基于深度学习的化学项目式学习设计与实践

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑 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工程式学习的设计思想、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 工程式学习 深度学习 教学设计 一、工程式学习的内涵与特点 （一）工程式学习的内涵 工程式学习是以建构主义理论为指导，围绕工程问题，以课程目标为依据，在小组中进行的自主合作探究性学习。学生通过摸索与生产生活密切相关的问题，最终形成工程成果或解决问题，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

2、以学生为中心的学习，既强调学生的认知主体作用，又不忽略教师的指导作用。学生在学习过程中积极主动摸索，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，工程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，最终完成工程的一种学习方式。工程式学习的设计以驱动性问题为起点，确定工程研究目标，规划、设计工程研究方案;工程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，完成工程并且展示、汇报。在工程式学习中，学生带着原有的知识

3、和阅历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）工程式学习的主要特点 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。在工程式学习中，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

4、题才是基于学生内在需求的好问题，才能驱动工程式学习的深入开展。 2.在实践探究中建构知识，在深度学习中解决问题。在工程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。工程式学习强调在“做工程中学，通过探究与实践，将知识、技能重新整合，解决繁杂问题，并以成果展示的方式进行表达，以达到深度学习的目的。 二、工程式学习的设计与实施 基于工程式学习的内涵与特点，笔者设计了基于深度学习视域的“自制天气瓶工程式学习。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

5、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，工程的设计、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。学生在工程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、把握知识;学生是工程活动的主动参与者，是工程实践过程中的参与主体。 （一）“自制天气瓶工程的建构 1.“自制天气瓶教学分析。“自制天气瓶工程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工程式学习。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，学生对繁多的概念简单产生

6、混淆。但是其中的溶液知识与生活生产联系紧凑，如溶液的配制、结晶等在生活生产中有广泛的应用，这为进行工程式学习提供了真实的生活生产情境素材。因此，笔者以“天气瓶为工程式学习的根本素材，将初三化学关于溶液的知识进行整体化设计并使之表达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繁杂问题的能力。 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，简单激发探究的欲望，形成学习动

7、机，保持学习兴趣，这是学生进行本章工程式学习的心理前提;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;结果，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工程式学习，形成系统的溶液知识体系，把握工程式学习的根本方法，体验深度学习的过程。 （二）工程设计与实施 1.制订符合学科核心素养的工程式学习目标。工程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表达，在工程式

8、学习的设计中，表达不同素养内涵的学习目标有助于工程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，在合作学习中培养试验探究能力和协作意识;通过观测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;通过梳理工程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凑联系，培养科学探究精神和环保意识。在该工程式教学中，素养目标统摄教与学的目标（表1浮现的是本课时的教学目标、学习目标和素养目

9、标）。 2.创设贴近生活的问题驱动情境。教师要寻觅教材相关内容与工程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工程的动力，为工程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，据说它能预计天气的变化。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，我们就来共同观看奇妙的天气瓶视频短片，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？天气瓶能预计哪些要素呢？ 【设计意图】由学生熟悉的天气瓶引出工程主题，能激发学生主动思考与探究天气瓶奥秘的热心，为“自制天气瓶工程式学习的开展奠定基础。 “

10、自制天气瓶工程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试验，是开展工程式学习的适合载体。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.根据学习目标设计工程式学习任务单。工程式学习任务单能保证工程研究的方向，学生通过完成工程式学习任务单，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。“自制天气瓶工程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

11、计任务单：任务一要求学生初步认识天气瓶的功能和构成，主要通过观测、文献学习、试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，在工程活动中提升试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，培养学生设计试验方案、进行试验探究、形成试验结论的整体工程实践能力;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。工程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

12、者在每一个任务中又设计了相应的化学探究试验，通过试验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;通过试验4、5的学生分组试验，训练学生的根本试验操作技能，学习操纵变量的科学方法，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。小组合作学习是工程式学习的主要方式，在小组合作中学生会产生思维的碰撞，重视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

13、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。 “自制天气瓶的工程式学习就是以合作学习小组为根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，使学生更简单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，再参与10 mL水，搅拌并观测试验现象，测定溶

14、液温度的变化。 【设计意图】学生通过动手试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】小组探讨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，无法确切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状况。向烧杯中参与40 的蒸馏水500 mL，均匀参与硝酸钾晶体，用

15、电导率传感器测定溶液的电导率，观测曲线变化。2分钟后开启磁力搅拌器，再次观测曲线变化。 学生经过小组探讨后提出方案，用测定溶液电导率试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试验，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

16、程中学生的证据推理和模型认知能力得到提升。 5.巧用平台展示工程成果，重视过程性评价，完善多元化评价体系。工程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。工程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工程成果，如工程报告、实物模型等。工程学习小组可制作精致的PPT课件、撰写工程式学习研究报告等，并依次登台展示工程成果，以此展示在工程式学习中所获得的知识和所把握的技能。 在“自制天气瓶工程式学习案例中，评价的内容除包括个人调查报告和试验报告外，还有小组用PPT展示成果、学生工程

17、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，激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比优秀学习小组等。 案例3 环节一：解密天气瓶 【探究一】比较樟脑在水和乙醇中的溶解性。设计比较试验，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。设计试验方案，并分组探究。 【学生活动】小组合作完成三个试验探究活动，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;在学生已有的通过阅历

18、、试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确切的天气瓶？ 【问题2】简化探究过程、获取最正确试验效果的设计思路是怎样的？ 【活动】合作完成天气瓶的制作，并进行工程成果展示。 【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：工程评价 “自制天气瓶工程评价分为过程性评价和终结性评价，每个小组的工程式学习过程采用自评、互评及教师评价相结合的方式。笔者在设计工程式学习的同时也设计了“工程式学习评价量表。量表共4个工程：评价工程、评价内容、评价标准、

19、评价结果，其中评价工程包括：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浮现“工程式学习评价量表，对工程式学习有兴趣的一线教师可以根据评价工程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试验操作。而通过最终的产品展示环节，既展示了学生的“天气瓶产品，也呈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 工程式学习案例“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。工程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，