧气进入量的改变，即实验并非在“单因子变量”的条件下进行，这让学生再次出现认知冲突。激发学生在认知冲突中解决问题，能培育其“证据推理与模型认知”以及“科学探究与创新意识”等方面的核心素养，最终实现以培养高阶思维为目的的深度学习。

（三）子项目3：制作更优质的暖贴

子项目3在子项目2探讨交流的基础上，选择合适的原料配比制作暖贴，然后用温度传感器测定发热效果，并与市售暖贴进行对比，从而建构起运用项目化学习解决真实问题的思维模型，详见图4。

图4运用项目化学习解决真实问题的思维模型

由图5可知，在项目化学习中，教师需要做到以下四点：（1）基于核心知识的运用与发展确定项目，将其分解成子项目并确定学习目标；（2）提取本质问题，将其设计成思维进阶的驱动性问题；（3）提供学生探究过程中的学习支撑，帮助学生形成高阶认知；（4）进行阶段性教学评价和成果评价。学生需要在驱动性问题的指引下，在各子项目活动中主动思考、自主探究、合作交流、处理信息、完成实践、反思改进、形成成果。整个项目化学习过程可概括为六个维度，详见图5。

图5项目化学习过程的六个维度

项目化学习中的这种“教”与“学”的互动模式，既是深度学习的落地途径，也是新课程教学课堂改革的出路所在，还是高素质和创新型人才培养的基础模式，能有效促进学生学科思维的形成和学习能力的培养。

项目化学习是由人类活动系统化衍生而来的，它的实施进一步加深了知识系统化、程序化、模型化的发展，为思维建模和学科素养的发展提供了很好的活动载体。它不但是一种学习方式，也是一种教学模式，还是一种课程形态。在这种课程形态中，作为学习主体，学生应先建构学习共同体，再利用教师提供的学习工具作支撑，在一定的规则内与知识客体产生联系，然后通过系统互动进行深度理解和辨析，产生新的知识客体或猜想，并以此推动潜在的客体共享、衍生，促进新情境问题的解决，最终让深度学习真正发生。