基于真实情境下项目式教学设计与应用

侯静

[摘 要]

基于新时期学科核心素养培育的要求，选择“化学反应原理”选修模块中热力学、动力学相关知识为切入点，以“解密乙醇水蒸气重整制氢”为项目学习主题，以认识反应机理和解决实际工业生产问题等为项目学习活动，呈现了真实情境下项目式教学设计思路和教学实践过程，概括了项目主题的论证与确定、学习活动的规划与设计、情境素材的选取与呈现等方面的思路和策略，总结出此类教学模式。

[关键词]

高中化学;项目式教学;核心素养

新课程标准的出台，对基于学科核心素养培育的课堂教学提出了更高的要求，新时期的课堂转型势在必行。项目式教学产生于20世纪80年代，它是以真实情境下社会生产生活实践工作为项目主题，规划设计项目学习活动，突出学生的学习主体地位，使学生经历成果导向下的综合任务完成过程，形成真实情境下的复杂问题解决思路，实现实践应用及迁移创新能力的综合提升[1]。尝试在高中化学课堂教学中采用項目式教学模式，对于学生学科核心素养的培育具有重要的实践意义[2]。

一、项目学习主题的论证与确定

项目学习主题的选取是开展项目式教学设计的首要任务，对于后续项目学习活动的规划以及学科核心素养的培育起到至关重要的作用。在新课程理念的指导下，一个好的项目学习主题，应让学生切实体验到学科核心知识在科技生产生活领域中的实际应用价值，并在此基础上发展学科核心素养，兼具典型性、综合性、开放性和层级性。

（一）源于真实情境，强调实际应用价值

学习情境的合理设置，有利于学生合作探究和技术实践知识的掌握，真正体验到学科核心知识在科技生产生活领域中的实际应用价值[3]。近年来，新课程改革注重将核心知识的学习置于真实情境中，学科能力的培养要基于层层递进的问题情境，从而实现学科核心素养的培育与达成[4]。

化学学科的功能是指导人们在认识物质世界的基础上合理利用自然资源，创造新物质，同时有效保护环境，提高人类的生活质量和生存安全。从化学学科多领域迅速发展的角度来看，运用催化剂进行复杂反应体系的选择催化，从而生产出具有更高实用价值的物质，成为现阶段的热门研究课题。

乙醇水蒸气重整制氢反应是将乙醇与水按比例混合，在一定温度下汽化后通过催化剂床层，最终转化为H2以及CO2的过程。由于乙醇含氢量高、无毒、廉价、易储存、运输方便，并且可以通过生物质发酵循环再生，实现系统内的二氧化碳零排放，乙醇水蒸气重整成为最具吸引力的制氢方式之一。其原理如图1所示[5]。

（二）升华理论探究，培育学科核心素养

从学科核心素养发展的角度看，“化学反应原理”模块对进一步发展学生的“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”“科学探究与创新意识”素养具有重要作用。从学生的学科能力发展来看，通过化学反应的方向和限度、化学反应速率与转化率、催化剂作用原理的学习，在面对真实情境下的复杂反应体系中工业生产条件的选择优化等化学问题时，能够自主运用认知模型，从热力学动力学视角解决问题[6]。

乙醇水蒸气重整制氢反应源于真实生产情境，立足于清洁能源的开发利用，有利于激发学生的学习兴趣，另外，此反应中涉及的物质结构简单，学生可以运用已有的热力学动力学知识认识反应机理，发展工程思维，进而形成解决实际问题的思路方法。因此，项目学习主题确定为“解密乙醇水蒸气重整制氢”。

二、项目学习活动的规划与设计

（一）项目学习目标

通过经历层层递进的真实问题解决过程，熟练掌握化学反应的方向和限度、化学反应速率和转化率、催化剂作用原理和条件优化等学科核心知识。（必备知识基础）

通过乙醇水蒸气重整制氢反应机理的学习（任务1），从热力学动力学视角分析物质转化的一般途径，建构复杂反应体系的认知模型，发展迁移类比的逻辑思维能力。（证据推理与模型认知）

通过催化剂操作条件优化选择的学习（任务2），运用工程思维进行多维度多层次分析，培育在真实复杂情境下解决问题的能力，体验化学学科魅力及实际应用价值。（证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任）

（二）项目学习活动设计思路

项目学习活动的设计要针对项目学习中的关键问题，体现学科思想方法和视角的运用，活动组织顺序应遵循项目成果达成或关键问题解决的逻辑顺序。本项目以乙醇水蒸气重整制氢反应为学习活动载体，引导学生从热力学角度分析反应的方向和限度问题，并依据反应机理，从动力学视角进行工业生产适宜条件的初步探究，建构化学反应的热力学动力学认知模型，在此基础上，引出催化剂操作条件的优化选择问题，让学生经历真实情境下复杂问题的解决过程，发展工程思维与学科核心素养。基本设计思路梳理如图2所示。

（三）项目学习流程

依据项目学习目标，遵循知识进阶和能力进阶双主线思想，项目学习过程分为两个核心任务，每个核心任务下设层层递进的学习活动，具体流程设计如表1所示。

三、项目情境素材的选取与呈现

项目学习活动的顺利开展，需要以好的情境素材作为载体。情境素材的选取需要以项目任务为基准，结合学生自身的知识储备与生活背景，突出学科核心知识的实际应用价值。情境素材的呈现形式多种多样，应体现学科关键能力的培养，如文字阅读能力、图表和数据信息的分析提取能力、综合运算能力、概括关联和迁移运用能力等。

以任务2为例，项目情境素材的选取和学习活动具体实施过程如下。

活动1：适宜的催化剂操作条件

【思考交流】依据乙醇水蒸气重整制氢反应机理的研究，分析以下问题：

1.催化剂在乙醇水蒸气重整制氢反应过程中所起作用的机理是什么？

2.如何评价催化剂的性能？

【归纳总结】使用催化剂能够降低反应活化能，大大提高了单位体积内活化分子的百分数，从而增大化学反应速率，但不能使化学反应平衡发生移动。