指向学科核心素养的初中科学微项目化学习范式研究

赵萍 陈锋

摘   要：微项目化学习指向更有效地培养学生的学科核心素养，以真实情境为学习载体，以驱动性问题为学习导向，以科学知识为解决问题的基础，以问题解决、探究性实践等为认知策略，从而理解科学概念、形成专家思维、引发跨情境的迁移。

关键词：学科核心素养;微项目化学习;初中科学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2022）4-0004-5

科学课程核心素养是指学生在学习科学课程的过程中，逐步形成的适合个人终身发展和社会发展需要的价值观念、必备品格和关键能力，是学生通过科学课程学习后内化的具有科学特性的品质，主要包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任四个方面。项目化学习是一种很好的可以养成科学课程核心素养的课程样态，但是需要多节课或需要延伸到课外的项目化学习并不完全符合现今的真实校园情况，要使项目化学习在现实学校里真实“发生”，让尽可能多的学生心智自由地发展科学课程核心素养，项目化學习中的微项目化学习是一种较现实的课程样态。

1    初中科学微项目化学习的范式

微项目化学习主要在45分钟的课堂上进行，是指在课堂中为学生提供15～20分钟长时段的探索性项目任务，或者在课外以类似实践性作业的形式对某个内容或主题进行小探索[1]。微项目化学习为学生提供探究性项目任务，择取项目化学习中的真实情境、驱动性任务、探究性实践、社会性实践等若干要素，助力学生理解基于课程标准的关键概念，培养理性思维、批判质疑和勇于探究的科学精神等。

尝试给予学生更多心智自由的基于真实情境的微项目化学习范式，如图1所示。

2    初中科学微项目化学习范式的实践

“汽化与液化”是浙教版《科学》七年级上册第4章第6节的内容，该内容属于核心概念“物质的变化与化学反应”中的学习内容，即物质的三态变化。本节课的重点知识是探究影响液体蒸发快慢的因素，要求学生熟练掌握科学实验探究的基本步骤，学会用控制变量法设计实验。在传统的课堂上，往往是教师提供实验器材和“药方式”的探究方案，学生按部就班地进行实验探究，最后得出结论。但是，学生在小学阶段就学习过蒸发这个概念，也多次接触过控制变量条件下的实验探究，在这样思维空间有限的探究过程中，学生思维能力的提升是有限的。

2.1    确定微项目的学习目标

根据泰勒的课程与教学原理可知，学习目标是课程的核心，有清晰、明确、可操作性的项目式学习目标，才能使学生更高效、更有指向性地完成项目式学习。指向科学课程核心素养的“汽化与蒸发”微项目学习的学习目标设定如图2所示。

2.2    寻找复杂、适切的真实情境

在微项目化学习的情境创设上，要遵循真实性、复杂性和适切性原则，凸显情境的功能性目的，促使学生把学科知识和技能运用到真实世界中，而不是仅仅在书本上掌握它们。

“汽化与蒸发”可以选择如下情境：非洲穷小哥卖不用电的“土冰箱”逆袭成土豪。在非洲，很多地方还都是原始部落，没有自来水，也没有电。那么，在四季酷热的非洲，食物怎么保存呢？他们发明了一种“土冰箱”，可以使放入其中的食物的温度下降十几摄氏度。

设计意图：这个情境来源于真实生活，是现实世界成年人要面对并解决的问题，制作“土冰箱”时运用的原理属于科学问题，提出的问题对学生是有意义的。真实问题，学生视角，学以致用，这样的情境可以与学生的认知经验建立起联系，从而激发学生的好奇心和探究兴趣，有助于养成“勇于探究”和“乐学善学”的素养。

2.3    创设驱动性问题

驱动性问题是能够组织和驱动师生开展学习和探究等课堂教学行为的、以实现教学目标及促进学生素养发展的、科学且有意义的问题。

“汽化与蒸发”微项目的驱动性问题是如何制作“土冰箱”，循序渐进的问题链设计如下：

（1）这支温度计在空气中的示数是15 ℃，给你烧杯、酒精、水和胶头滴管等器材，你能让温度计的示数在最短的时间内尽量降低吗？请记录操作方法、时间及最低的温度。观察并比较多组同学的实验结果，你可以得出什么结论？

（2）给你一块湿布，你能用最短的时间让湿布变干吗？请记录操作方法、时间。观察并比较多组同学的实验结果，你可以得出什么结论？若要使实验结论更严谨，你的实验设计需要进行怎样的修正？

（3）上两个实验中的酒精和水，由液态变成气态，这种物态变化叫什么？请用微观的分子运动论观点解释宏观的汽化现象，并用图示法呈现汽化现象的实质。

（4）提供小陶罐、烧杯、剪刀、糖果、沙子、布、水、滴管、温度计、小布块等器材，请运用前面两个实验的结论制作降温效果好的“土冰箱”，需要提供设计图，说明选材、各部分的结构和作用，说明制作“土冰箱”所依据的科学原理，呈现“土冰箱”模型。

（5）如果这是你们组的产品，请设计宣传单介绍、宣传你们的“土冰箱”。

（6）请你制订评价量表，来评价其他小组的“土冰箱”，并说明评价的理由。

（7）请你尝试绘制今天所学知识的思维导图;根据对其他小组产品的体验以及评价，对你们组的产品提出改进意见。

设计意图：驱动性问题与课堂教学目标相匹配，具有科学性和真实性，能引发学生的高阶思维活动，激发学生开展实践性活动的兴趣[2]。以上的问题链设计，考虑到了将复杂问题拆分成具有逻辑关系的多个问题，呈现的不是零散、独立的问题，这样的问题链为学生的思维搭建了良好的“脚手架”，但又是非良构的问题，在给予学生较大的思维空间的前提下降低了思维难度，有助于学生循序渐进地在一节课内解决问题[2]。在有限的课堂时间内，既促使学生形成了基本的科学观念，又训练了运用基本的思维方法解决非良构问题的能力。

2.4    明确设计方案、实验、制作中的认知策略和学习实践活动

要让学生经历高质量的项目化学习，需要设计指向概念性知识的高阶认知策略，同时也包含与之相关的系列基础知识的认知加工，并让学生经历有意义的学习实践历程，而不是简单地让学生完成活动、做出成果。“汽化与蒸发”微项目学习中的认知策略及学习实践活动分析如表1所示。

设计意图：通过以上分析可知，该微项目化学习的设计中，有多元的学习实践活动，可以较好地满足学生的多元需求。学生搜寻生活中有关蒸发的经验，在实验中通过比较、分析、推理、抽象等得出有关蒸发的概念，并以此为基础进行实验、创见等高阶认知策略，从而有效地养成相关的科学课程核心素养。

3    初中科学微项目化学习范式的应用策略

3.1    以真实情境激发学生的动机与思维

将解决真实情境中的问题作为撬动掌握知识和技能的杠杆，使学生发生高阶思维，助力养成科学课程核心素养，以帮助学生应对纷繁复杂的现实世界。列举浙教版初中《科学》中可以运用的一些真实情境，如表2所示。

在将真实情境引入微项目学习时，要切忌情境与知识的学习和运用被割裂成两张皮，只是“为情境而教情境”，使真实情境起不到激发学生思维的作用。也要切忌呈现一个虚假的情境，比如在浙教版《科学》九年级上册第三章第五节“内能”这节的“热机”一课中，老师呈现了“我是一个汽油机”这个情境，让学生用肢体模拟汽油机工作的四个冲程，这些模拟无助于对本质内容的理解，热闹的课堂现象改变不了最后“讲授 —接受—测验反馈”传统教学中的学生对于书本内容熟稔于心，而面对现实问题时却无所适从的现状，也无法使他们获得参与改变现实世界活动的机会。

3.2    以适切的驱动性问题（链）促进学生深度学习

设计驱动性问题时，需要考虑驱动性问题的针对性、适切性，否则微项目化学习较难开展。例如，浙教版初中《科学》八年级上册第四章复习课“欧姆定律的应用”，老师先呈现情境“电压表可以直接测电压，电流表可以直接测电流，你能制作出一个可以直接测电阻的欧姆表吗？”直接提出让学生制作欧姆表，学生较难有思路，他们的思维能力、知识储备都难以支持该问题。如果将其拆解成问题链：（1）现在老师有电流表，你可以选择对它进行改装。（2）你还需要什么器材？或者给出实验器材让学生挑选。（3）请设计一个可以测电阻的电路。（4）检查分析你设计的电路的可行性。（5）怎样在电表上标注刻度？（6）改装后的欧姆表的刻度均匀吗？请推导证明。通过这样的问题链，帮助学生铺设了解决问题的台阶，使学生在合理的问题引导下，顺利解决复杂问题。

驱动性问题不能太难，也不能太简单，如果驱动性问题的思维容量太小，那么难以促进学生的深度学习，难以养成归纳、比较等理性思维。如“制作新型液体密度测量工具”这个微项目学习中以下这个教学片段：

师：请同学们仔细观察我接下来的操作。将装有等体积酒精和蔗糖溶液的小桶先后挂在弹簧上，并在侧面做标记。

师：你们发现了什么？

生：两次的弹簧伸长量不一样。

师：产生这种区别的原因可能是什么？

生：小桶内装的液体密度不同。

师：那为什么液体密度不同，弹簧伸长量就不同呢？

生：体积相同时，液体密度越大，质量越大，所受重力就越大，弹簧受到的拉力也就越大。

3.3    以高阶认知策略和学习实践促进养成核心素养

项目化学习要锻炼和培育的是学生在复杂情境中的灵活的心智置换，是一种包含知识、行动和态度的“学习实践”，而不是按部就班地完成探究的流程，即是一种动手动脑的学习实践，既有“做”，又有“学”，是在对知识的深度理解基础上的实践，同时也是在实践过程中探究知识的形成过程。例如，在浙教版七年级下册《科学》第二章第五节“光的反射和折射”这节课中，以“太阳光进入大气层的时候为什么会发生弯折”为真实情境，以“光在什么情况下会发生弯折”“同种介质中会不会发生折射”“怎样可以制作不均匀介质模拟大气层的大气不均匀的现象进行实验”等驱动性问题来驱动学生思考，学生尝试用多种材料来模拟不均匀的介质，如胶水、盐水、油等，最后在老师的辅助下发现了溶解度大的“糖水”能模拟出来，然后学生思考怎样可以制作出浓度差距大的糖水，怎样操作可以让糖水变成浓度渐变的状态，一步步都是学生遇到问题后在老师的协助下逐步思考、探究、解决，以避免学生只根据老师提供的器材做实验，而不知为什么要做这些实验。

总之，微项目化学习选择项目化学习中的某几个要素运用于日常课堂教学中，从而使项目化学习的精华真正地被真实的校园所汲取，而不仅仅存在于论文或课题中，从而有效地发展学生的科学课程核心素养。本文提供一种微项目化学习的范式，并运用平板电脑等展示线上线下的融合教学，旨在改变目前项目化学习的研究“轰轰烈烈”，但课堂教学传统模式“涛声依旧”的现状。

参考文献：

[1]夏雪梅.项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践[M].北京：教育科学出版社，2018：9.

[2]陈锋.初中科学概念教学范式的创新研究[M].上海：上海教育出版社，2017：9.（欄目编辑    赵保钢）