鄧海英 張智

【摘要】本文對(duì)跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式在初中化學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行實(shí)踐探索，以“模擬自來(lái)水廠凈水器的制作”為項(xiàng)目主題，運(yùn)用系統(tǒng)思維挖掘項(xiàng)目背后承載的學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)安排，通過(guò)探究水質(zhì)影響因素、學(xué)習(xí)凈水的方法和自來(lái)水廠凈水過(guò)程、明確凈水方法和凈水材料、模擬自來(lái)水廠凈水器的制作、測(cè)試凈水器的凈水效果等項(xiàng)目活動(dòng)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生解決真實(shí)情境問(wèn)題的能力。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng) 初中化學(xué) 跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí) 凈水器的制作

【中圖分類(lèi)號(hào)】G63 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2023）01-0051-04

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》把科學(xué)探究與實(shí)踐作為化學(xué)學(xué)科所要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)之一?？茖W(xué)探究與實(shí)踐是指經(jīng)歷化學(xué)課程中的實(shí)驗(yàn)探究，基于學(xué)科和跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)形成學(xué)習(xí)能力；是綜合運(yùn)用化學(xué)等學(xué)科的知識(shí)和方法，通過(guò)一定的技術(shù)手段，在解決真實(shí)情境問(wèn)題和完成綜合實(shí)踐活動(dòng)中展現(xiàn)能力與品格。在實(shí)踐活動(dòng)中，對(duì)真實(shí)的情境問(wèn)題，學(xué)生可以綜合運(yùn)用不同學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行探究，從而得出問(wèn)題的解決方法或一系列結(jié)論。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種圍繞真實(shí)而復(fù)雜的情境問(wèn)題進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，以實(shí)驗(yàn)探究、小組合作等方式實(shí)施項(xiàng)目，以構(gòu)建學(xué)生知識(shí)體系、提升學(xué)生必備的學(xué)科技能、實(shí)現(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展為目標(biāo)的學(xué)習(xí)方式。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)致力于提高學(xué)生探究問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在單一的學(xué)科背景下，學(xué)生很難得到在復(fù)雜情境中解決問(wèn)題的體驗(yàn)。因此，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)能自覺(jué)運(yùn)用多門(mén)學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的學(xué)習(xí)情境，是設(shè)計(jì)與實(shí)施項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵?？鐚W(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種融合跨學(xué)科知識(shí)的綜合性、探究性深度學(xué)習(xí)方式。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題，從而建立整體知識(shí)觀、生活觀和世界觀，最終達(dá)到培養(yǎng)核心素養(yǎng)的目的。本文以“模擬自來(lái)水廠凈水器的制作”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為例，闡述核心素養(yǎng)視域下的初中化學(xué)跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

一、項(xiàng)目?jī)?nèi)容的選定

開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，首要環(huán)節(jié)是構(gòu)建一個(gè)有質(zhì)量的項(xiàng)目。項(xiàng)目的質(zhì)量直接影響學(xué)生在項(xiàng)目活動(dòng)中的參與程度，也將影響學(xué)生對(duì)項(xiàng)目所承載的核心知識(shí)的掌握情況。在初中化學(xué)學(xué)科內(nèi)開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，必須圍繞初中化學(xué)的核心知識(shí)進(jìn)行項(xiàng)目構(gòu)建，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的思想方法和學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。在項(xiàng)目構(gòu)建過(guò)程中，教師主導(dǎo)項(xiàng)目的整體方向：既要引導(dǎo)學(xué)生積極參與，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行深入思考，發(fā)現(xiàn)自己的興趣點(diǎn)和疑問(wèn)點(diǎn)，又要幫助學(xué)生從海量的素材中提取出適合學(xué)生學(xué)習(xí)的項(xiàng)目?jī)?nèi)容。項(xiàng)目?jī)?nèi)容的選定應(yīng)符合初中化學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)的特征、初中生的心理特點(diǎn)、所實(shí)施學(xué)校學(xué)生的基本學(xué)情以及資源保障條件等，確保項(xiàng)目的可操作性。項(xiàng)目?jī)?nèi)容還要符合初中階段化學(xué)學(xué)科知識(shí)的背景，保證來(lái)源于教材并高于教材，同時(shí)考慮多學(xué)科內(nèi)容的相互滲透。

例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)了人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)教材中的靜置沉淀、過(guò)濾、吸附、蒸餾四種凈水方法后，對(duì)水的凈化知識(shí)有了一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)，并大致了解了自來(lái)水廠的生產(chǎn)流程。初中生有很強(qiáng)的好奇心和探究欲，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣濃厚，具有一定的知識(shí)基礎(chǔ)和探究能力。針對(duì)水的凈化這一生活實(shí)際問(wèn)題，教師可以設(shè)計(jì)化學(xué)與生活緊密聯(lián)系的實(shí)踐活動(dòng)項(xiàng)目——模擬自來(lái)水廠凈水器的制作，鞏固學(xué)生對(duì)水的凈化知識(shí)的理解，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中逐漸形成保護(hù)和節(jié)約水資源的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和社會(huì)責(zé)任。該項(xiàng)目以水的凈化為主要探究?jī)?nèi)容，涉及水中污染物的分析、水質(zhì)的分析與檢測(cè)、水的凈化方法的選擇、凈水材料的測(cè)試與選擇、凈水器的設(shè)計(jì)與制作、水凈化后的水質(zhì)再分析、動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，融合化學(xué)、生物學(xué)和物理課程的相關(guān)知識(shí)。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中可以發(fā)展合作、創(chuàng)新、多角度分析和解決問(wèn)題的能力，在運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和簡(jiǎn)單工程技術(shù)的方法解決問(wèn)題的過(guò)程中促進(jìn)深度學(xué)習(xí)和知識(shí)的系統(tǒng)構(gòu)建。

二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路和學(xué)習(xí)流程

（一）項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)首先要明確該項(xiàng)目的元認(rèn)知和項(xiàng)目成果之間的發(fā)展區(qū)，把主項(xiàng)目拆分成一系列子項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習(xí)，解決問(wèn)題?！澳M自來(lái)水廠凈水器的制作”項(xiàng)目的具體拆分思路如圖1所示。

（二）項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程及其多學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)

“模擬自來(lái)水廠凈水器的制作”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)包括明確項(xiàng)目、設(shè)計(jì)項(xiàng)目和評(píng)價(jià)項(xiàng)目三個(gè)核心流程。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生將綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，以核心素養(yǎng)達(dá)成為終極目標(biāo)進(jìn)行活動(dòng)?！澳M自來(lái)水廠凈水器的制作”項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程如圖2所示。

“模擬自來(lái)水廠凈水器的制作”信息量大、跨學(xué)科且實(shí)踐性強(qiáng)，需要學(xué)生進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和系統(tǒng)探究，對(duì)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)操作要求較高。該項(xiàng)目使學(xué)生置身于真實(shí)情境中，先運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)對(duì)自來(lái)水進(jìn)行“把脈診斷”，再以化學(xué)知識(shí)模擬制作自來(lái)水廠凈水器的探究活動(dòng)為主線，最后運(yùn)用物理知識(shí)解決“多次凈化”問(wèn)題。教師根據(jù)學(xué)生已學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)如表1所示“水的凈化”多學(xué)科融合實(shí)驗(yàn)。

三、項(xiàng)目實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)是教師按計(jì)劃有序開(kāi)展項(xiàng)目，學(xué)生積極參與項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過(guò)程。項(xiàng)目實(shí)施中要注意以下兩點(diǎn)：第一，要嚴(yán)格按照計(jì)劃有序推進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施，若出現(xiàn)問(wèn)題，要及時(shí)記錄和分析，以便進(jìn)一步改善項(xiàng)目；第二，要注重項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程性評(píng)價(jià)。項(xiàng)目評(píng)價(jià)從學(xué)生參與項(xiàng)目主題的確定和驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的商討到最終項(xiàng)目成果的呈現(xiàn)，貫穿整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程。

“模擬自來(lái)水廠凈水器的制作”項(xiàng)目包含“分析影響水質(zhì)的因素”“科技館和水廠研學(xué)”“凈水方法和凈水材料的選擇”“設(shè)計(jì)水凈化模擬器的制作方案”“制作凈水器和成果展示”五個(gè)子項(xiàng)目，這些項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷完整的探究過(guò)程，將生物學(xué)、化學(xué)和物理知識(shí)融入問(wèn)題解決的全過(guò)程，幫助學(xué)生更深刻地理解化學(xué)與技術(shù)、工程、健康、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的密切聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)“知、情、意、行”相統(tǒng)一的學(xué)科育人目標(biāo)，切實(shí)提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（一）分析影響水質(zhì)的因素

教師創(chuàng)設(shè)“自來(lái)水生病”情境引發(fā)學(xué)生思考和討論，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)閱讀教材、實(shí)驗(yàn)觀察深入了解水質(zhì)的情況，從多學(xué)科角度分析影響水質(zhì)的因素：通過(guò)生物實(shí)驗(yàn)“用生物顯微鏡觀察自來(lái)水”了解水質(zhì)情況，通過(guò)化學(xué)知識(shí)“用肥皂水檢驗(yàn)水的硬度”了解水的硬度。教師把生活實(shí)際問(wèn)題帶進(jìn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)當(dāng)中，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得出水質(zhì)報(bào)告，為制作凈水器做好鋪墊。

（二）科技館和水廠研學(xué)

教師組織項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組利用周末去廣西科技館和大王灘污水處理廠進(jìn)行研學(xué)，利用文字、照片詳細(xì)記錄研學(xué)過(guò)程，匯總成兩篇有價(jià)值的研學(xué)報(bào)告并回歸課堂做分享匯報(bào)。師生先去廣西科技館參觀水凈化模擬器，學(xué)生腦海中初步形成實(shí)體化的凈水模型；再去大王灘污水處理廠參觀各種大型凈水設(shè)備，了解自然界中的水質(zhì)情況和實(shí)際生產(chǎn)生活中的凈水過(guò)程，從中培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注生產(chǎn)生活的意識(shí)，學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。學(xué)生在整理和形成研學(xué)報(bào)告的過(guò)程中學(xué)會(huì)了查閱資料、匯總信息，提高了信息處理能力，并在小組學(xué)習(xí)活動(dòng)中培養(yǎng)了合作意識(shí)和溝通交流能力。

（三）凈水方法和凈水材料的選擇

項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組在經(jīng)過(guò)污水處理廠的研學(xué)后，得到了一份水質(zhì)報(bào)告。教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活和化學(xué)知識(shí)分析水質(zhì)報(bào)告，討論和選擇凈水的方法和材料，達(dá)到凈化水的效果。

師：同學(xué)們?cè)趫?bào)告中列出了水中的主要污染物，用什么方法可以除掉水中的污染物？

生：沉淀、過(guò)濾、吸附、消毒、蒸餾。

師：生活中我們可以用哪些物質(zhì)作為凈水材料呢？

生：小石子、棉花、紗布、木炭、活性炭等。

（四）設(shè)計(jì)水凈化模擬器的制作方案

從明確項(xiàng)目到實(shí)驗(yàn)探究再到實(shí)地研學(xué)，進(jìn)階至構(gòu)建凈水模型，學(xué)生在教師的“問(wèn)題引導(dǎo)”下化學(xué)觀念和科學(xué)思維得到培養(yǎng)。教師在整個(gè)過(guò)程中主要起引導(dǎo)和輔助作用，激勵(lì)學(xué)生結(jié)合研學(xué)經(jīng)歷查閱資料或進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，大膽提出設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)綜合考慮多種因素分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

師：凈水的方法和材料找到了，同學(xué)們可以根據(jù)所學(xué)的凈水方法設(shè)計(jì)出凈水器的制作方案。凈水的方法那么多種，先進(jìn)行哪一個(gè)？普通凈水的五種方法都需要用到嗎？

生：可以參考自來(lái)水廠的凈水過(guò)程，按照凈水程度由低到高對(duì)水質(zhì)進(jìn)行凈化，先沉淀再過(guò)濾，然后是吸附消毒。生產(chǎn)生活中用不到蒸餾這一凈水方法。

師：那怎樣使每一步凈水方法連貫相通呢？

生：科技館的凈水模型采用階梯式設(shè)計(jì)，是不是可以利用水自身的重力使水流經(jīng)每一步凈水裝置？

師：若采用重力過(guò)濾，怎么控制水的流速？流速越慢凈水效果越好嗎？但是流速太慢也不符合生產(chǎn)需求。

生：要控制水的流速可以利用水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)。

學(xué)生分組活動(dòng)，從材料選擇、凈水效果、節(jié)能環(huán)保等方面展開(kāi)討論，得出了三種水凈化模擬器的制作方案，如圖3所示。第一種，重力過(guò)濾方案，如圖3（1）所示：6支具支試管和1支具支玻璃管呈階梯形排列，6支具支試管的支管向上橫放，試管與試管之間用導(dǎo)管連接，最上方的試管與水泵連接；最下方的具支玻璃管直立，支管連接漏斗，玻璃管下方連接接水池。試管從上往下依次放入凈水材料：顆粒狀大理石、石英砂、棉花、木炭、活性炭、二氧化氯。第二種，正壓過(guò)濾方案，如圖3（2）所示：6瓶試劑瓶豎直水平放置，用玻璃管和橡膠塞相連，玻璃管長(zhǎng)端進(jìn)水、短端出水。左側(cè)試劑瓶與水泵相連，右側(cè)試劑瓶塞上三孔膠塞，塞上分液漏斗，一端連接其他試劑瓶，一端與接水池相連。試劑瓶從左往右依次放入凈水材料顆粒狀大理石、石英砂、棉花、木炭、活性炭、二氧化氯。第三種，缸（盒）式梯級(jí)過(guò)濾方案，如圖3（3）所示：有機(jī)玻璃水缸左端上方連接水泵，右端下方連接接水池。有機(jī)玻璃水缸中一共分為6個(gè)池，隔板為兩層設(shè)計(jì)，靠近水泵一側(cè)的隔板一層由缸頂延伸向缸底，下方留有空隙，相隔一厘米的另一層則是由缸底延伸向缸頂，上方留有空隙，5處的兩層隔板留有的空隙從左至右逐漸增大。6個(gè)池中從左往右依次放入凈水材料顆粒狀大理石、石英砂、棉花、木炭、活性炭、二氧化氯。

（五）制作凈水器和成果展示

學(xué)生融合多學(xué)科知識(shí)和工程技術(shù)手段，通過(guò)動(dòng)手操作把方案轉(zhuǎn)化成實(shí)體成果。學(xué)生在動(dòng)手操作過(guò)程中，體會(huì)到水的凈化原理的實(shí)踐應(yīng)用，反思方案設(shè)計(jì)的不足和改進(jìn)措施，總結(jié)制作凈水器的關(guān)鍵要素。項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組根據(jù)準(zhǔn)備的相關(guān)儀器和凈水材料，選擇設(shè)計(jì)方案進(jìn)行凈水器的制作，得到如圖4所示的成果一和如圖5所示的成果二。

生：我們組按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行儀器組裝制作凈水器，組裝完畢后測(cè)試凈水效果，發(fā)現(xiàn)水還是渾濁的。

師：你們的凈水器設(shè)計(jì)很不錯(cuò)，但是凈水效果不佳，是什么原因造成的？

生：我覺(jué)得應(yīng)該是水流太快，凈水效果不明顯。

師：經(jīng)過(guò)處理后的水仍然有些許渾濁又該如何解決？

生：我們組打算把凈化后的水進(jìn)行二次凈化。

師：制作出的凈水器如果要實(shí)現(xiàn)多次對(duì)水自動(dòng)循環(huán)凈化，不用手動(dòng)重新操作，還應(yīng)該添加一個(gè)什么裝置？

生：增加一個(gè)水泵，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)流動(dòng)。

在制作和成果展示過(guò)程中，學(xué)生遇到問(wèn)題及時(shí)反思與糾正，通過(guò)反復(fù)測(cè)試對(duì)凈水器進(jìn)行修正、補(bǔ)充和完善，科學(xué)探究與實(shí)踐核心素養(yǎng)得到有效提升。在以上項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師注重學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)的多維評(píng)價(jià)，從中突顯學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效能。

四、項(xiàng)目反思

項(xiàng)目反思是教師和學(xué)生都需要參與的重要環(huán)節(jié)，是再一次改進(jìn)和完善項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程的過(guò)程。項(xiàng)目反思讓師生回顧整個(gè)項(xiàng)目的每一個(gè)環(huán)節(jié)，從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中積累經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)不足，加深對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)和理解，為下一次設(shè)計(jì)與實(shí)施更有質(zhì)量的項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。

在“模擬自來(lái)水廠凈水器的制作”項(xiàng)目中，學(xué)生討論和選擇生活中不同的凈水材料，教師沒(méi)有給予足夠的時(shí)間讓學(xué)生分析選擇的理由，也沒(méi)有給學(xué)生搭建選擇更優(yōu)凈水材料的模型，以至于未能在實(shí)驗(yàn)中對(duì)凈水材料進(jìn)行對(duì)比選擇。生活中可用于凈水的材料很多，學(xué)生最后主要參考人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第四單元課題2中的課外實(shí)驗(yàn)——簡(jiǎn)易凈水器，可見(jiàn)學(xué)生創(chuàng)新思維受到限制。在成果展示環(huán)節(jié)，凈水效果只能靠學(xué)生主觀感受，沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。如果設(shè)備條件允許，可加入電導(dǎo)率的測(cè)試檢驗(yàn)凈水效果，在方便凈水材料選擇的同時(shí)也可以更直觀地了解可溶性雜質(zhì)的最終去除效果，有數(shù)據(jù)的直觀比對(duì)，更有利于分析，也更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

在初中化學(xué)教學(xué)中實(shí)施跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)的生物學(xué)和物理知識(shí)，閱讀相關(guān)資料并從中提取信息，進(jìn)行多學(xué)科融合的項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化。在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，教師始終堅(jiān)持情境化問(wèn)題解決的教學(xué)方式，設(shè)計(jì)有層次的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。學(xué)生在不同的情境中靈活運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題，認(rèn)識(shí)到知識(shí)的應(yīng)用可源于教材并高于教材。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以學(xué)生為中心，尊重學(xué)生的探究活動(dòng)，學(xué)生在知識(shí)的獲取、整合、再處理以及對(duì)項(xiàng)目成果不斷完善的過(guò)程中培養(yǎng)了溝通交流、團(tuán)結(jié)協(xié)作、創(chuàng)新思維、分析和解決問(wèn)題的能力，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與實(shí)踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等核心素養(yǎng)的全面提升。

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作者簡(jiǎn)介：鄧海英（1983— ），廣西柳州人，一級(jí)教師，研究方向?yàn)槌踔谢瘜W(xué)教學(xué)；張智（1984— ），廣西北海人，高級(jí)教師，研究方向?yàn)槌踔谢瘜W(xué)教學(xué)。

（責(zé)編 韋榕峰）