依据问题解决过程与思路规划项目任务，设计项目式课程

张虹利 林媛媛 林媛媛 朱叶

关注室内空气质量、防治空气污染与保护人体健康、增强环保意识、促进可持续发展密切相关。生物选修课程中的“健康生活”模块、化学选修课程中的“化学与生活”系列，都在强调学科与生活、生活与健康之间的关系。

本文选取与生活、健康密切相关的话题，运用课题组建构的项目式课程开发的标准规则，挖掘科研工作者如何通过科学探究解决人造板中脲醛树脂胶甲醛的释放这一问题，依据真实问题的解决思路规划项目任务，更好地发挥项目式课程促进学生学会思考、提高问题解决能力的突出育人功能，为项目式课程开发思路提供样例。

挖掘真人真事，外显问题解决思路

人造板中脲醛树脂胶是由尿素和甲醛经过一系列反应后合成的，由于有甲醛参与反应，所以在合成和使用过程中都会释放甲醛。针对“如何减少脲醛树脂胶中甲醛的释放”问题，查阅文献发现，东北林业大学退休教授、木材胶粘剂专家包学耕及其团队在这方面研究工作早、成果突出，以此为代表挖掘问题解决过程。梳理包学耕及其团队的研究工作，可以将其问题解决过程分为3 个阶段。

第1 阶段，寻找已有解决方案，总结经验。包学耕团队研究之前，国内已有一定研究基础。1964 年，中国林业科学研究院专家吕时铎在上海研制出了中林64 脲醛树脂胶，之后上海木材一厂在此基础上改进，研制出了中林67 脲醛树脂胶[1]。已有的研究主要是通过降低反应物的摩尔比降低甲醛的释放，这给包学耕团队研制低毒性脲醛树脂胶提供了思路。

第2 阶段，自主设计，开始对脲醛树脂胶合成的改良探索。结合已有经验，包学耕利用正交实验方法探究了温度、体系的酸碱度、反应时间、反应物的投放次数、反应物摩尔比等实验条件对甲醛释放的影响，分别研制出了低毒性DN-1 号刨花板专用胶[2]、DN-2 号胶合板脲醛树脂胶[3]和更高标准的DN-6 号刨花板脲醛树脂胶[4]。这一阶段，包学耕团队改变具体影响因素及其操作参数，实现了从较低毒性的脲醛树脂胶到低毒性脲醛树脂胶的技术突破。

第3 阶段，精益求精，实现技术的重大突破。包学耕团队研究发现，降低反应物摩尔比是减少甲醛释放的主要途径，但随着摩尔比的进一步降低，板材强度大幅度下降，如何平衡二者关系成为技术突破的关键。他们研究脲醛树脂合成原理，分析板材强度形成机理，从微观建立二者联系，重新调整反应条件，最终生产出了低成本、高性能的环保胶[5]。利用这种胶生产的板材被定位为无公害产品，属于最高环保级别。包学耕团队在这个阶段将产生新旧问题的原因建立微观联系，综合系统调控影响因素，最终平衡矛盾，解决问题。

从包学耕团队的问题解决过程看，复杂问题的解决并非一蹴而就，而是经历了归纳概括已有解决方案，调控影响因素设计方案，再到综合协调、优化方案的过程。具体思路见图2中A 列和B 列。

依据问题解决思路，规划项目任务

包学耕团队的问题解决思路合乎逻辑、环环相扣，以此規划项目任务。包学耕团队问题解决的第1 步是寻找影响脲醛树脂胶释放甲醛的因素，根据对真人真事的分析，影响因素很可能是通过文献调研获得。在转化学生活动时，活动的形式可以采用文献调研的方式，但文献的来源还需要结合学生情况和文献特点考虑，如文献来源是通过网络自主调研，还是教师提供若干文献或若干文献的核心片段等。另外，在问题解决过程中，真人对研究对象非常熟悉，但对学生而言比较陌生，所以教师还需要补充设计认识研究对象的活动。包学耕团队问题解决思路的第2 步和第3 步都包含了探究方案的设计和实施2 个环节，在规划项目任务时，可以用问题解决思路的步骤规划为2 个任务，也可以用设计方案和实施方案2 个环节规划任务。考虑到设计探究方案是本项目的课程目标和评价内容，脲醛树脂合成实验在中学课堂难以实施，所以本课程以设计实验方案和优化实验方案2 个环节规划项目任务。在优化实验方案的任务中，选取包学耕团队典型的实验方案及结果，代替学生方案的实施过程，对比并优化方案。具体任务见图2 中C 列，任务活动规划见表1。

包学耕团队的技术突破是通过科学探究实现的，特别是调控实验反应条件。在学习本项目之前，学生能够认识到改变温度、浓度、压强、pH 等反应条件可以改变实验结果，较少认识到反应物添加方式对探究结果的影响，如一次性添加和分批次添加。通过呈现包学耕团队的探究方案发展学生对实验条件的认识，进一步体会科学探究的核心要素和基本过程。另外，项目任务中设置了学生设计并优化探究方案的活动，以此发展学生探究方案设计水平和学科探究能力。

项目展开的具体设计

项目导引

学生先查阅资料，了解人造板胶粘剂尤其是脲醛树脂胶的相关内容，并初步了解脲醛树脂胶是室内甲醛污染物的来源之一。然后进行项目策划，明确本项目的任务是探究“如何减少脲醛树脂胶中甲醛的释放”，并可以通过分析影响甲醛的释放因素，调控多因素进行实验探究，综合多因素选择最适宜的条件的思路形成最终方案。

设计意图：通过项目导引创设项目情境，引导学生进入项目话题，规划项目任务。选择室内污染话题能够让学生主动关心环境，运用所学知识分析与探讨化学与环境、健康之间的关系，发展科学态度与社会责任的核心素养。

任务 1：预测脲醛树脂胶合成过程中甲醛释放的影响因素

本任务中，教师呈现脲醛树脂合成反应，组织学生分析反应机理，从反应中涉及的物质和条件预测影响甲醛释放的因素。预测之后，学生以小组为单位，阅读分析文献材料，总结归纳影响因素，并进行小组展示汇报。

设计意图：在这个环节中，包学耕团队主要通过文献调研，考察已有研究中涉及的影响因素。从化学学科出发，还可以通过分析反应机理、反应中的中间产物和条件控制也能够预测潜在的影响因素。依据这两种途径设计学生活动。考虑到脲醛树脂合成反应是一个陌生复杂反应，教师可以将反应过程呈现给学生，让学生分析不同反应阶段反应物及中间产物的变化，预测影响甲醛释放的因素。针对文献调研活动，结合文献材料中实验方案设计的复杂程度、阅读理解的难易程度，可以有针对性地选取若干文献，截取其中的实验方案和结论，让学生以小组合作的形式阅读分析，总结归纳出具体的影响因素及影响原因。

任务 2：依据影响因素，设计脲醛树脂胶合成的实验方案

本任务中，学生以小组为单位，根据任务1中预测的影响因素，完成实验方案的设计并填写下面的表格（表2）。

设计意图：包学耕团队在获得影响因素后，就要设计实验方案验证并探索影响因素具体是如何影响的。同样，学生也需要判断任务1 中总结得到的影响因素是否合理正确。基于这样的分析设置了学生设计实验方案的活动。另外想要探查学生在设计方案时思路是否完整，及每步思路是否设计恰当，教师用方案设计思路引导学生逐步展开，这样就可以直观准确地获得学生的思考过程。

任务 3：比较并优化脲醛树脂胶合成的实验方案

本任务中，教师以资料卡片的形式呈现包学耕团队的实验方案，并与小组方案作对比。引导学生思考“甲醛和尿素的摩尔比可以一直降低吗？”以小组为单位，分析包学耕团队在第3 阶段提出的脲醛树脂合成方案，补充并完善小组方案。最后，回顾包学耕团队问题解决过程和3 个任务完成过程，总结并体会复杂问题解决的思路和方法。

設计意图：实验方案形成后，通常会通过实施验证假设是否合理。考虑到脲醛树脂合成实验在中学课堂较难实施，所以选取与学生设计接近的科研工作者的方案为例，展示实验实施结果，根据科研工作者的实验结果，学生判断并评价自己的实验方案。降低甲醛和尿素的摩尔比是减少甲醛释放的主要途径，在方案改进优化时必然会引出“甲醛和尿素的摩尔比可以一直降低吗”这个问题，在学生分析基础上，呈现包学耕团队的实验方案和结果，让学生体会并领悟复杂问题解决的思路。

成果交流

完成3 个任务后，学生需要以小组的形式汇报交流学习成果。主要包括以下2 个方面：①不同阶段实验方案的对比。学生需要对比任务2 和任务3 的实验方案，可以从影响因素是否考虑全面、因素操作参数设置是否合适、文字表达是否完整、2 次方案主要变化等方面汇报实验方案的特点和不足，总结影响因素和设计实验方案注意事项。②总结归纳复杂问题解决思路。回顾3 个任务的完成过程，明确每个任务目的，总结解决问题的思路和方法。

设计意图：项目成果是围绕项目课程目标设计的。发展学生对实验条件的认识、提高探究方案设计能力和体会复杂问题解决的思路和方法是本项目课程的目标，所以在设计成果交流时，需要涵盖这些目标。为了评价学生是否达成这些目标及达成程度，可以让学生进行文字表述和语言表达，将内隐的学习成果外显出来。

反思与讨论

依据真实问题解决的思路和环节规划项目任务

真实问题的解决过程往往符合逻辑，环环相扣，体现科学家的思维过程。教师根据真人解决问题的策略、取得成就的大小等给解决过程划分阶段，找到关键环节和核心思路，依此规划任务、环节和活动。

依据学生已有认知、课程目标和材料特点综合处理真人真事素材

挖掘到的真人真事很多情况下并不能直接用作学生活动，需要根据实际情况进行筛选和处理。例如，在预测影响因素活动中，考虑到任务目标是预测影响因素，所以将真人真事实验方案中繁琐的工艺流程删去，素材内容作删减处理。

依据课程目标设计评价内容

本项目课程目标之一是培养并发展学生的探究方案设计水平，所以需要以此作为评价内容。例如，在任务2 中设置了设计实验方案活动，并让学生按要求填写表格，以此反映学生对因素认识是单一还是综合、因素确定的依据是否科学、参数设计是否合理等评价内容。