基于深度学习的化学项目式学习设计与实践
吴其特
摘 要 以“自制天气瓶”为例介绍初中化学项目式学习的设计思想、教学模式、实施策略，以及如何进行深度学习、培养高阶思维，从而促进学生的批判性思维、创造能力、沟通能力等学科素养的形成。
关键词 初中化学 项目式学习 深度学习 教学设计
一、项目式学习的内涵与特点
（一）项目式学习的内涵
项目式学习是以建构主义理论为指导，围绕项目问题，以课程目标为依据，在小组中进行的自主合作探究性学习。学生通过探索与生产生活密切相关的问题，最终形成项目成果或解决问题，从而构建学科知识体系，形成分析问题和解决问题的能力。
建构主义提倡以学生为中心的学习，既强调学生的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用。学生在学习过程中积极主动探索，对外部信息主动进行选择、加工和处理，成为学习活动的主动建构者。教师是学习活动的帮助者、引导者，教师要通过各种教学方式，帮助与促进学生对知识进行有意义的建构。
综上，笔者认为，项目式学习是以学生为中心，以问题为动力导向，通过创设真实情境，引导学生以小组合作的方式解决问题，最终完成项目的一种学习方式。项目式学习的设计以驱动性问题为起点，确定项目研究目标，规划、设计项目研究方案;项目式学习的开展应由小组协作实施，并在实施过程中合作解决相关难题，完成项目并且展示、汇报。在项目式学习中，学生带着原有的知识和经验去解决实际问题和完成任务，在这个过程中，原有的知识得到重组和建构，形成新的认知，而教师主要是提供“脚手架”，帮助学生将知识进行重构，生成有意义的知识体系。
（二）项目式学习的主要特点
1.真实情境萌发新问题。教师应有目的、有意识地为学生创设各种情境，促使学生主动去质疑问难。布鲁纳的问题教学法认为，学习者在一定的问题情境中所经历的对学习材料的亲身体验和发展过程才是学习者得到的最有价值的东西。在项目式学习中，教师要创设真实的、符合学生认识的问题情境，而不是虚构的、脱离学生生活的情境，使学生在与真实情境的互动中萌生真实的问题，对知识形成陌生与新异感，产生探究学习的欲望。这种基于真实情境而萌发的问题才是基于学生内在需求的好问题，才能驱动项目式学习的深入开展。
2.在实践探究中建构知识，在深度学习中解决问题。在项目式学习过程中培养学生问题解决能力、团队合作意识，使学生具备批判式思维，是深度学习的具体表现。在合作、探究、解决问题中实现学科知识以及关键能力的提升，是深度学习的关键。项目式学习强调在“做项目”中学，通过探究与实践，将知识、技能重新整合，解决复杂问题，并以成果展示的方式进行表达，以达到深度学习的目的。
二、项目式学习的设计与实施
基于项目式学习的内涵与特点，笔者设计了基于深度学习视域的“自制天气瓶”项目式学习。以天气瓶的制作活动为载体，内容包含生活问题及学科核心知识，并与初中化学课程内容、化学学科核心素养培养的内容相互交融，根据化学学科的特点，以发展学生的核心素养为目标，遵循以学生为主体的原则，项目的设计、实施、评价都以学生为主体，教师只是给予适度的指导和帮助。学生在项目学习中既用所学理论指导实践，又在实践中完善所学理论，在理论和实践相互作用中理解知识、掌握知识;学生是项目活动的主动参与者，是项目实践过程中的参与主体。
（一）“自制天气瓶”项目的建构
1.“自制天气瓶”教学分析。“自制天气瓶”项目式学习是基于沪教版九年级化学第六章“溶解现象”设计的单元项目式学习。这一章概念繁多，涉及溶液的组成、饱和溶液和不饱和溶液、溶液的质量分数等，一般是分课时完成教学，学生对繁多的概念容易产生混淆。但是其中的溶液知识与生活生产联系紧密，如溶液的配制、结晶等在生活生产中有广泛的应用，这为进行项目式学习提供了真实的生活生产情境素材。因此，笔者以“天气瓶”为项目式学习的基本素材，将初三化学关于溶液的知识进行整体化设计并使之体现章节知识间的渗透与联系，使学生以这些具体真实的问题情境为载体，在体验科学探究的过程中，通过自主学习与交流合作来解决开放性的问题并完成知识的重构，以培养学生合作解决复杂问题的能力。
2.学情分析。首先，学生已在生活中接触到一些溶液，通过氯化钠等物质的溶解初步了解了溶液的形成以及溶液在生产中的一些应用;其次，学生对于多种多样的溶液会产生好奇，容易激发探究的欲望，形成学习动机，保持学习兴趣，这是学生进行本章项目式学习的心理前提;再次，学生已经知道怎样应用科学探究的方法去探寻物质的性质与变化，这是学生进行本章学习的能力前提;最后，学生对于溶液的理解尚不能将宏观与微观结合，没有建立起知识间的内在联系，还有待从多角度认识溶液，形成认识混合物的一般思路和方法。因此，学生需要通过本章的项目式学习，形成系统的溶液知识体系，掌握项目式学习的基本方法，体验深度学习的过程。
（二）项目设计与实施
1.制订符合学科核心素养的项目式学习目标。项目式学习的设计要从课程标准出发来确定学习的核心知识、要提升的关键能力及高阶认知策略，明确学习任务。学习目标也是学科核心素养的具体体现，在项目式学习的设计中，体现不同素养内涵的学习目标有助于项目活动的开展与深度学习，有助于培养学生的学科核心素养[2]。学生通过研究天气瓶的功能与构造学会从宏观角度认识溶解现象，通过对溶解本质的探究活动提升微观辨析的能力;通过配制天气瓶所需的溶液学习溶液的简单计算和溶液的配制，在合作学习中培养实验探究能力和协作意识;通过观察天气瓶中的结晶现象了解饱和溶液和溶解度的含义，了解结晶的现象，從而培养证据推理能力，形成科学态度;通过梳理项目成果能将所学知识运用于实践，体会化学与生活生产之间的紧密联系，培养科学探究精神和环保意识。在该项目式教学中，素养目标统摄教与学的目标（表1呈现的是本课时的教学目标、学习目标和素养目标）。
2.创设贴近生活的问题驱动情境。教师要寻找教材相关内容与项目式活动内容的融合点，再创设贴近生活的问题情境（如案例1）。问题情境能激发学生主动研究项目的动力，为项目式学习的开展奠定基础。
案例1 【情境引入】天气瓶是个网红产品，据说它能预测天气的变化。天气瓶中的物质主要由蒸馏水、乙醇、硝酸钾、氯化铵和樟脑按一定的比例混合而成。下面，我们就来共同观看《神奇的天气瓶》视频短片，并请同学们带上以下这个问题：
【驱动性问题】描述天气的要素有哪些？天气瓶能预测哪些要素呢？
【设计意图】由学生熟悉的天气瓶引出项目主题，能激发学生主动思考与探究天气瓶奥秘的热情，为“自制天气瓶”项目式学习的开展奠定基础。
“自制天气瓶”项目式学习整合了溶液的定义、溶液的组成、饱和溶液、溶解度和结晶等概念，也包含一定浓度溶液的配制、探究影响物质溶解性的因素等探究实验，是开展项目式学习的适宜载体。情境引入环节的驱动性问题是具有一定开放性的、生活化的驱动性问题，能激起学生的兴趣，能带给学生多维度的思维空间，促使学生在提出问题、分析和解决问题的过程中思维向高阶、多维度发展。
3.根据学习目标设计项目式学习任务单。项目式学习任务单能保证项目研究的方向，学生通过完成项目式学习任务单，能够在知识能力、学习方法、情感体验三个维度上全面发展，从而促进科学素养的提升[3]。“自制天气瓶”项目式学习围绕天气瓶的研究并从学生的认识发展规律出发设计任务单：任务一要求学生初步认识天气瓶的功能和构成，主要通过观察、文献学习、实验探究等学习方法初步了解天气瓶;在学生对天气瓶有了基础性认识的前提下，设计任务二“配制天气瓶所需一定溶质质量分数的溶液”，在项目活动中提升实验探究和合作学习的能力;任务三为探究天气瓶受温度影响的原理，培养学生设计实验方案、进行实验探究、形成实验结论的整体项目实践能力;任务四建立在前三个任务的基础上，是学生学习成果的展示。项目式学习设计四个以探究活动为载体的学习任务（见表2），并根据学生的认识水平层层递进，通过四个任务的开展，帮助学生建构化学观念、学习证据推理的方法、提升科学探究的能力。另外，为了帮助学生进行深度学习，笔者在每一个任务中又设计了相应的化学探究实验，通过实验1、2和3的递进探究过程，使学生对于溶液的认识从宏观认知发展到微观辨析的水平;通过实验4、5的学生分组实验，训练学生的基本实验操作技能，学习控制变量的科学方法，从而促进学生对溶解度概念的深入理解。
4.组建小组，合作学习，促进深度学习。小组合作学习是项目式学习的主要方式，在小组合作中学生会产生思维的碰撞，注重知识的建构与迁移运用，从而促进深度学习。学生在同伴互助中能更加主动地参与到学习中，重组学习内容，建构出自己的知识结构;能在合作学习的过程中开展积极的合作与沟通;能理解跨学科知识的内在联系，并学以致用。因此，合理建设学习小组，科学设计探究问题，丰富合作学习模式，能够促使更多的学生参与课堂活动，进行深度学习体验，提高核心素养[4]。
“自制天气瓶”的项目式学习就是以合作学习小组为基本形式来促使学生进行深度学习，以小组学习过程性评价和成果性评价来促使学生共同达成学习目标的学习活动。以任务一“初步认识天气瓶的功能和构成”为例（案例2），笔者让学生以学习小组为单位展开探究活动，探究活动从宏观到微观逐步深入，使学生更容易理解溶液的形成并建构溶液的概念。
案例2 认识溶解过程
【问题】制作天气瓶所需要的硝酸钾溶液由什么成分组成？
【小组活动1】探究天气瓶中硝酸钾溶液的形成。向烧杯中加2 g的硝酸钾晶体，再加入10 mL水，搅拌并观察实验现象，测定溶液温度的变化。
【设计意图】学生通过动手实验体会溶解过程中物质和能量的变化，从宏观角度认识溶液的形成过程。
【小组活动2】小组讨论并绘制出硝酸钾晶体溶解过程微观示意图（图1为学生绘制的错误的微观示意图）。
通过分析学生绘制的微观示意图发现，部分学生对于溶解过程不甚理解，不能将宏观现象与微观本质结合起来，无法准确地表示出溶解的过程和溶液的均一性的特征。
【设计意图】通过学生绘制溶液的微观示意图，使学生从浅层的宏观认知向深层次的微观辨析深入，挖掘宏观现象与微观本质的内在联系。
【小组活动3】测定溶液电导率，研究溶质微粒在水中的运动情况。向烧杯中加入40 ℃的蒸馏水500 mL，均匀加入硝酸钾晶体，用电导率传感器测定溶液的电导率，观察曲线变化。2分钟后打开磁力搅拌器，再次观察曲线变化。
学生经过小组讨论后提出方案，用测定溶液电导率实验获取硝酸钾溶解过程的电导率变化曲线（见图2），根据直观的电导率变化曲线，再分析、推理溶液形成的微观本质并再次绘制硝酸钾晶体的溶解过程微观示意图。此时，学生通过小组合作及直观实验，已能够将硝酸钾晶体溶解的宏观现象与微观本质相结合，正确理解了硝酸钾溶液的形成并成功建构了溶液的概念，因此，能够正确绘制出硝酸钾晶体溶解过程的微观示意图（见图3）。
【设计意图】运用电导率传感器生成的曲线直观展示物质溶解的微观过程，将宏观现象与微观本质相联系，突破学习难点，在分析数据的过程中学生的证据推理和模型认知能力得到提升。
5.巧用平台展示项目成果，注重过程性评价，完善多元化评价体系。项目式学习中的评价不仅评价学生的高阶思维、必要技能，还要评价学习方法及学习表现，其中学习表现主要包括团队协作、人际沟通、问题解决、团队活动等[5]。项目式學习的重要特征之一就是学生运用在学习过程中所获得的知识和技能完成项目成果，如项目报告、实物模型等。项目学习小组可制作精美的PPT课件、撰写项目式学习研究报告等，并依次登台展示项目成果，以此展示在项目式学习中所获得的知识和所掌握的技能。
在“自制天气瓶”项目式学习案例中，评价的内容除包括个人调查报告和实验报告外，还有小组用PPT展示成果、学生项目作品等。在评价学生研究成果时，既要对成果进行评价，也要对研究过程中每个成员的表现进行过程性评价，鼓励学生投入每个环节的研究学习，如采用信息技术统计小组活动积分，根据学习过程中的积分评选优秀学习小组等。
案例3 环节一：解密天气瓶
【探究一】对比樟脑在水和乙醇中的溶解性。设计对比实验，并分组探究。
【探究二】天气瓶内的白色晶体成分。设计检验方案，并分组探究。
【探究三】天气瓶晶体形成的因素。设计实验方案，并分组探究。
【学生活动】小组合作完成三个实验探究活动，归纳天气瓶的原理。
【设计意图】加深学生对溶解性概念及影响因素的理解，进一步感知物质的溶解性、饱和溶液在实践中的应用;在学生已有的通过经验、实验获得的感性认识的基础上，帮助学生通过探究内化知识。
环节二：制作天气瓶
【问题1】如何制作出既美观又准确的天气瓶？
【问题2】简化探究过程、获取最佳实验效果的设计思路是怎样的？
【活动】合作完成天气瓶的制作，并进行项目成果展示。
【设计意图】在制作天气瓶的环节中，通过探究活动培养学生的科学创新意识和科学探究能力。通过天气瓶的展示活动培养学生表达和交流的能力。
环节三：项目评价
“自制天气瓶”项目评价分为过程性评价和终结性评价，每个小组的项目式学习过程采用自评、互评及教师评价相结合的方式。笔者在设计项目式学习的同时也设计了“项目式学习评价量表”。量表共4个项目：评价项目、评价内容、评价标准、评价结果，其中评价项目包括：学习态度、学习方式、合作意识、探究活动、知识技能的应用、综合评价，等等。由于文章篇幅所限不具体呈现“项目式学习评价量表”，对项目式学习有兴趣的一线教师可以根据评价项目自行设计更符合自己学生学情的评价内容及评价标准。
学生在制作天气瓶的过程中需要不断思考和动手实践，也需要同组合作交流。由于是在真实的情境中分析“天气瓶”的原理、学习溶解的相关知识，使学生更乐于参与探究活动和动手实验操作。而通过最终的产品展示环节，既展示了学生的“天气瓶”产品，也展现了学生对化学学科的热爱，同时还可以看出学生的实践能力、探究能力以及协作能力得到了提升。
三、教学反思
项目式学习案例“自制天气瓶”在学习方式、学习内容、学习评价等方面进行了变革，在课堂中创设与生活相融合的教学情境，教师给学生进行有目的的指导，使学生在具体的实践中深度学习，让知识和技能能够有效地结合起来。联系生活，使学生明白化学知識既源于生活又服务于生活。项目式学习坚持学习生活化、知识技能化，始终坚持以学生素养发展为第一要务。可见，项目式学习是促进深度学习、实现核心素养发展的重要途径。
（一）依托项目式学习，促进深度学习
项目式学习围绕具有挑战性的活动主题，使学生以小组的形式完成深度合作探究，从而获得个人核心素养的发展。本项目以制作天气瓶为载体，帮助学生多角度认识溶液，体会到学习的路径不仅仅是课堂上教师对知识的讲授，更多的是主动探究。将知识目标和素养目标互相渗透，让学生体会从“简单原理”到“产品制备”的过程，让学生懂得解决实际问题需要扎实的基础知识、理性的思维、大胆的创新和科学的研究方法。
（二）依据课程标准设计项目式学习活动，关注科学素养
本项目将教材实验与创新实验相结合，为学生构建了科学探究的过程，使学生在“真实经历”中提高科学素养，有效培养了宏观辨识与微观探析等化学学科核心素养及科学价值观，使学生切实体会到了科学的本质在于探索真理。
[参 考 文 献]
[1]杨邦清，雷丽珠.项目式学习在实施综合实践活动中的优点与关键[J].福建基础教育研究，2021（9）：112-114.
[2]王磊，魏锐，胡久华，等.项目学习实验教材化学：九年级（上册）[M].2版.太原：山西教育出版社，2018：1-8.
[3]张莉.指向化学学科核心素养的项目化学习设计与实施[J].中学化学教与学，2020（12）：84-86.
[4]胡久华，罗滨，陈颖.深度学习：走向核心素养（学科教学指南·初中化学）[M].北京：教育科学出版社，2019：1-4.
[5]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，2018：1-6.
（责任编辑：赵晓梅）
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