魏 軍

（常州市新北區(qū)奔牛初級(jí)中學(xué) 江蘇 常州 213131）

一、項(xiàng)目價(jià)值分析

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是新課標(biāo)倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式，新課標(biāo)在每個(gè)學(xué)習(xí)主題中都給出了項(xiàng)目式活動(dòng)建議。它是一種建構(gòu)主義理念下的以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，它主張學(xué)生通過一定時(shí)長的小組合作，解決一個(gè)真實(shí)世界中的復(fù)雜、非常規(guī)且具有挑戰(zhàn)性的問題，或完成一項(xiàng)源自真實(shí)世界且需要深度思考的任務(wù)，進(jìn)而逐步習(xí)得包括知識(shí)、可遷移技能、思維方式價(jià)值觀等在內(nèi)的21世紀(jì)核心素養(yǎng)［1］。本研究中的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)有以下兩方面的突出作用。

1.落實(shí)新課程

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》指出:“教師盡可能設(shè)計(jì)多樣化的學(xué)習(xí)任務(wù)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)和學(xué)生的實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生開展分類與概括、證據(jù)與推理、模型與解釋、符號(hào)與表征等具有化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)的高階思維活動(dòng)；注意設(shè)計(jì)真實(shí)情境下不同陌生度和復(fù)雜度的問題解決活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作、實(shí)驗(yàn)探究、討論交流等多樣的方式解決問題；在課后服務(wù)中，開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生在“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展［2］。以素養(yǎng)為導(dǎo)向的課程改革，對(duì)作業(yè)也提出新的要求，讓學(xué)生在真實(shí)情境下，經(jīng)歷解決復(fù)雜問題的全過程，通過推理、思辨、決策、遠(yuǎn)遷移，提升學(xué)生解決問題以及與同伴合作的能力，從而發(fā)展核心素養(yǎng)。

2.培育工程思維

工程是人類一種創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)，是人們?yōu)榱烁纳谱约旱纳婧蜕顥l件，根據(jù)當(dāng)時(shí)對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)，進(jìn)行的物化勞動(dòng)的過程。工程思維是在工程的設(shè)計(jì)、研究和實(shí)踐過程中形成的思維，其關(guān)鍵是運(yùn)用各種知識(shí)及方式解決現(xiàn)實(shí)中的問題。工程思維的主體是工程師、企業(yè)家和管理者，它的核心是籌劃性地運(yùn)用各種知識(shí)解決工程實(shí)踐問題，主要包含創(chuàng)造性思維、系統(tǒng)性思維、權(quán)衡性思維、價(jià)值性思維、雙贏思維［3］?！吧钪兴臋z測(cè)與凈化”項(xiàng)目任務(wù)，按過程分，達(dá)成目標(biāo)見表1。

表1 項(xiàng)目任務(wù)中工程思維達(dá)成目標(biāo)

二、項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)

該項(xiàng)目在學(xué)生學(xué)習(xí)滬教版化學(xué)第九章第三節(jié)“環(huán)境污染的防治——保護(hù)水資源”時(shí)實(shí)施，學(xué)生已掌握水處理的一般方法，即過濾、蒸餾、吸附、沉降等，硬水的檢驗(yàn)、水中某些離子的檢驗(yàn)方法、水的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)等。根據(jù)課標(biāo)內(nèi)容，欲達(dá)成的目標(biāo)如下:

1.通過查閱資料與上網(wǎng)信息搜索，能提煉出生活中水處理的一般方法及優(yōu)缺點(diǎn)。

2.通過調(diào)查不同地方污水的信息，能從不同維度表述出水的生化指標(biāo)。

3.通過網(wǎng)絡(luò)查詢一般家用水凈水器、實(shí)地走訪當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S、自來水廠等，根據(jù)不同的場(chǎng)景，能選擇合適的材料，制出簡易凈水裝置。通過實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的凈水裝置，初步判斷凈水器的優(yōu)劣，并能說出理由。

4.通過“生活中水的凈化與檢驗(yàn)”這個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，能從資源利用、成本、制作難易程度、凈水效果、綠色安全等視角分析水的凈化與檢驗(yàn)的流程，初步形成工程思維。并形成污水處理、水凈化等相關(guān)小論文，給出一般性水處理的方案、建議。

三、項(xiàng)目任務(wù)及教學(xué)流程

［創(chuàng)設(shè)情境］小田同學(xué)的父親在魚塘邊有一個(gè)工棚，由于沒有通自來水，用水有困難。由于河水比較渾濁，魚腥味大，難以作為飲用水、生活用水。他想請(qǐng)同學(xué)們幫他設(shè)計(jì)一個(gè)能處理水的裝置，并檢驗(yàn)合格，放心飲用。

以“生活中水的凈化與檢驗(yàn)”為總項(xiàng)目，經(jīng)學(xué)生討論后拆解為四個(gè)遞進(jìn)式子項(xiàng)目，以“小田同學(xué)父親的魚塘邊的工棚用水問題”這一真實(shí)情境，引發(fā)問題，開展活動(dòng)，在真實(shí)的情境中發(fā)展學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)和工程思維。四個(gè)子項(xiàng)目、問題線、活動(dòng)線、達(dá)成目標(biāo)線如圖1。

圖1 “生活中水的凈化與檢驗(yàn)”教學(xué)思路

四、項(xiàng)目實(shí)施過程

1.子項(xiàng)目1——了解常見水處理的方式

［項(xiàng)目背景］“水的凈化”是《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”模塊下的重要內(nèi)容。滬教版第三章“自然界的水”這一節(jié)中介紹了水處理的一般方法，第九章“環(huán)境污染與防治”中有污水凈化相關(guān)內(nèi)容。

［項(xiàng)目拆解］學(xué)生經(jīng)分組討論，提出以下問題:處理水的物理方法有哪些？化學(xué)方法有哪些？生化方法有哪些？小田同學(xué)的父親有哪些用水問題？根據(jù)不同的用水問題，選擇適合的水處理方法。

［學(xué)生活動(dòng)］學(xué)生通過查閱資料、請(qǐng)教教師，實(shí)地參觀常州市深水城北污水處理有限公司，整理歸納出水處理的幾種方法。通過實(shí)地走訪，了解到小田同學(xué)的父親主要用水問題是工棚內(nèi)的飲用水問題、生活用水問題，包括洗臉、刷牙、洗衣服用水等。

［交流展示］水處理物理法:主要有吸附、超濾、蒸餾、反滲透等。市場(chǎng)調(diào)查主要有三種方案，見表2。

表2 不同凈水器性能與成本對(duì)比

生物法:利用微生物的新陳代謝功能，將污水中呈溶解或膠體狀態(tài)的有機(jī)物分解氧化為穩(wěn)定的無機(jī)物質(zhì)，使污水得到凈化。常用的有活性污泥法和生物膜法。生物法處理污水可用于大型污水處理，如城市污水處理。其中常州市污水處理選用活性污泥法處理法，詳見圖2。

圖2 活性污泥法處理簡易流程

化學(xué)法:是利用化學(xué)反應(yīng)來處理或回收的方法，多用于工業(yè)廢水。常用的有混凝法、中和法、氧化還原法、離子交換法等?；瘜W(xué)處理法處理效果好、費(fèi)用高，多用作生化處理后的出水，作進(jìn)一步的處理，提高出水水質(zhì)。

［結(jié)論］同學(xué)們經(jīng)過商量，一致認(rèn)為小田同學(xué)的父親買一臺(tái)小型水泵，把水從河里抽到高處的水箱里，在出水口安裝一臺(tái)易某得的超濾凈水設(shè)備，可以滿足日常生活需要。

［教師評(píng)價(jià)］同學(xué)們通過完成上述的項(xiàng)目任務(wù)，上網(wǎng)查閱資料，參觀學(xué)習(xí)，通過評(píng)估各種方案，最終得出合理化建議。

設(shè)計(jì)意圖：通過查閱資料、走訪、參觀等活動(dòng)，讓學(xué)生了解處理水的一般方式，家用凈水器的原理，凈化程度及成本，根據(jù)用水需求進(jìn)行合理的選擇，養(yǎng)成系統(tǒng)性思維和權(quán)衡性思維。

2.子項(xiàng)目2——水質(zhì)檢驗(yàn)的一般方法

［提問］你知道有哪些水質(zhì)檢驗(yàn)的方法？走訪水質(zhì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)或自來水廠對(duì)水質(zhì)有哪些檢測(cè)指標(biāo)？哪些適用于家庭檢驗(yàn)？

［項(xiàng)目拆解］學(xué)生經(jīng)過查閱資料，生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)主要有微生物指標(biāo)、毒理指標(biāo)、感官性狀、化學(xué)指標(biāo)、放射性指標(biāo)、消毒劑限值等。水體監(jiān)測(cè)部門常檢測(cè)COD、BOD、氨氮濃度、總磷等指標(biāo)。初中實(shí)驗(yàn)室對(duì)水質(zhì)檢驗(yàn)可以聞氣味、看顏色、測(cè)電導(dǎo)率、測(cè)pH、測(cè)氯離子、測(cè)硫酸根離子、測(cè)溶解氧等。家用有TDS（溶解性固體）水質(zhì)檢驗(yàn)儀，水質(zhì)試劑盒如pH、氨氮、溶解氧、余氯、亞硝酸鹽、總硬度等。

［學(xué)生活動(dòng)］在教師的指導(dǎo)下，取學(xué)校附近的河水樣品，將水樣送至專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，得出簡明報(bào)告，水質(zhì)檢測(cè)情況如下表3。

表3 水樣指標(biāo)簡易報(bào)告

［實(shí)驗(yàn)結(jié)論］根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，COD屬于Ⅱ類水，氨氮為Ⅲ類水，總磷為Ⅱ類水，BOD為Ⅰ類水，細(xì)菌嚴(yán)重超標(biāo)，是國家標(biāo)準(zhǔn)的三倍。

［學(xué)生活動(dòng)］通過網(wǎng)上查找常州市自來水公司的相關(guān)水質(zhì)檢測(cè)內(nèi)容，見表4。

表4 水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目與指標(biāo)

［學(xué)生活動(dòng)］通過互聯(lián)網(wǎng)查閱塞氏盤用于測(cè)定水質(zhì)透明度或透光度。制作如圖3所示的塞氏盤（直徑20 cm）。

圖3 塞氏盤

［實(shí)驗(yàn)］選擇小田同學(xué)家魚塘里的水為測(cè)定對(duì)象。用釣魚線系好塞氏盤，在無直射陽光照射處，緩慢放下塞氏盤，至看不到盤面白色時(shí)，記下魚線的長度。設(shè)計(jì)如下表5的表格，記錄數(shù)據(jù)。

表5 河水透明度測(cè)量

［分析］魚塘岸邊水比較渾濁，透明度相對(duì)小，往河中心，透明度變大。可能原因是岸邊的泥沙比較多。

［實(shí)驗(yàn)］取樣，用pH計(jì)來測(cè)量水樣的pH為7.7，河水為弱堿性。利用得力TDS 水質(zhì)檢測(cè)儀測(cè)得數(shù)值358，不適合飲用。利用氨氮試劑盒檢測(cè)，取水樣至標(biāo)準(zhǔn)容器的刻度線，加入2滴氨氮試劑1，搖勻，加入5滴氨氮試劑2，搖勻，靜置10分鐘，將水樣的顏色與比色卡對(duì)照，讀數(shù)。

［結(jié)論］經(jīng)實(shí)驗(yàn)家庭適合的水質(zhì)檢查可以通過觀察水樣的感觀指標(biāo)如顏色、聞氣味，用各種試紙測(cè)pH、TDS水質(zhì)檢測(cè)儀、水質(zhì)快速檢測(cè)盒等。

設(shè)計(jì)意圖：通過查閱資料了解水質(zhì)檢驗(yàn)的一般指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定水的透明度、pH、TDS數(shù)值、氨氮值等，培養(yǎng)系統(tǒng)性思維、權(quán)衡性思維。

3.子項(xiàng)目3——凈水器的制作

［材料準(zhǔn)備］礦泉水瓶、可樂瓶、小卵石、石英砂、活性炭、濾紙、棉花、導(dǎo)管、橡皮塞等。

［設(shè)計(jì)方案］參考滬教版第九章的污水凈化裝置，小組成員利用兩個(gè)飲料瓶，設(shè)計(jì)了如圖4所示的簡易凈水裝置。

圖4 水處理裝置①

［小組1］將礦泉水瓶剪去底部，找一個(gè)與瓶匹配的橡皮塞，打孔，插入導(dǎo)管備用。在礦泉水瓶中依次裝入棉花、濾紙、活性炭、石英砂、小卵石，如圖4所示。

［小組2］將一個(gè)可樂瓶一分為二，將上半部分倒轉(zhuǎn)，依次放入棉花、濾紙、活性炭、石英砂、小卵石，如圖5所示。

圖5 水處理裝置②

［小組3］該組同學(xué)認(rèn)為第一組同學(xué)在過濾的時(shí)候速度太慢，將圖6 上的可樂瓶換成吸濾瓶，并加上注射器，在過濾時(shí)，抽動(dòng)注射器，過濾速度明顯加快了許多。

圖6 水處理裝置③

［教師］創(chuàng)新不易，科學(xué)家創(chuàng)造一個(gè)產(chǎn)品，也是經(jīng)過不斷地調(diào)試、改進(jìn)。侯德榜發(fā)明聯(lián)合制堿法時(shí)，也進(jìn)行了成千次的嘗試，做科學(xué)需要有堅(jiān)韌的毅力和勇于創(chuàng)新的精神。

設(shè)計(jì)意圖：在體驗(yàn)中感受實(shí)驗(yàn)創(chuàng)作的樂趣、競爭感，增強(qiáng)學(xué)生的參與感。認(rèn)識(shí)到創(chuàng)作的不易，通過作品的展示、改進(jìn)和討論，將同學(xué)們的思維顯性化，有利于學(xué)生的自我評(píng)價(jià)與提升，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和勇于實(shí)踐的能力，在思考中探索、改進(jìn)。在體驗(yàn)中認(rèn)識(shí)科研的艱難，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維、價(jià)值思維、雙贏思維。

4.子項(xiàng)目4——凈水器的測(cè)試與評(píng)價(jià)

［教師］同學(xué)們，你們的凈水裝置，在實(shí)際應(yīng)用中有沒有效果呢？凈水裝置的優(yōu)劣應(yīng)該有哪些指標(biāo)呢？

［實(shí)驗(yàn)1］將自制凈水器搭建好，取污水加入以上三個(gè)凈水器中，觀察凈水效果，并對(duì)比凈化1次、3次、5次的效果，記錄前后水的感觀指標(biāo)，如顏色、氣味、過濾速度。

［實(shí)驗(yàn)2］利用顯微鏡（1 000 倍）觀察，取過濾前一滴水于載玻片上，蓋上蓋玻片，觀察到有許多細(xì)沙、有許多單細(xì)胞生物，如草履蟲等，過濾后，細(xì)沙明顯減少，但還有許多微生物。用同樣的方法再觀察過濾后的水樣。

［參觀實(shí)踐］在教師的帶領(lǐng)下，走進(jìn)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，了解自然界的水質(zhì)一般檢測(cè)方法，在教師指導(dǎo)下，利用水樣分析儀，做幾個(gè)簡單的檢測(cè)。

［查閱資料］凈水器的優(yōu)劣指標(biāo)可以把水質(zhì)（TDS值）、流速、濾芯、成本作為主要指標(biāo)。

［教師評(píng)價(jià)］同學(xué)們自制凈水器過濾材質(zhì)比較單一，可以試試高透水過濾棉等其他材質(zhì)。第三種裝置雖然加速了過濾速度，可以考慮接一下抽氣機(jī)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)抽氣。

設(shè)計(jì)意圖：通過合作探究，查閱資料，分析解決實(shí)際問題，跨學(xué)科學(xué)習(xí)，練習(xí)了顯微鏡的使用，最終形成項(xiàng)目成果。在實(shí)驗(yàn)、分析、討論中培養(yǎng)綠色化學(xué)理念，形成關(guān)注環(huán)境、保護(hù)水資源的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。

5.項(xiàng)目成果展示

［項(xiàng)目作業(yè)］經(jīng)過上面的學(xué)習(xí)，請(qǐng)每個(gè)小組寫一篇水的凈化與檢測(cè)的小論文，利用周末的時(shí)間，每組制作一個(gè)匯報(bào)的ppt。

［交流展示］略。

設(shè)計(jì)意圖：撰寫論文是本項(xiàng)目外顯的研究成果，評(píng)價(jià)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)，處理水污染有關(guān)問題，并總結(jié)提煉出模型。培訓(xùn)知識(shí)遷移的能力，發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)，樹立環(huán)保意識(shí)。

五、項(xiàng)目評(píng)價(jià)

活動(dòng)結(jié)束后，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)如下表所示的評(píng)價(jià)表，見表6，將活動(dòng)過程與效果，學(xué)生評(píng)價(jià)主體的多元化，最后以等級(jí)的方式呈現(xiàn)出來，總體85~100分為優(yōu)秀，70~84為良好，60~70為合格。

表6 項(xiàng)目活動(dòng)評(píng)價(jià)表

六、項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)踐反思

該項(xiàng)目基于初中化學(xué)新課標(biāo)的第五個(gè)主題:化學(xué)與社會(huì)·跨學(xué)科實(shí)踐，以“生活中的水的凈化與檢驗(yàn)”為總項(xiàng)目，拆解為四個(gè)子項(xiàng)目，以生活化真實(shí)的情境引發(fā)問題。知識(shí)層面，鞏固了硬水、軟水的區(qū)別，水處理的一般方法，吸附、沉淀、過濾、蒸餾、反滲透等；實(shí)踐層面，學(xué)生經(jīng)歷了解決項(xiàng)目問題的全流程，即項(xiàng)目選擇、制訂計(jì)劃、活動(dòng)探究、作品制作、成果交流、活動(dòng)評(píng)價(jià)。特別是在成果交流環(huán)節(jié)，學(xué)生介紹許多新型即用新型水處理技術(shù)如反滲透過濾水袋，荒野求生中貝爾·格里爾斯處理水的方式，感覺到他們學(xué)習(xí)的熱情。有著一定的成果驅(qū)動(dòng)性，使學(xué)生經(jīng)歷“是什么”到“為什么”，再到“怎么做”的過程。但是在面對(duì)陌生問題時(shí)，個(gè)別女同學(xué)表現(xiàn)得不如解題時(shí)靈活，可能是平時(shí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手的機(jī)會(huì)偏少的原因，有關(guān)生化指標(biāo)，如病毒、細(xì)菌類的指標(biāo)還未能去嘗試表征。

同時(shí)，作為教師也應(yīng)該不斷地學(xué)習(xí)，拓展專業(yè)知識(shí)、跨學(xué)科相關(guān)知識(shí)，如生物中細(xì)菌、微生物的相關(guān)知識(shí)，凈水機(jī)中相關(guān)的物理知識(shí)，學(xué)習(xí)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)中COD、總氮、總磷等指標(biāo)測(cè)定的原理。同時(shí)，教師在這種新的學(xué)習(xí)方式中，也要找準(zhǔn)自己的定位，做好項(xiàng)目拆解，任務(wù)設(shè)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施時(shí)的生成性問題，培育工程思維。