项目式学习与化学实验教学的融合研究

孙康 唐敏 王伟群

摘要：项目式学习是一种以解决具体问题为驱动，以学生活动为中心的学习模式。化学实验是化学学科的特色。通过“以废铁屑为原料制备摩尔盐”的项目式学习实践的分析，了解对合适项目的选取、项目式学习的设计及实施，在项目式学习中融入化学实验教学，不仅有助于学生有效提高化学实验能力，发展化学核心素养，还对学生人文精神、团队合作能力、创新意识的提升具有重要意义，实现了项目式学习目标和化学实验教学目标的融合。

关键词：项目式学习;化学实验教学;教学设计;问题解决

文章编号：1008-0546（2021）09-0082-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.021

一、问题的提出

化学实验教学是中学化学教学的最重要形式之一。然而目前化学实验课堂还是普遍存在着一些问题：有情境少建构、有活动少专题[1]，教学方式单一，重技能训练，轻能力培养[2]等。怎样通过化学实验的教学让学生经历完整的探究过程，在探究的过程中利用化学实验解决问题、完成任务，从而在提升实验操作能力的同时促进核心素养的全面发展，是一个值得研究的问题。

《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》指出，在实验教学中要遵循学科特点，积极推动学生开展研究型、任务型、项目化、问题式、合作式学习。鼓励学校向学生开放实验室，方便学生利用课余时间，以独立或小组合作方式开展实验探究[3]。结合项目化学习，化学实验不仅有助于学生发展学生化学核心素养，还对学生提升人文精神、团队合作能力、创新意识具有重要意义。

二、化学实验教学与项目式学习的融合

郑长龙认为，化学实验能力的构成要素为：提出化学问题的能力，设计实验方案的能力、进行实验操作的能力、交流反思的能力[4]。结合《普通高中化学课程标准（2017年版）》对“科学探究与创新意识”素养提出的要求[5]以及化学实验的特点，我们将化学实验能力的构成要素以及各构成要素所要达成的教学目标进行整理，如表1所示。

项目式学习是一种以提升探究能力为目标，以解决具体问题为驱动，以学生活动为中心的学习模式[6]。一般流程包括目标、计划、实施、评价四个环节[7]。合理地选择和设计项目式学习，将化学实验融入项目式学习的各环节中，能够实现化学实验教学的目标，具体如表2所示。“项目目标的确定”环节是为了理解项目的意义、明确项目的目标任务，学生需要根据已有知识及经验提出有探究意义的问题，从而锻炼学生提出化学问题的能力;在“项目计划的设计”环节，主要是对项目进行整体的规划，学生需要根据项目的要求，选取原料、设计路线、制定实验方案，并從多种方案中选取最优方案，从而有效提升设计实验方案的能力;“项目任务的实施”环节要开展项目活动，从实验教学的角度包含了实验准备、实验进行以及实验处理三个环节，学生需要根据设计的方案进行实验操作，从而提升进行实验操作的能力;“项目结果的评价”环节既包含了对项目成果的展示与交流，也包括对项目学习的反思及评价，学生需要对小组的实验设计、实验操作以及实验处理进行全方面的反思，并在与同学的交流中找出有待改进之处，提出改进方案，这一过程能够有效提升学生交流反思的能力。

三、项目式学习与化学实验的融合案例分析

怎样实现项目式学习与化学实验教学的融合？我们以“以废铁屑为原料制备摩尔盐”项目学习为例进行分析。

1.项目选择

（1）意义性

项目的选择要有意义，意义是促进学生思维深度发展的发动机，也是帮助学生形成正确价值观的基础。该项目是对课本上铁及其化合物知识的拓展，将书本上的学科核心知识与实际生产相联系，让学生在项目进行过程中学会思考，并利用已掌握化学知识与技能解决工业生产中的问题，从而提升学生运用知识解决问题的能力，促进问题解决思维的发展。以废铁屑这一常见废料转化为具有多种用途的摩尔盐，是一个“变废为宝”的过程，有助于学生形成绿色化学的思想。

（2）融合性

项目的选取要能够很好地融合化学实验，在项目流程中将化学实验作为解决问题的方法和手段。共有4个实验贯穿该项目，分别为废铁屑表面油污的去除，铁屑的溶解，摩尔盐的制备、分离以及纯化，摩尔盐纯度的检测。涉及到全部类型的中学化学实验，同时该项目中包含了3个中学化学学生必做实验：铁及其化合物的性质、化学反应速率的影响因素、配制一定物质的浓度的溶液。从内容上来看，以项目设计教学包含了不同类型的化学实验（表3）。

2.项目式学习的设计

本研究的项目设计需要将化学实验的教学目标与项目式学习的特点相结合，让学生在项目探究的过程中运用化学实验解决具体项目问题，从而提升实验探究能力，促进核心素养的发展。

（1）教学目标

①通过文献阅读和实验活动，探究摩尔盐组成微粒、性质、用途之间的关系，形成“结构决定性质，性质决定用途”的化学学科观念。

②通过头脑风暴、小组讨论对摩尔盐的组成进行分析，设计制备路线，尝试用化学知识解决实际问题，提升问题解决的能力。

③在方案设计的基础上，通过小组合作完成“废铁屑表面油污的去除”“铁屑的溶解”“硫酸亚铁铵的制备、分离以及纯化”等实验，在实验过程中巩固溶液配制、过滤、洗涤、蒸发结晶等化学实验基本操作，提升实验操作技能以及实验结果的处理能力。

④通过交流讨论，结合制备路线的设计以及实验操作对实验结果进行反思与评价，讨论出改进方案。从原料利用率以及环境友好程度等角度对项目进行评价，养成废物利用的习惯，形成绿色化学观念。

（2）教学思路

该项目的教学思路是以废铁制备摩尔盐的过程为流程，按照项目目标的确定、项目计划的设计、项目任务的实施以及项目结果的评价四个环节设计出具体的项目任务（图1）。安排为了完成项目任务所必需的探究活动，制定对应的评价指标。

3.项目式学习的实施

（1）项目学习以小组合作的方式开展

与传统化学实验课堂中以教师演示实验为主不同，基于项目式学习的化学实验教学是以学生为中心的，课堂中的实验活动以小组合作的方式进行。在项目开始时，根据学生意愿自由组合为小组，各小组推选出小组长负责后续任务的分配。比如在硫酸亚铁铵纯度的测定实验中，小组长根据组员兴趣和特长分配多个实验任务：实验装置及药品的准备、标准溶液的配制、滴定实验操作、实验数据记录以及实验结果的处理。各组员都参与到为了完成项目任务所需進行的实验中，在小组成员进行实验操作时其余组员对实验者操作的规范性做出监督。以小组合作的方式进行实验教学，学生进行实验的积极性明显提升，在提高实验操作能力的同时锻炼沟通与协作能力。

（2）项目方案由学生自主设计

相较于传统课堂中由教师直接给出实验要求，项目式学习尽可能还原了现实问题的解决过程，学生需要根据任务具体要求，通过资料查阅、实验验证等活动，确定实验方案，进而提升问题解决的能力。比如如何在实验室中制备摩尔盐，学生就需要根据目标产物组成分析、原料选择、生产路线确定以及各步骤具体实验方案的制定工作。A小组同学选取了赤铁矿为原料，经过原料粉碎处理、硫酸浸泡溶解、铁粉还原三价铁、硫酸铵混合搅拌、蒸发结晶、产品洗涤等操作，最终得到产品;B组同学选取绿矾为原料，经过溶解、混合硫酸铵、蒸发结晶、过滤、洗涤等操作，得到摩尔盐产品。经过产品成本计算、环境友好程度等因素的考量，最终确定以废铁屑为原料制备摩尔盐的方案。

在项目结果的评价过程中，学生需要对制备的摩尔盐样品纯度进行检验，各小组经过讨论制定不同检测方案：利用高锰酸钾滴定法测定亚铁离子含量、利用硫酸钡沉淀法测定硫酸根离子含量。学生能够根据构成产物微粒具有的不同性质设计实验方案，结合微粒数量关系，处理实验结果，最终得到具体纯度。

（3）项目过程中实验功能各不相同，是完整的探究过程

在项目式学习的过程中，化学知识不再是学生记忆的对象，化学实验不再是机械的技能性训练，而是解决实际问题的工具。在“以废铁屑为原料制备摩尔盐”项目中，化学知识、化学实验的运用贯穿项目的各个环节，从产品组成分析到产品制备、分离及提纯，再到产品质量检验，实际上回答了“产品是什么？”“应该怎么生产产品？”“生产出的产品质量如何，能否达到标准？”的问题。

在设计方案时，学生通过铵根、硫酸根、亚铁离子的检验实验，确定了摩尔盐的组成，进而设计出制备方案;在铁屑的溶解实验中，学生需要配制3mol/L的硫酸，并根据反应本质设计出同时具备水浴加热及尾气处理功能的实验装置;在硫酸亚铁铵的制备、纯化及分离实验过程中，学生需要根据溶解度差异进行降温结晶、乙醇洗涤等实验，得到最终产品;最终需要利用亚铁离子的还原性、硫酸根离子的性质测定样品中的离子含量，进而算出样品纯度。在这一过程中作为解决这些问题的工具，同时这些问题环环相扣，将实验过程整合为一个完整的工业生产问题的探究过程。

（4）学习评价方式的多元化

在项目式学习过程中，学生学习进行了多元化的评价，分为过程性评价与终结性评价。过程性评价有活动表现评价和活动任务单的完成情况。其中实验环节和小组活动环节对学生的表现采用的是表现性评价。活动任务单中有学生对文献阅读提取信息的记录，化学实验设计方案、实验的过程记录和分析等。终结性评价主要包括实验制作产品的结果和项目报告。如表4是过程中摩尔盐纯度检测实验学生表现评价表。

学生学习评价的总表如表5所示，教师在表中还针对学生的学习情况给出评语，肯定学生努力的同时给出改进建议。

四、结论

项目实施过程中，学生始终对项目学习保持浓厚的兴趣。为了项目学习的成功，每一个环节都表现得很认真。特别是对实验有了全新的认识。一位学生在后感中写道：“在测定（NH4）2Fe（SO4）2溶液浓度的时候，我们从不同的角度进行了实验，认识到了化学学科的灵活性和实际生活中问题的多样性。对实验现象的想象和描述也将更加准确。同时，由于现实的复杂性，此后在设计具体流程时，也将更加注意流程的简单性和可操作性”。

以项目式学习的方式对化学实验教学进行融合，是一条提升学生实验探究能力的有效途径。在项目学习过程中，化学实验不再是机械的技能性培训，而是作为学生解决问题的工具。对物质进行分析、合成以及表征等实验是项目完成要求的必然结果。项目式学习模式能够有效培养学生科学探究的能力，其中的各个环节对学生实验探究能力的不同方面具有促进作用，促进学科核心素养的发展。

参考文献

[1]赵华.高中化学实验教学的问题与对策[J].化学教育，2013（9）：53-56+63

[2]张瑾，林月环.化学实验教学的现状及基于核心素养的策略研究[J].化学教与学，2020（7）：78-81

[3]教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见[J].中华人民共和国国务院公报，2020（8）：74-76

[4] 郑长龙等编著.化学实验教学新视野[M].北京：高等教育出版社.2003

[5] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[6] Pblworks.org.What is PBL[ EB/OL] .https： //www.pblworks.org/what-is-pbl.2021-05-04

[7]威廉.H.克伯屈著，王建新译.教育方法原理一教育漫谈【美】[M].北京：人民教育出版社.1991术通讯联系人，E-mail：wangweiqun@suda.edu.cn