基于创新意识培养的高中化学项目式教学情境素材挖掘——以化学项目式实践为例

■ 宋立栋

2015年5月，中共中央总书记习近平在华东七省市党委主要负责同志座谈会上的讲话中指出：“综合国力竞争说到底是创新的竞争。”面对新时代的迅猛发展，创新型人才对建设创新国家的重要性日益凸显，这就要求教育借鉴国际课改优秀成果，加强学生创新能力的培养，构建中国特色的人才培养方式。学习方式变革是中小学课程改革的关键突破口，是创新型人才培养的重要着力点。[1]在《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》[2]（以下简称新课标）中，明确了高中化学课程对“高素质人才的培养具有不可替代的作用”，“科学探究与创新意识”是化学学科五大核心素养之一。“倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。”

基于创新人才培养的要求，以往过于固化的课程结构禁锢了学生的思维，急需探索基于国家课程的校本化建构，完成学校课程教学整体的结构性变革，山东省青岛第三十九中学（以下简称青岛39中）自2011年开始海洋教育的探索，将体验式学习与课题研究相结合进行了初步尝试，取得了不错的效果。随着《中国学生发展核心素养》[3]的出台，青岛39中开始探索基于真实问题驱动、实际问题解决、情境中探究的项目式教学研究。

一、项目式教学的内涵与模式建构

项目式教学是一种建构主义理念下以学生为中心的教学方式，它主张学生通过一定时长的小组合作方式，解决一个真实世界中复杂的、具有挑战性的问题，或完成一项源自真实世界经验且需要深度思考的任务。在解决问题或完成任务的过程中，学生精心设计项目作品、规划和实施项目任务，进而逐步习得包括知识、可迁移技能、高级思维能力、关键品格等在内的21世纪技能与核心素养。

经过深度理论学习，结合巴克教育学院的PBL框架[4]（见图1），青岛39中将项目式教学的核心要素概括为项目及学习目标、真实情境、活动设计与探究、成果展示交流四项内容（见图2）。其中，项目及学习目标的制定，既要尊重课程标准和学业要求，又要考虑发展学生哪些方面的核心素养，同时要结合学校的资源优势；真实情境还原了知识产生的背景，使知识的发生回归原点，教育也从原点发生；活动设计与探究过程还原了知识产生过程，使学生能够理解知识原型的诸多变化，从而更能适应复杂多变的真实世界问题；成果展示交流环节还原了思维发展过程，使学生的思维过程变得可视化，从而带来了评价方式的变革。

图1 黄金标准的项目式学习

图2 项目式学习核心要素关系图

在青岛39中与北师大合作项目式实践的过程中，形成了化学项目式教学模式，见图3。

图3 化学项目式教学模式

青岛39中高中化学项目式教学通过整合教学内容、拓宽教学环境、改变教学模式、改革评价方式等，最终使学生充分发展创造力和创造性思维，取得良好的教学效果。

二、项目式教学中情境的作用与选择标准

基于项目式设计的黄金标准及青岛39中的项目实践，真实情境是项目式教学的核心要素之一。选择真实情境，并设计富有挑战性的问题，引导学生持续探究，是一个成功项目的必备要素。项目式教学中的情境活动有何作用呢？新课标指出：课程内容要设置基础性和社会性的化学知识，教学理念要突出“素养为本”，为学生拓展与化学有关的真实问题，使学生形成关注社会发展的意识，锻炼学生参与讨论社会问题的能力，在这过程中逐渐形成学生必备的品格。因此情境的作用主要有二，一是其创造的环境为学生提供接触社会生活的机会，能够锻炼学生团队合作能力，提高学生的生活实践能力；二是为学生学习使用各种技术和方法提供了一个有效的大环境，合理的情境创设能够更好地促进学生的发展。[5]

那么，如何选择促进创新意识培养的化学项目式教学情境呢？首先，我们要了解创新意识的含义。创新意识（Sense of innovation）是指人们根据社会和个体生活发展的需要，引起创造前所未有的事物或观念的动机，并在创造活动中表现出的意向、愿望和设想。创新意识主要包括问题意识和质疑意识（相对于习惯和迷信心理）；捕捉机遇和灵感的意识（相对于惰性心理）；独立意识和自主意识（相对于依赖和盲从心理）；风险意识（相对于恐惧和蛮干思想）；开放合作意识（相对于封闭心理）。针对优秀化学项目情境的选择有如下要求。

（一）项目情境选取要符合课程标准

化学学科的项目式教学是基于真实问题解决的完整意义上的探索，不仅要求项目内容符合课程标准，能够发展学生一种或几种核心素养，同时要符合新课标要求的教学评一体化，具有可评价性。例如，实验探究在化学项目式课堂中占有重要地位，实验方案的设计、实施等过程都对学生的创新意识有所提升，都体现了科学探究与创新意识的科学素养。

（二）项目情境要体现学科特点

化学作为一门交叉渗透于生命、材料、环境、能源等众多领域的学科，在人类社会发展中发挥着重要的作用。项目应该具有多学科、多领域的知识共存特点，能够引起学生的研究兴趣。

（三）项目情境要紧密联系实际

项目问题是真实或者接近真实的问题，具有可操作性。在新课标“课程内容”模块下每一主题的“教学提示”部分，针对情境素材的使用提出了具体建议；在“实施建议”部分明确指出要“创设真实问题情境，促进学生学习方式转变”，要“注重情境、活动、问题解决的整体设计”。[6]生活中的化学这一类的情境最容易吸引学生兴趣。另外，新闻事件中与化学相关的报道或者素材，比如里约奥运会的游泳池变色事件等，蕴含的化学原理并不复杂，但是因为信息的传播引起广泛影响。作为项目教学切入点，往往能够迅速带领学生进入状态，同时身边的化学问题的解决能够提升学生对化学学科价值感的认同。

综上，立足于新课标、教学内容和学生经验选择项目，并根据项目主题选择真实情境是项目式教学成败的关键。

三、基于创新意识提升的项目式教学情境素材挖掘

学校化学组自2017年开始项目式教学实践探索，至今已开发了至少20个经典项目式教学案例，在2020年7月出版的《普通高中化学课程标准理解与实践》[7]中收录3个项目式教学设计案例，2个教学实践体会；在2020年11月出版的《高中化学项目式教学实践研究》中收录其中13个项目式教学设计案例。笔者以青岛39中项目式教学实践为例，选取比较有代表性的几个项目分析如何在项目式教学的情境创设中提升学生的创新意识。

（一）问题意识和质疑意识培养的项目式情境挖掘

提出问题是2012年美国国家研究理事会提出的核心科学实践之一。姚本先先生认为，问题意识是人们在生活中遇见难以解决的问题后，所产生的一种十分困惑的心理状态。在此心理状态下，人们会主动思考以寻求问题的解决。[8]项目式教学支持所有学生批判性地反思、解决问题，创造性地思考和作出决策。项目式的课堂本身就是一个意义建构和知识生成的课堂，可以激励和促进学生学习、探索现象并解决问题。

以“设计过氧化氢使用注意事项标签”[9]为例，此项目式情境以日常生活为中心，以“红十字会收到不同厂家的双氧水消毒液”为项目背景，展示给学生不同厂家的消毒剂。学生发现它们的标签各不相同，提出问题：过氧化氢能不能与氧化性物质混用?过氧化氢为何不能与还原性物质混用？根据学过的氧化还原反应的知识进行问题的解决，设计实验方案进行过氧化氢性质的探究，在完成项目的过程中，渗透学科知识、关键能力，也最终形成使用注意事项标签的项目成果。此案例中情境的选取就是来源于学生对现象的观察。提出问题是科学的核心，也是鼓励学生去探索他们所生活的世界的关键策略。驱动性问题的一个核心方面就是帮助学生建立科学与生活的关联。此类项目式情境的设计对于培养学生的“问题意识和质疑意识”具有重要的作用。

（二）捕捉机遇和灵感的意识培养的项目式情境挖掘

项目式学习不是帮助学生发展惰性知识，而是帮助他们发展整合性理解，从而帮助学生认识现象和解决问题。在项目任务完成的课堂中，学生经常会出现一些富有创造力和灵感的想法，教师在课堂上注意关注学生的课堂生成，抓住学生灵感的闪光点，就可以创造出更多的好的情境应用于后续的项目式教学中。

以“含硫物质转化复习”[10]为例，“建硫酸工厂”的项目在解决选址问题及自建一个硫酸工厂模型的课后任务时，有学生依据原料分析，提出了铁厂与硫酸厂联合办厂的想法和模型。抓住学生的灵感，提出“如果你作为硫酸厂的厂长,是否考虑与炼铁厂联合办厂”的主项目，通过项目的设问、拆解、探究、总结来进行含硫物质的复习。教师捕捉住学生灵感的项目式教学设计，学生对于自己发现和提出的问题会更加感兴趣。

（三）独立意识和自主意识的项目式情境挖掘

提出问题、进行观察、设计探究方案、收集数据、分析结果、提出新问题、得出新的观点并使用证据来支持这些观点，这样一个循环是基于项目的科学教育的一个关键特征，它要求学生能够对知识进行运用。因此在项目式教学过程中，能够很好地培养学生的独立意识和自主意识。化学实验是培养科学探究能力与创新意识的重要载体，学生在化学学习中通过实验探究化学物质及其变化的本质及规律，实验的探究过程也正是学生探究能力和创新意识培养的过程。

探秘“久置补铁剂的成分”过程中，学生做完了原型的简单实验，再来做真实综合的复杂体系实验，对复杂体系中的干扰因素有所困扰。此时需要学生自觉、主动地用价-类二维图解决陌生的复杂的不提示的问题，这是学生能力中的较高水平。教师不能只关注方案的本身，更要追问学生如何想出来。这是学生在经历此必做实验时的两个发展点，诊断的方法是需要先探查的，如何对学生进行诊断呢？选取检验试剂是第一个驱动问题，学生选取试剂是要开放的，表现出来的选择的不同性是学生思维中对价-类二维角度的差异，这是属于自主性的东西，不能平白无故地给出。对于学生欠缺发展的内容就要让学生亲自体验，并且要足够开放，因为只有开放了，学生才知道自身差在哪里。教师可以通过小组间互相比较的方式放大差异，差异背后代表的是关键思考角度的差异，障碍点即发展点。

（四）风险意识的项目式情境挖掘

化学作为一门与生产生活联系紧密的学科，解决生产生活中的问题更容易引发学生的共鸣。“自制泡沫灭火器”主要是为了解决家庭火灾的问题，“黄花菜中硫元素的测定”主要是解决民生新闻中关于二氧化硫的食品安全问题，“海上桥梁防腐方案设计”主要是克服高盐度海域中的腐蚀问题，等等，都是培养学生风险意识的情境。另外，在化学发展过程中，正是因为化学家们的风险意识，才使得化学不断发展。例如，“世纪回眸探制碱”选取的是“假设同学们穿越回一个世纪前制纯碱的时代，如果你是侯德榜，技术被封锁后，你要如何破译索尔维制碱法的秘密呢”这样的情境，体会当时我国急需纯碱的国情，让学生体验发现制碱的过程，激发学生对侯德榜的大世界观、风险意识的认同感，体会工业制备物质的一系列完整的流程，在项目实施过程中调用已有知识完成制碱原理的探究。项目式情境选择真实生活情境或新闻热点对促进学生的风险意识有很大的益处，更能让学生深刻全面地看待化学、赞赏化学。

（五）开放合作意识培养的项目式情境挖掘

项目式教学是在探究式学习法上衍生出来的一种教学模式。老师提出具体项目，可以理解为学习任务；学生在驱动性问题的激发下，寻找解决问题的途径和方法。因此项目式教学在情境选取、项目解决及项目作品的呈现中，都是全开放式的。这期间，学生需要对问题进行剖析，划分项目模块，通过分工合作、查阅资料、整理数据、分析问题等途径完成最终的作品，对于培养学生的合作意识有积极作用。

以“工业废气合成甲醇”为例，将常见工业废气中的二氧化碳合成甲醇，除了项目主题是全开放的，条件的选取也是全开放的，需要学生能多角度、动态地分析化学变化，运用化学反应原理解决简单的实际问题。“解酒药的研制与开发”[11]从日常生活中“酒与头孢不能同服”的常识切入，通过角色扮演，解答“如果你是药物研发师，解酒药应该如何制作”这个问题。这样的全开放式的探究，给学生更多的思考和发挥的空间。每个想法的落实需要学生小组间的通力合作，因此项目式教学在自主性、开放性和综合性上存在巨大优势，对培养学生的“创新意识”和“科学态度与社会责任”等学科核心素养都有良好效果。

四、反思

项目式教学用真实情境还原了知识产生的背景，使知识的发生回归原点。在完成项目任务的过程中，问题解决过程就是教学的过程，就是学生学习的过程。通过积极的小组合作、实验探究等方式，发展学生创新意识。

在项目式教学设计的过程中，我们关注了生产生活，关注了工业生产，关注了民生新闻等，但是对于传统文化的挖掘还不到位。在后期的实践中，我们会向中华优秀传统文化上倾斜，传承和弘扬工匠精神和技术创新思想。同时，也要打破学科壁垒，充分发挥项目式教学的育人价值，让教育真实发生。