“从自然界的水到千家万户的水” 教学设计及实施

史凡　周冬冬　王光辉

作为整个学科项目学习的开篇，教材选择“从自然界中的水到千家万户的水”这个项目。首先，因为水是学生日常生活中最为熟悉的物质，它与人们的生产生活息息相关；其次，该项目操作简单，制作简易净水器项目成果非常易得；再次，项目实施过程中需要使用化学知识，能体现化学的作用。因而编者试图通过该项目来让学生了解“化学研究的是什么”“化学有什么用”“如何开展项目学习”“如何通过项目学习化学”。

一、不同教材中“水的净化”部分内容设计的比较分析——明确教学目标

项目学习的一大特点是让学生在做中学。现行的人教版和上教版两套化学教材，也都尝试把科学探究作为教材的一个突破口。为了更好地解读这个项目的教学内容，我们选择这两个版本的教材与项目学习实验教材，就“水的净化”这一内容进行简要比较和分析。

三个版本的教材都涉及到自来水厂净水以及软水和硬水两个知识点，但是在教材中承载的教学作用却有很大的不同。人教版和上教版的自来水厂净水只是简单的示意图介绍，前者出现在教材的第一个部分，后者出现在教材的最后一个部分。跟人教版类似，项目学习实验教材的自来水厂净水也是安排在教材的开始部分，但与其他两个版本的教材相比，项目学习实验教材是以“自主学习”栏目，引导学生从“装置”“作用”“状态”“组成”四个方面来分析每一步净化的过程，让学生初步体会“化学是研究物质的组成和变化的一门科学”，同时培养学生进行项目研究的能力。对于软水和硬水这一知识内容，三个版本的教材均是以实验探究的形式出现，其中项目学习实验教材从问题出发，由问题“我们净化后的水是纯水吗”引出“硬水和软水的区分”实验探究，对学生实验探究能力的要求高于其他版本。

此外，人教版和上教版教材均有过滤操作的知识点，而项目学习实验教材并未将规范的实验操作知识放在这一部分，但是在让学生“查阅自来水厂净水过程”以及“自制简易净水器”的两个项目活动中都涉及到过滤的原理。虽然人教版和项目学习实验教材都有“自制简易净水器”的活动，但通过对比可以发现，在项目学习实验教材中，该活动任务是基于学生自主学习“查阅自来水厂净水过程”的活动分析基础之上的，而且教材中并未给出具体的净水器示意图，完全是让学生自主选择合适的生活替代品来实现的，这对于学生的实验探究能力提出了更高的要求。同时项目学习实验教材把这一活动任务作为一个重要的课堂活动，且作为该项目的成果进行汇报展示，而非人教版的课后家庭小实验。

对于实验室制蒸馏水的知识，人教版以实验形式呈现，上教版未涉及，项目学习实验教材在“拓展资源”栏目中出现。而且，在课标要求的基本实验技能和实验活动中，也没有对学生的蒸馏实验提出明确要求。因此，在项目学习实验教材中，也只是作为拓展性资源让学生了解。

通过项目学习的目标定位，结合不同版本教材中“水的净化”教学内容分析和课程标准要求，明确该项目教学的教学目标：（1）使学生了解水净化的流程，认识到沉淀、过滤、吸附是工业上常用的方法，也是化学实验中分离混合物的常用方法，体会物质分离的一般思路和方法；（2）体会实验过程中如何通过控制变量进行对比；（3）体会化学的意义，可以利用化学变化区分物质，认识和确定物质的组成和结构，创造新物质，提高生活水平，推动科技发展；（4）了解开展项目学习的流程及其作用；体会如何通过项目学习化学，学会从实际生产生活问题中提炼出化学元素，转化成化学问题，从化学的视角重新认识和解决问题；（5）体会项目学习与传统学习方式的不同，需要积极主动思考问题，同时需要与同学分工合作解决问题。

二、项目教学设计及实录

（一）教学安排

第一课时

【项目导引】

发现问题、分析问题，将实际生产生活问题转化成化学研究问题。

（需引导学生对驱动性问题进行分析。）

【活动1】 水中含有什么？

信息检索：了解自然界中的水含有什么物质。（课前查阅资料。）

【活动2】从自然界中的水到千家万户的水需要除去哪些物质？

交流研讨：讨论从自然界中的水到千家万户的水需要除去哪些物质？（课前查阅水净化的相关资料。）第二课时

【活动3】我们如何除去这些物质？

自主学习：查阅自来水厂净水过程，并从步骤、作用、状态、组成四个方面进行资料整理。

（课前查阅自来水厂净水的相关资料，并学会如何获取有效信息。）

设计制作：绘制简易净水器设计图，动手制作简易净水器，利用自己制作的简易净水器实现水的净化。（教师需在课前准备相关实验装置、药品以及污水。）

汇报展示：比较不同自制简易净水器的效果。

第三课时

【活动4】我们净化后的水是纯水吗？

交流研讨：检验水中的杂质是否除尽。

实验探究：探究净化得到的水与蒸馏水的成分是否一样。

拓展阅读： 水的蒸馏及其装置。

（学生可根据兴趣，查阅净水器相关资料。）

总结反思：总结学习本项目的体会和收获。

（二）“我们如何除去这些物质”教学实录。

1.启动阶段

学生以小组为单位汇报本组自来水厂净化水流程表格的填写情况，教师与学生对话，帮助学生明确自来水厂净化水流程中各步骤的作用、状态和组成变化情况。

教师总结：（1）自来水厂净水過程中，选择除杂试剂的方法和依据。（2）自来水厂净水过程中，哪些发生的是物理变化，哪些发生的是化学变化，我们判断它属于什么变化类型的依据是什么。（3）工业上和实验室常用的方法。

教师布置任务：经过对自来水厂净化水流程的分析，我们能不能自己选用一些生活中常见的物品来设计制作一个简易净水器实现水的净化。

方法技能描述：

自主学习：教师要引导学生认识到查阅资料的意义，并对所查阅资料进行分析，才能更好地实施问题解决过程：（1）在查阅资料前，必须要明确自己的目标，根据项目目标规划制订记录表。（2）查阅资料过程中，需要及时记录自己所需资料；（3）查阅资料结束后，及时对所记录资料进行整理。

2.活动过程

学生活动：设计简易净水器。

学生在学案上画出简易净水器的设计图。教师巡视，查看学生的设计图，并及时解答学生设计净水器中的困惑。

学生汇报：简易净水器的设计图。

教师选取2～3组学生汇报展示自己的简易净水器设计图（见图1），且注意学生设计的差异性，让学生的设计能够互相补充，明确各部分装置的作用，明确各组最终的设计。

教师组织讨论：什么因素会影响水的净化效果。

教师组织学生讨论什么会影响水的净化效果。（不需要明确的预设，只需要猜测可能的影响因素。）在此基础上，让各小组明确自己的实验变量，明确各小组选取制作净水器的装置、药品、用量等。

学生活动：制作简易净水器（1轮）。

教师组织学生分组，每组4人，同组内每2人完成一套净水器装置，教师需要考虑所选择的物质、顺序、用量、操作对净化效果的影响，需要对每组所选用的装置和药品进行控制。

教师指导：教师巡视班级，及时解决学生遇到的困难。

在学生第一轮净水结束后，组织学生进行小讨论，成功的学生分享成功的经验，未成功的学生反思自己实验中的问题，再进行第二轮实验。教师总结制作净水器的注意事项，包括：装置的搭建、流速的控制、药品的用量等（教师也可给出一些示范性的作品，如图2所示）。

學生活动： 制作简易净水器（2～3轮）。

教师巡视班级，及时解决学生遇到的困难。

学生动手制作简易净水器，并进行水的净化，及时记录实验现象，与小组成员展开讨论。

方法技能描述：

设计制作：学生在这一环节动手完成一些小制作，制作出的作品可以向大家展示。因此，教师在这个过程中需要不断地在课堂中进行巡视，及时了解学生的想法和问题，在巡视过程中需要注意： （1）提醒学生在设计简易净水器时，需考虑选用的装置、药品各自有什么作用，如何将各个部分连接。（2）关注学生的设计图，以便在汇报展示时可以合理选择小组的作品。

实验探究：以学生实验活动为主，在该过程中教师需要注意：（1）过程中巡视班级，及时了解学生遇到的问题和困难，引导学生进行实验观察和实验反思；（2）总结制作净水器的方法及注意事项。

3.活动总结

汇报展示： 学生汇报展示自制净水器及其效果。

教师组织小组汇报展示，选取具有不同代表性的小组，追问学生，鼓励学生进行反思和批判性思考。

教师对各小组自制净水器及净水效果小结：有些小组的净水效果特别好，颜色澄清，有些小组则较浑浊，基本没有什么变化。净水效果不好的小组对他们的原因进行了分析，并采用控制变量的方法对装置进行了重组。将活性炭与活性炭替代物作为对照的小组的净水效果不明显，他们分析的结果是活性炭的量过少，但是没有对其进行重组。将净水装置出口径的大小作为对照的小组净水效果也不太理想，他们认为净水效果不好的原因是因为活性炭不干净，既而对活性炭进行清洗，并进行了重组，达到了很好的净水效果。

教师总结：教师需从实验装置和药品选取、实验效果、原因分析、小组合作表现、表达与交流、语音和举止等多个方面对学生自制净水器活动进行评价总结。

方法技能描述：

汇报展示：将学生的项目成果进行展示交流，引导学生运用所学知识对一些现象和结果进行解释，小组之间相互点评，总结提升。在这一过程中教师需要注意： （1）选择在课堂巡视过程中发现的有代表性的小组进行展示。 （2）鼓励小组之间的相互提问和点评。（3）引导学生自主地对通过项目活动学到的知识、方法和技能进行反思、总结。

三、教学效果评价与教学反思

1.从学生访谈了解学生的认识发展情况

在授课后，我们从学生的课前认知程度以及课后的收获出发，对学生进行了访谈交流。通过访谈我们了解到，学生事先学习过人教版教材中相关的知识了，但是这两节课对于他们仍然有很大的冲击力。通过对访谈内容的梳理，我们发现学生通过“从自然界的水到千家万户的水”这个项目的学习，主要在以下四个方面获得明显的提升。

（1）动手操作，兴趣与思维共同提升。学生表示非常喜欢这种自己动手，边实验，边思考，边学习的方式。虽然只是一个简单的过滤实验，但是学生仍然觉得非常神奇和有趣。学生在自己阅读教材的过程中就有意识地在思考教材中提出的问题，在课堂上会着重注意老师对这些问题的分析。在上完这三节课之后，学生在看待水的时候不仅关注水中肉眼可以看得到的杂质，更能够关注水中可溶性的杂质。

（2）实践反思，思维提升的关键。通过对实验效果不够理想的反思和小组讨论，改进实验装置，不断获得更好的实验效果。学生对这种小组分工合作的学习方式也表示了极大的认可。当我们追问自来水厂净水过程的资料查阅任务与后面的设计净水装置活动之间的关系的时候，学生表示它们之间是有联系的，自来水厂净化过程的资料查阅任务帮助他们更好地分析自制简易净水器中各部分起到的作用，在分析实验效果不理想的原因时为他们提供了一定的思路。在继续追问装置中各个部分的作用，如何决定装置中各部分的用量时，学生意识到自己在项目学习中可能还缺少一些思考的环节，应该从实验目的出发，考虑需要去除的杂质的性质来选择合理的净化装置。

（3）小组合作，思想的交流与碰撞。对后面的项目学习可以迁移的经验和收获，学生表示需要小组更加密切地进行合作；要树立从头去思考问题的意识；先要有一个整体的框架和结构，然后再去对问题进行分析和拆解；要充分联系自己已有的认识和经历；要有规律地去进行思考，而不是盲目地进行实验；小组之间要多交流，对不同的观点要进行充分的论证。

（4）学以致用，提升项目研究的迁移能力。在访谈的最后，为了进一步探查学生项目研究的迁移能力，我们问学生：“如果现在让你自己去研究‘低碳行动这个项目，你准备从哪些方面入手？”我们惊喜地听到，学生非常有逻辑地将问题拆解成四个子问题：①低碳指的是什么？②低碳里面的碳到底是什么？③为什么要进行低碳行动（即什么引起了碳偏高）？④我们应该怎么做才能达到低碳的目的？由此可见，学生通过“从自然界的水到千家万户的水”这个项目的学习，确实已经初步建立起了项目学习的思路。

2.教学反思

结合课堂观察、学生访谈以及教师的反思，我们认为在本项目以及今后的项目教学过程中，教師还应当进行以下几个方面的改进：

（1）对于“从自然界的水到千家万户的水”教学实施的建议：

？譹？訛在学生动手制作简易净水器前，需让两三组学生进行汇报，展示自己设计的简易净水器装置图，并指出图中每一部分的作用、如何组装，教师对学生的回答进行修正和补充。简易净水器的装置图和各部分的作用明确后，再让学生动手进行制作，减少实验过程中不必要的错误行为。

？譺？訛教师需组织学生开展“什么会影响水的净化效果”的初步讨论，让各组明确实验变量，以便于组织各组合理选择装置和药品。

？譻？訛简易净水器的实验最好可以开展2～3轮，需要给学生充分的时间动手，反思修订实验。尤其在第一次净水后，需组织学生讨论，成功的学生分享成功的经验，未成功的学生反思自己实验中的问题，再进行第二轮实验。

（2）对于项目教学实施的建议：

①充分发挥项目导引环节的价值。项目导引是让学生发现问题、分析问题的过程，可以帮助学生对项目建立一个整体的认识，通过对驱动性问题的分析，帮助学生对项目进行有效的分析和拆解，将实际生产和生活问题转化成化学研究的问题。

②加强对学生思维能力的培养。通过学生访谈和课堂观察，我们发现，在实验过程中缺少了实验反思和总结的过程，而这一过程恰恰是对学生思维能力培养尤其是科学探究能力发展的一个关键环节。因此建议教师在今后的项目教学中，尤其是在“实验探究”“汇报展示”等项目活动的过程中注意引导学生从实验目的出发，去分析实验设计的合理性，提高实验反思能力，凸显项目学习中“解决问题”的特点。从问题出发，去分析问题、解决问题，做到理论分析和动手实践并重。