基于跨学科项目式学习的教学实践

摘" 要：本文从生活问题“生活中如何获得氧气”出发，确立“制作简易制氧机”为项目式学习主题，基于项目式学习模式和跨学科实践等理念，从“项目规划”“寻找制氧剂”“解读真实制氧机”“设计制氧机”四个教学环节出发，搭建学习支架，组织跨学科项目式学习活动，基于SOLO分类理论设计项目研究评价量规，进行深度学习的表现评价。基于跨学科项目式学习的教学实践将化学知识、工程技术等融入真实问题情境中，让深度学习在化学课堂真正发生。

关键词：项目式学习；跨学科实践；深度学习；初中化学；简易制氧机

文章编号：

1008-0546（2024）14-0022-05

中图分类号：

G632.41

文献标识码：

B

一、

在项目式学习和跨学科实践中推动学生深度学习的发生

项目式学习（Project Based Learning，简称PBL）也称任务驱动教学法或行为引导教学法，源于杜威（John Dewey）的“做中学”，由杜威的学生克伯屈（William Heard Kilpatrick）在1918年提出。［1］深度学习是在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。［2］深度学习注重知识理解与批判、联系与构建、迁移与应用。同时，深度学习是培养高阶思维和能力的摇篮，是培育核心素养的重要途径。教师应以何种策略有效促进学生的深度学习？ 研究表明，“项目驱动”“做中学”理念与“跨学科实践”主题内容有很多共同之处，在完成真实的项目任务时，通常不可避免地融合多学科的知识。与此同时，项目式学习中“项目任务”与深度学习中“挑战性的学习主题”具有相同的价值取向。

二、

基于项目式学习的教学设计

1. 项目主题

《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称《初中新课标》）中五大学习主题之一“化学与社会·跨学科实践”包括以下主题内容：①化学与可持续发展；②化学与资源、能源、材料、环境、健康；③化学、技术、工程融合解决跨学科问题的思路与方法；④应对未来不确定性挑战；⑤跨学科实践活动。［3］这一变化凸显化学课程的跨学科性和实践性，落实科学态度与责任素养的发展，加强化学与技术、工程的融合，在跨学科实践活动中发展学生正确的价值观、必备品格和关键能力。［4］基于深度学习、项目式学习、跨学科实践等文献的研究学习，笔者以“制作简易制氧机”为例，阐述深度学习视域下融合跨学科实践的项目式学习的教学实践。

2. 项目目标

本次项目式学习教学目标具体如下。

（1）通过对家用制氧机有创意地设计和改造，体会化学工艺制作过程，了解实验室制取气体的基本思路和一般方法（原理和装置），培养分析推理和实验设计的能力，发展科学探究与创新意识核心素养。

（2）学生进行实验探究并参与化学制作，激发学习化学的兴趣，培养合作意识和勤于思考的科学品质，发展科学态度与社会责任核心素养。

（3）初步认识家用制氧机装置并从四个角度（化学反应、定量、化学装置、工程技术） 进行思考和设计家用制氧机装置。 建立定量认识化学反应的两个基本角度（比例关系和守恒关系），发展证据推理与模型认知核心素养。

3. 教学流程

本项目由四个教学环节构成，任务线、活动线、深度学习线贯穿整个教学流程，如图1所示。

4. 学习评价

SOLO（Structure of the Observed Learning Outcome）分类评价理论是比格斯建立的一种学生学业评价方法。［5］该方法通过被评价者完成同一项目任务的质量来度量学生解决问题时的思维发展水平，这意味着判定学生不同思维水平的依据是完成同一项目任务的质量。根据SOLO分类评价理论，学生完成同一项目任务的思维高度由低到高可以划分为五个层次，分别是前结构水平、单点结构水平、多点结构水平、关联结构水平、拓展抽象结构水平，具体如图2所示。前三个层次是定量阶段，后两个层次是定性阶段。

基于SOLO分类评价理论，笔者将“制作简易制氧机”项目中学生通过学习达到的思维层次进行水平划分与描述，形成深度学习观测点，具体如表1所示。

三、

基于项目式学习的教学实施

1. 环节一" 项目规划

［创设情境］展示一款制氧浓度大于90%的可穿戴便携式制氧机。

［教师］在上述情境中制氧的方法是什么？

［学生］该制氧机可制得的氧气浓度高，且为可穿戴便携式。上述情境中制氧的方法可能是过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气。

［教师］除了利用制氧机进行快速制氧，你还能列举出哪些需要制氧机的场景？制氧机是怎样制作的？

［学生1］头痛时，可进行日常吸氧保健；医疗急救、高原反应、航空航天等方面也需要制氧机。

［学生2］我们组尝试拆解了一个制氧机，并提出了以下三点问题：①制氧机的原理（药品）是什么？②氧气发生装置、收集装置与制氧机的位置是怎样的？③怎样进行一体化设计？

［小结］归纳拆解制氧机时需要考虑的问题，如图3所示。从反应原理、定量计算、化学装置、工程技术等多角度感受制氧机，形成思考模式，规划项目，如表2所示。

2. 环节二" 寻找制氧剂

［教师］制氧机获得氧气有哪些途径？请评价哪些途径是可行的。

［学生1］工业上，分离液态空气。

［学生2］由于降温加压，投资高、能耗大，设备安装操作复杂，因此分离液态空气不可行。通过查阅资料认为电解水制氧、化学试剂制氧等方式可行。

［学生3］拆解制氧机时，没有发现供电装置，电解水制氧不可行。我们认为利用化学制氧剂来制得氧气可能性最大，经查阅资料，化学制氧剂及原理如表3所示。

［教师］根据制氧剂的使用方法和用量指南可知，我们不仅要寻找制氧剂，而且需要定量地寻找制氧剂。请小组讨论：5g过氧化氢可以产生多少氧气？并说出解决问题的思路。

［学生1］我们利用元素守恒直接计算5g过氧化氢中氧元素的质量。

［学生2］利用元素守恒是个很好的方法。但是在此问题中不可行，因为过氧化氢分解产生的生成物中水和氧气都含有氧元素。我们组根据化学方程式2H2O22H2O＋O2↑提供的质量定比关系，求出氧气的质量。

［学生3］利用质量守恒定律进行实验，称量反应前物质的总质量和反应后物质的总质量，两者之差就是氧气的质量。

［小结］通过设置定量选择制氧剂的任务，同学们利用元素守恒、定比关系和质量守恒定律选择制氧剂，查阅资料了解制氧机的原理、思考定量选择制氧剂的思路、小组评价思路的合理性等活动，逐步落实利用化学原理、定量角度设计制氧机。

3. 环节三" 解读真实制氧机

［教师活动］展示化学制剂制氧机结构示意图（见图4），结合过氧化氢溶液制取氧气所使用的实验装置（见图5），综合使用注意事项中的信息猜测制氧机可能的制氧反应原理，分析制氧机各部分的作用。

［学生1］我们组分析制氧机各部分的作用如图6所示。右仓对应制氧的发生装置，称之为反应仓；左仓对应制氧的收集装置，称之为收集仓。

［学生2］我们观察到反应仓塑料壳外有春季、夏季和冬季三种水位线。我们查阅资料得知在制氧机工作过程中，夏季温度高，反应速率快，稀释反应物浓度，水位线高；冬季温度低，反应速率慢，增大反应物浓度，水位线低。

［学生3］我们组发现左、右两个仓的空间大小不同，我们组认为仓的空间大小只要满足要求，整体空间是越小越好。

［小结］通过查阅制氧机信息将化学装置与制氧机结构进行关联的任务，学生进行解读制氧机原理、装置的活动，逐步完善从装置、工程技术角度设计制氧机。

4. 环节四" 设计制氧机

［教师］请各小组展示设计的制氧机。

［学生1］我们组设计了两个装置，如图7（a）所示。右边的装置为一次性制氧装置（塑料瓶），方便快捷；左边的装置是将塑料瓶换成锥形瓶，再加一个注射器。一方面，锥形瓶的底面积较大，更稳固；另一方面，加一个注射器能够控制反应速率。

［学生2］我们觉得上一组设计的思路很好，装置选材生活化、简单化。我们组设计的装置密封，A瓶用漏斗控制反应速率，B瓶润湿氧气，通过C处的水槽观察产生的气泡［见图7（b）］。

［学生3］我们觉得上一组已经有了给制取的氧气加湿的思维，在产品舒适度方面有了一定的突破。我们组除了考虑加湿的因素，还引入一个调节器，通过控制调节器，控制产生氧气的速率［见图7（c）］。

［学生4］我们组是将A剂（制氧剂）和B剂（催化剂）放在上、下两个瓶子中，通过挤压上瓶使A剂和B剂反应产生氧气［见图7（d）］。

［师生活动］各小组先派代表展示各组设计的制氧机实物作品，再由小组代表介绍本组产品的优缺点及使用方法，其他组学生边听边提问，由汇报人或本组其他成员回答。汇报完毕后，由其他组学生和教师根据项目完成、汇报及回答问题情况共同进行量化评价，评价量表如表4所示。

四、

教学反思

教学实践表明，通过“制作简易制氧机”项目，能够加强化学与技术、工程等方面的关联，实现《初中新课标》理念下的跨学科项目驱动。在课堂中，每个学生都有观察、动手、交流的机会，学生通过全身心投入项目，成为知识的主动建构者。通过本节课的学习，大部分学生的思维水平达到关联结构水平，有的学生甚至达到拓展抽象结构水平。学生不仅掌握了实验室制取氧气的方法、质量守恒定律等学科知识，还联系了实际的需求，考虑到产生氧气的速率和持续时间，实现了多学科知识融合和高阶思维参与的深度学习，将跨学科实践在化学课堂中落地。

项目式学习作为一种新的教学方式，由学生围绕具有挑战性的学习任务，开展以化学实验为主的多种探究活动，从化学观念的视角，运用证据推理和模型认知的思维方式，解决复杂实际问题。由此可见，融合跨学科实践的项目式学习是促进深度学习的有效途径，值得探索实践。

参考文献

［1］陈尚宝.基于STEM理念的初中项目式教学设计［M］.桂林：广西师范大学出版社，2020.

［2］刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养（理论普及读本）［M］.北京：教育科学出版社，2018.

［3］中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［4］侯肖，胡久华.在常规课堂教学中实施项目式学习——以化学教学为例［J］.教育学报，2016（4）：39-44.

［5］卢天宇.SOLO分类理论对思维可视化的应用评价启示——以初中化学“物质及物质分类”的教学为例［J］.教学月刊·中学版（教学参考），2017（Z2）：15-19.