科学微项目化学习驱动性问题的设计与实施

摘 要： 微项目化学习基于真实情境，生发驱动性问题，在问题解决中建构概念，发展迁移、创新思维。学习过程中具有真实性、进阶性、挑战性的驱动性问题的设计是关键。依托若干个微项目案例，阐述初中科学课堂教学中驱动性问题的设计思路、实施策略及实践反思，以期对指向核心概念的科学微项目化学习有所启示。

关键词： 驱动性问题; 核心概念; 微项目; 初中科学

文章编号： 10056629（2024）12003106

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）实施以来，项目化学习成为发展科学核心素养的重要的课堂教学方式之一。项目化学习有不同的课程样态，从小到大可分为：微项目化学习、学科项目化学习、跨学科项目化学习、超学科项目化学习［1］。微项目化学习是指以不改变课时为前提，为学生提供15～20分钟的时长段或分段性项目任务，是一种可操作性较强的短课时项目。它的核心价值取向和设计思路与其他课程样态是一样的，但由于一节课很难进行完整设计，通常只取其中的驱动性问题、探究性实践、社会性实践这几个要素［2］。驱动性问题需要联系学生的生活经验和原有认识，引导学生共情入境，鼓励学生积极寻找问题的解决方案并作出计划，持续开展探究，实现深度学习。

我们通过问卷星对初中科学教师开展“我对项目化学习驱动性问题的认识”的调查，发现“没有合适的驱动性问题”是开展科学项目化学习的主要阻碍之一。同时，情境素材太少且零散，无法科学表达是设计驱动性问题的难点。因此，探讨“如何设计高质量的驱动性问题”“如何开展基于驱动性问题的课堂教学”等问题，对当前持续、深度地推进项目化学习，促进核心概念的理解和建构具有一定的现实意义。

1 驱动性问题的设计思路

项目化学习应有一个指向长期学习效果的实施框架。本文以低结构问题驱动学生探索（L），教师高结构的指导/练习（H）作为微项目化学习实施的框架结构［3］。驱动性问题应处于学生的最近发展区，顺应各阶段的学习轨迹。它能统摄若干子问题，层层推进，由浅入深地引出指向核心概念的任务群，如图1所示。

因此，驱动性问题并不是凑合散点的情境，也不是简单地提出问题，而是一段促进学生建构核心概念的认知序列。它需要一套科学严谨的设计思路，如图2所示。

1.1 确定核心概念

项目化学习中关于概念性知识的学习，本质都是核心概念的再建构。学生在新情境中思维迁移，运用核心概念，发展素养是每个项目的目标［4］。“课标”给出了13个核心概念和4个跨学科概念［5］。确定微项目学习的核心概念，解构学习内容与要求、学业要求，才能形成课堂教学的具体素养发展目标。

以九年级上册第2章第2节“探究铁钉锈蚀”为例，教材意在以“铁”为砖，引出金属的锈蚀条件及防锈方法，隐含了由特殊到一般的迁移思维。因此，本节课的教学目标是以铁的化学性质为主线，探究铁锈蚀的条件及现象，以此制作暖贴，引导学生从不同角度看待金属锈蚀，唤起社会责任，具体见表1。

再以九年级上册第一章“酸碱盐复习”为例，涉及的概念较多，内容跨度较大。笔者认为，从微观的角度提炼反应的本质，归纳反应的变化规律，进行演绎应用，才能帮助学生构建物质间的转化关系网络。因此，本节课的教学目标是学生能根据不同的现象，猜测离子的存在，选择合适的试剂检验离子并除去杂质离子，形成物质的结构、性质与用途的知识网络，更好地服务于化工技术，具体见表2。

1.2 预设项目化学习成果

根据逆向思维，以项目成果为目标能激励学生持续探究。美国巴克教育研究院开发了PBL项目库，安德鲁·米勒依据项目成果的导向作用将驱动性问题分为三类：哲学/争议导向、产品导向与角色导向［6］；而从功能上，驱动性问题又可以分为探究型驱动性问题和解释型驱动性问题［7］。为了包容不同类型学生的学习差异，可以用不同的方法、实践和成果回应驱动性问题。基于问题情境，一个驱动性问题有很多可能的成果，也有很多种成果的表现形式。夏雪梅将其分为两大类：强调“做和表现”的制作表现类和强调“说和写”的解释说明类。这两类成果可以同时产生，共同指向核心问题的解决和核心知识的深度理解，也可以单独产生［8］。

比如制作一个暖宝宝就是属于制作表现类成果，从材料的选择与配比可以直接体现学生对“铁锈蚀的条件与现象”核心知识的理解，但在制作之前也需要学生基于证据进行推理，通过与“测量空气中氧气的体积分数实验”对比论证，建立“测定某一气体体积”的实验模型等一系列实践活动来解释暖宝宝为什么能快速发热，以及怎样控制放热速度形成一份解释说明书。而像设计废液成分的鉴定方案，或已知废液成分后设计除杂回收氯化钠的方案这些项目化学习过程中生成的佐证材料则可以通过文本或口头报告展示出来，形成单独的解释说明类成果。

1.3 提出微项目驱动性问题

驱动性问题的提出或发生，是依赖于合适的学习情境。学习情境的创设应基于教材、学习目标及预设成果，可以是真实生活情境，也可以是虚拟环境，但所指向的核心概念和技能是真实的，解决问题的思维方法可以是迁移的。我们制定驱动性问题表达的框架为“情境+主体+指向+行动+目的”，如图3所示。

比如，为建构“金属的化学性质与用途”的概念体系，以探究生活中暖宝宝贴、暖手宝、蒸汽眼罩等工作原理为情境，驱动性问题表达为：为了应对寒冷的冬天，我们如何利用铁粉、食盐、活性炭和水制作一个暖贴，并设计一份使用说明。再比如，为系统建构“酸碱盐的性质”，以验证碱的性质实验操作后产生的废液为情境，驱动性问题表达为：假如你是一名实验员，面对研究碱的性质实验后产生的废液，你会怎样验证废液的离子成分并设计一个废液回收处理方案。

类似课例还有如建构“人的呼吸系统”时，以肺炎病人肺部功能受损为情境，驱动性问题表达为：假如你是一位医疗器械设计师，你如何为肺炎患者设计替代装置？为建构“物质的运动与相互作用”这一核心概念下“光的传播”规律，以菲律宾马尼拉贫民窟很多人家因为没有窗户，白天屋子中的光线非常差为背景，驱动性问题表达为：基于贫民窟房子采光差的现实，我们如何设计照明方案，达到低成本、高效果、安全、防水、美观等要求，以保障居民的正常生活。

1.4 设计进阶性子问题

各环节的子问题其实就是为解决驱动性问题而搭建的支架，它们环环相扣，逐级进阶。高效的微项目化学习要求每个子问题指向的概念要清晰准确，其往往包含四个任务：创设问题情境，指向核心概念；结合已有经验，关联核心概念；开展探究实践，建构核心概念；解决实际问题，深化核心概念。

要制作一个暖贴并设计使用说明，属于产品导向的探究型驱动性问题，需要以下四个子任务作支架，如图4所示。

利用废液处理情境复习酸碱盐知识，为此，设计了一个角色导向的解释型驱动性问题，具体的任务支架如图5所示。

2 驱动性问题的实施策略

课堂教学中的驱动性问题是推动项目进行的关键，通过对其子问题的进阶解决，逐步建构核心概念，

逐渐达成素养发展的目标。基于驱动性问题的课堂教学往往需要经历以下四个主要环节：驱动性问题引领、二次表征驱动性问题、解决分解的问题链并完成项目、体现过程与结果的项目评价。学科知识是科学思维发展的载体，科学思维应随着学科知识的深入学习而得到同步发展，学科知识的掌握情况也是科学思维目标达成度的检验［9］。而科学思维总是体现在一定的活动过程中，问题解决是科学思维活动的普遍形式［10］。因此，指向核心概念的项目化学习应当以思维培养为核心目标，辐射到其他素养发展，以此来整合多维素养的协同发展。我们发现不同导向与性质的驱动性问题在实施过程中能够培养学生不同的思维方式。

2.1 以问题的二次表征显化思维进阶历程

驱动性问题具有一定的复杂性，我们需要将问题解决过程中的问题重新表征，拆解为问题解决者能够理解的若干逐级进阶的问题链，以显化思维进阶历程。

以暖贴的制作微项目为例，采用探究教学策略，由“如何利用铁粉、食盐、活性炭、水、无纺布等材料制作一个暖贴，并设计一份使用说明”驱动整体项目的开展，再通过“探究发热原理→了解如何快速发热→动手制作暖贴并设计使用说明→迁移金属锈蚀的应用与危害及如何防锈”构成的进阶问题链，生发四个外显化任务群，具体实施策略如表3所示。

2.2 以问题的分析解决建构概念网络体系

学生通过任务群及问题链的启发，主动分析问题、解决问题，逐步关联和联结知识形成网络体系，并建构某一类问题的解决模型。

处理废液微项目作为一堂复习课，除了需要有核心概念的回顾与应用，还需要总结提炼出一套物质检验与除杂的模型。本节课采用“归纳·演绎”模式设计驱动性问题与任务群，教师不断用问题激活学生的前概念，启发构建检验与除杂的思维模型，具体实施过程见图6。

2.3 以问题的迭代升级导向概念的迁移应用

在以“工程设计与物化”为核心概念引领下的微项目化学习，除了涉及产品的迭代更新也可以是思维的迁移应用。为迁移应用气体除杂相关核心概念，设计一节“制取纯净CO2”课例，如图7所示。本节复习课以学生已经具备相关的二氧化碳、水蒸气及氯化氢等物质性质为基础，根据制备纯净CO2的需求，设计气体除杂装置，最终迁移至工业制取或回收提纯CO2工艺。这是在学生元认知上完善、升级、创新的过程，是从局部到整体、从单一到多元的思维过程。

3 驱动性问题的实践反思

驱动性问题能与学生的情绪引起共鸣，激发学生的求知欲，提升学生的思维品质。学生在亲历一个项目的探究后，能够积极地寻找问题的解决方案、计划，开展探究、记录和理解数据、收集证据和辩论观点，构建和共享学习成果。

3.1 深挖整合散点情境，提出驱动性问题

原始的情境往往是散点化的，往往映射某一个单点知识，一般只能成为生成驱动性问题的基本素材。当我们关注到某一情境时，就应该尝试继续深挖其内涵。我们不但要挖到情境中与课标相关的教学目标，还要挖掘情境与学生的情绪共振点，引起学生的共情，形成能促使他们主动入项的驱动性问题。提出的驱动性问题应能激发学生的探究兴趣和学习动机，具有教学可行性，对学生后续学习具有启发性。

3.2 关联指向核心概念，细化驱动性问题

学科项目化学习的首要特征是学科属性，它指向学科核心概念的整体理解。驱动性问题承载着对学科核心概念之间、学科核心概念与下位概念之间包括下位概念之间的关联和整合。因此，每一个驱动性问题都应明确所对应的核心概念，然后依据学生的认知规律，逐步分解形成若干子问题。驱动性问题与子问题拧成一条主线，如散文般“形散而神不散”，具备系统性、进阶性与挑战性，才能更好地促进深度学习。

3.3 科学甄选课堂问题，紧扣驱动性问题

项目化课程在设计时遵循着内在的知识逻辑和认知逻辑，这是预设的价值。但在实际教学中，学生的关注点并不是教师和教材所能穷尽的，若他们二次表征的问题是紧扣驱动性问题的，教师要鼓励他们深入下去。若他们的问题难度过高，那就需要教师及时介入他们的活动之中，指导和陪伴学生一起探究，这也是教学相长的过程。如果生成的问题指向与教学目标关联不大，教师也要善于引导学生学会取舍，关注有价值的科学问题。

3.4 多元表达项目成果，回应驱动性问题

项目成果的表述或表达是衔接每一个子任务，最终回答驱动性问题的显性展示。它能将学生的隐性思维显性化、科学方法结构化。学生表达展示项目成果，不仅使学生保持探究的激情，也是对他们核心素养发展情况的评估方法之一，形式应该多元化，可以是作品、方案、解释等。

参考文献：

［1］［2］［4］［8］夏雪梅. 项目化学习设计［M］. 北京：北京教育科学出版社， 2021：17，18，10，106.

［3］夏雪梅. 项目化学习的实施［M］. 北京：北京教育科学出版社， 2020：39.

［5］中华人民共和国教育部制定. 义务教育科学课程标准（2022年版）［S］. 北京： 北京师范大学出版社， 2022： 16.

［6］张玮逸， 刘徽. 项目化学习中驱动性问题设计的三种导向［J］. 上海教育， 2020， （26）： 34～37.

［7］何鹏. 项目式学习中驱动性问题的设计与实施策略［J］. 化学教育， 2022， （43）： 68～73.

［9］张尔华. 例谈初中化学教学中学生科学思维发展［J］. 化学教与学， 2023， （2）： 2～5.

［10］李红伟. 基于问题解决的科学思维培养教学策略思考［J］. 物理教师， 2023， （5）： 9～15.