项目化学习 发展学生核心素养的探究实践活动

5/6项目化学习:发展学生核心素养的探究实践活动项目化学习是落实科学核心素养、提高科学教学质量、实现立德树人目标的重要教育方式之一。通过项目化学习,学生能整合学科内的知识与学科间的知识,并将其运用于生活中解决实际问题,以学生间和师生间共同创造、合作的教学方式,提升自身科学学习兴趣与核心素养。为此,教师应积极探索项目化学习在初中科学教学中的实践路径,融合科学三维目标,提升学生核心素养。一、项目化学习的内涵项目化学习是“ProjectBasedLearning”的翻译,也称作基于项目的学习。项目化学习是基于真实的问题情境,设计驱动性的问题活动任务,通过自主合作探究活动,解决问题,形成学习成果的一种学习方式。美国巴克(Buck)教育研究所将项目化学习归属到系统的教学方法中,将其视作以课程标准为核心,对复杂、真实问题的探究过程,也是精心设计项目作品、规划和实施项目任务的过程。[1]项目化学习包括四个核心要素,问题、内容、活动、成果。从项目化学习的内涵来看,问题(主题)是项目化学习的核心和关键组成部分,项目化学习主题是依据课程标准,围绕学科某一核心内容组织起来的,能够激发学生深度参与学习活动、促进学生学科核心素养发展的主题。[2]项目化学习的主题具有四个重要特征,即依据课程标准,面向学生实际情况,解决科学核心问题,指向学生素养发展(如图1所示)。学习内容是项目化学习的关键,是教学规划、学习活动和评价的重要依据。学习内容是指向素养发展的,而不是单纯的碎片化知识习得,显著特征是从知识到能力、从能力再到素养的目标发展主线。学习活动是项目化学习的重要组成部分,学习活动的品质直接影响学习结果的完成情况。在设计项目化学习活动过程中,首先要把项目化学习的核心问题细化分解为次级问题,接着将次级问题分解为可执行的具体问题,然后根据具体问题设计任务与活动(如图2所示)。活动内容是学习活动的内核,用于帮助学生回答项目化学习中的具体问题。在实际教学中,应该根据项目学习的内在逻辑安排学习活动的顺序。学习成果是项目化学习中教师教学、学生学习不可缺少的环节。评价是基于证据的推理和判断,可通过课堂回答问题、课堂讨论、小测试、课后作业、实作评价等多种评价方式,收集关于学生学习表现的各种资料,从而对学生的学习成果进行综合评价。评价目标与学习目标要保持高度一致,注重过程,运用结果性评价和过程性评价相结合实施操作;也要关注评价的主体,自评与他评相结合。二、项目化学习在初中科学教学中融合的路径1. 立足于科学常规课堂,基于某一主题或知识点进行项目化学习在课堂中,教师要让学生完成一个具体项目来助推学生探究意识和探究能力的提高。为此,教师要创设真实的生活情境,设计合理的活动任务,引导学生进行科学探究,让学生经历问题分析、解决的过程,提高解决问题的能力。例如,在“水的净化”新课教学中,教师创设真实的情境,让学生开展项目化学习(如表所示)。从“水的净化”这节课来看,项目化学习的课堂教学与传统课堂教学有所不同。项目化学习的课堂教学要突出实践性知识获取,关注学生的活动表现,重视学生学习成果的呈现;而传统课堂教学可能通过教师的直接说教,凭借单纯的听、讲、记、练学习方式获取间接性知识与思维方法,学生主体活动性的调动程度直接决定项目化学习的成效。2. 依托科学拓展课堂,基于科学知识的延伸或深化进行项目化学习拓展性课程内容可以家庭或自然资源为生长点,但是在延伸或拓展时不能完全脱离或超越科学知识或者思维方法。只有基于科学知识相关内容或者思维方法才能面向学生的实际情况,调动学生的积极性,激发学生主动参与项目化学习活动。例如,在学习了分子、原子、离子等微观粒子以后,教师以“估算高锰酸根离子大小”为例进行项目化学习,让学生体验通过实验稀释迭代进阶方法来“测量”微观粒子大小的乐趣,培养学生认识微观粒子的科学方法与估算微观粒子大小的能力。一是以问题为中心激活已有经验。教师出示高锰酸钾固体让学生观察并描述:我们以前学过怎样测量一粒米的质量?由此你能联想到怎样测定一个离子的体积大小吗?点评:根据首要教学原理,当引导学习者依据相关的原有经验,回忆、联系、描述或应用知识并将其作为新知识的基础时,才能够促进学习。二是以问题为中心展示知识技能。[资料一]MnO4-比K+体积大得多,因此我们可以忽略K+的体积大小而粗略地认为高锰酸钾颗粒的体积就等于MnO4-的总体积。[资料二]高锰酸钾溶液呈紫红色,主要是高锰酸根离子(MnO4-)显紫红色。我们知道不同浓度的高锰酸钾溶液颜色深浅不同你认为是什么原因造成的呢[资料三]科学家测定发现:在几乎看不出紫红色的高锰酸钾溶液中,每10mL的溶液还存在1000个高锰酸根离子结合以上资料提供的信息,你能通过稀释的方法估算这粒高锰酸钾晶体中MnO4-的大小吗?说说你的设计思路或方案本片段利用三段资料呈现,把本实验相关的知识准备提供给学生,让学生自己分析加工、提取信息。追问1:用什么方法粗略测量这粒高锰酸钾晶体的体积?追问2:你认为哪一种方法更简单?哪一种方法更准确?追问3:能否按一定比例逐次稀释达到目的呢?稀释倍数与所得溶液中MnO4-个数之间有怎样的关系追问4:怎样估算这粒高锰酸钾晶体中MnO4-大小离子的总个数,最后怎样计算出一个离子的体积学生设计高锰酸钾溶液稀释的实验步骤如图3所示。通过追问引导学生理清设计思路,以问题形式使大部分学生的思维进入最近发展区,从而降低方案设计的难度。三是以问题为中心应用知识技能。取一小块体积是1立方毫米的高锰酸钾晶体,放入10mL的蒸馏水中,经过四次10倍的稀释后,最后变成无色。已知第三次能看出略显紫红色的10mL溶液中还存在1000个高锰酸根离子。估算高锰酸根离子大小正确的是A.10-12米3 B.10-13米3 C.10-15米3 D.10-17米3点评:通过例题,可以直观形象地提示出“过程”,使学生在即将进行的实验过程胸有成竹。四是学生活动,整合应用知识技能。实验器材:镊子、饱和高锰酸钾溶液、量筒(5mL、10mL各一个)、毫米刻度尺、试管5只、试管架、高锰酸钾晶体、烧杯2个、水、记号笔或标签。学生根据实验活动方案动手操作,测定MnO4-大小讨论解决以下问题:实验过程中两位同学怎样分工能更好地完成实验?从编号的试管分析中,你稀释了几次?共稀释了多少倍?估算你测出的晶体中MnO4-离子的总个数,并计算出MnO4-的大小。离子的交流与评价:哪些原因导致我们同学估测的离子大小有所不同呢?你对实验过程中如何减少误差有什么改进的建议?当学习者对学到的新知识技能进行反思、质疑和辨析时,学习才能得到促进。评价和交流是为了更好地反思实验过程,改进和精细化方案。 学生通过“讨论→设计→实验→展示→交流”的过程,利用提供的器材逐步学会解决真实问题的能力。3. 开展课外科学实践进行项目化学习项目化学习以学生为中心,是一个连续的学习过程,仅仅在常规课堂中的活动和实验远远满足不了项目化学习的要求。在平时的教学工作中,教师要寻找一些承载核心知识的问题,设计学生感兴趣的课后实验和任务,开展课外实践活动。例如,在学习了“空气”这节课以后,学生对有关“空气”的实验结果比较认同,但对其实验原理并不是十分理解,特别是对燃烧的物质选择上。因为课堂时间与条件的限制,演示实验也只是匆匆地走过场,对测量结果误差产生原因的分析也缺乏实践经历与体验,学生感受不深,听了似懂非懂。教师可以设计一个家庭作业,利用身边的物质测定空气中氧气的含量,如利用蜡烛、火柴(打火机)、水、盘子和玻璃瓶测定空气中氧气的含量。这个家庭实验作业,原料在家庭中容易得到,实验操作也比较简单,学生们都很乐意去完成。在实验中学生们发现了问题,测定的氧气含量比实际偏低。教师可以引导学生分析原因,蜡烛燃烧产生二氧化碳只有一部分溶解在水中,导致实验结果偏小。教师鼓励学生改进实验,把食品包装中的干燥剂生石灰作为原料,生石灰与水反应制成石灰乳,用石灰乳代替水吸收二氧化碳,继续实验。通过与第1次实验进行对比,学生发现实验的结果更加准确。教师再次引导学生探究,还可以用生活中其他材料研究实验吗?让学生回顾红磷与氧气反应生成五氧化二磷,除去氧气。我们也可以用暖宝宝中的铁粉除去氧气。暖宝宝主要成分有铁粉、活性炭、食盐等,活性炭与食盐能加速反应。把暖宝宝固定在玻璃杯里,倒扣在水中,让铁粉、氧气和水进行反应,生成铁锈,除掉氧气。过一段时间,液面上升的体积约为杯内气体总体积的1/5,可以精确测得氧气占空气的体积分数。通过家庭小实验,每个学生都能体验到实验成功的乐趣,都能主动寻找误差产生的原因,并会积极与其他同学进行沟通交流。不仅巩固和理解了科学知识,也锻炼了动手和思维能力。三、项目化学习的反思项目化学习是培养学生高阶思维的重要载体,是联结学生“已知”和“未知”之间的桥梁,在项目化学习过程中,能充分地调动学生已有的知识与经验解决新问题,建构科学新知识;同时,能激励学生挑战自我,形成积极的学习内驱力。学生通过项目化学习成果的分享培养了语言表达能力,获取运用所学知识解决问题的成就感,提高了学习自信心。在项目化学习开展过程中,对教师综合素质提出很大的挑战。项目中出现的许多技术性问题在仅依靠个人的情况下很难处理。在学生的学习任务中,项目化学习所需要的时间成本较高,在有限的教学时间内只能针对较少的几个知识点进行项