項目式學習引領(lǐng)下的實驗探究測評與教學對策

【摘要】本文以2023年廣西初中學業(yè)水平考試化學試題第29題為例，探討項目式實驗探究試題的命制特點與考查方向，分析項目式學習的特點和優(yōu)勢，提出開展項目式學習的教學應(yīng)對策略?！娟P(guān)鍵詞】中考化學；實驗探究；項目式學習《義務(wù)教育化學課程標準（2011年版）》（以下簡稱“2011版化學課標”）充分體現(xiàn)科學探究的重要價值，《義務(wù)教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022版化學課標”）將科學探究改為科學探究實踐，名稱的改變凸顯了探究活動的實踐性。另外，2022版化學課標明確了項目式學習的概念，提出要注重開展項目式學習活動和跨學科實踐活動，引導學生“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”，促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，充分發(fā)揮實驗和實踐的教學功能和育人價值。筆者研究發(fā)現(xiàn)，2023年廣西初中學業(yè)水平考試（以下簡稱“中考”）實驗探究題呈現(xiàn)出項目式學習的命制思路，注重考查學生解決實際問題的能力。由此，筆者以2023年廣西中考化學試題第29題為例，探討中考化學項目式實驗探究題的命題思路及教學策略。一、問題的提出2011版化學課標規(guī)定的實驗探究學習內(nèi)容有科學探究，了解小蘇打在日常生活中的用途等［1］。2022版化學課標明確提出項目式學習活動的建議，在活動中，教師可以通過科學探究、實踐等方式，讓學生積極主動地獲取化學知識、感悟化學原理、解決化學問題。而這些重要的實踐活動對發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)具有不可替代的作用。因此，依據(jù)課標要求來命制試題，可以實現(xiàn)考試由一般的評價工具向全面育人載體的方式轉(zhuǎn)變。（一）2023年廣西中考化學試題第29題的命題分析（2023·廣西）（第29題節(jié)選，題目有調(diào)整）任務(wù)一初識膨松劑膨松劑能使食品變松軟、蓬松。碳酸氫銨、碳酸氫鈉常用作膨松劑。碳酸氫銨別名碳銨，碳酸氫鈉俗名是①。任務(wù)二比較膨松效果通過以上實驗發(fā)現(xiàn)，加熱碳酸氫銨的面團更大更松軟，其原因是②。任務(wù)三測定膨松劑中碳酸氫銨的含量膨松劑中的其他成分受熱不分解，為測定膨松劑中碳酸氫銨的含量，同學們分別設(shè)計了實驗方案。1.甲同學提出，加熱一定質(zhì)量的膨松劑，使其完全分解，通過測定反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量差來算出碳酸氫銨的含量。2.乙同學認為，膨松劑中可能含有水分，會影響實驗結(jié)果。他提出可以通過測定反應(yīng)后生成氨氣的質(zhì)量來達到實驗?zāi)康模试O(shè)計了如圖1所示實驗裝置及主要步驟。（1）步驟4的具體操作是③，若沒有此操作，會使測量結(jié)果④（填“偏大”或“偏小”）。（2）裝置C中發(fā)生化合反應(yīng)，其反應(yīng)的化學方程式是⑤。（3）裝置D的作用是⑥。3.丙同學提出，將圖1中裝置B、C對調(diào)，也可以達到實驗?zāi)康?，其理由是⑦?.圍繞核心素養(yǎng)，科學制訂評價目標中考試題要立足于學科核心素養(yǎng)，圍繞考查目標進行設(shè)計。實驗探究題的主要功能是通過觀察、實驗等手段獲取化學事實，進行證據(jù)推理，從宏—微—符三重表征的視角揭示物質(zhì)及其變化的規(guī)律，從而解決化學問題。這類綜合題通常涉及多種素養(yǎng)，并主要側(cè)重某一種素養(yǎng)進行考查。例如本題側(cè)重考查學生基于真實情境，設(shè)計簡單實驗方案的能力，以及基于事實，通過對比、計算，分析實驗原理和證據(jù)，形成結(jié)論，完成相應(yīng)探究的能力。2.圍繞測試任務(wù)，合理進行設(shè)問本題將情境素材與核心知識有效關(guān)聯(lián)，考查了學生的學科關(guān)鍵能力。首先，設(shè)問體現(xiàn)科學性。任務(wù)三中步驟1在加熱前先通入氮氣一段時間，是為了讓殘留在實驗裝置內(nèi)的水分、CO2被吸收完全。加熱后，也會有一部分氨氣殘留在裝置內(nèi)。因此，設(shè)置了步驟4“再次從m端通入氮氣一段時間”，否則會使最終結(jié)果偏小。其次，設(shè)問體現(xiàn)進階性。任務(wù)二比較膨松效果的原因，讓學生在自己的知識儲備中提取碳酸氫銨受熱分解的化學反應(yīng)，任務(wù)三則進階為通過測定氨氣的質(zhì)量來計算碳酸氫銨的含量，學生需要調(diào)用已有知識進行綜合分析。題目按照學生認識層級逐級設(shè)問，較好地體現(xiàn)了設(shè)問的進階性。最后，設(shè)問體現(xiàn)綜合性。任務(wù)三充分考查了學生的綜合分析能力和信息處理能力。學生需要正確分析化學反應(yīng)原理，理解每個實驗裝置的作用，才能梳理本題的實驗?zāi)康模缓笸ㄟ^文字呈現(xiàn)。這既體現(xiàn)學生思維的縝密性和嚴謹性，又引導和幫助學生建立從單點聯(lián)結(jié)走向多點和關(guān)聯(lián)聯(lián)結(jié)，從孤立走向系統(tǒng)，從定性走向定量的思維體系。3.梳理必備知識，均衡分布知識點為確認試題核心知識的覆蓋度、關(guān)鍵能力考查的均衡度、核心素養(yǎng)類型的豐富度，筆者基于對義務(wù)教育化學課程學業(yè)質(zhì)量標準的認識［2］，對2023年廣西中考化學試題的核心知識、關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)進行分析，結(jié)果見表1。表1試題命制屬性分析表（二）學生的答題情況及失分原因分析1.答題情況概述題目選取學生熟悉的生活素材。學生在答題過程中，要通過閱讀、觀察實驗裝置圖來獲取新的知識，同時分析情境信息并解決問題。根據(jù)學生的答題情況可知，設(shè)問①簡單，設(shè)問⑤難度適中，設(shè)問②偏難，設(shè)問③、④、⑥、⑦很難。除設(shè)問⑥和⑦外，其他設(shè)問區(qū)分度均較強。從學生的實際答題情況還可以發(fā)現(xiàn)以下問題：一是對實驗?zāi)康?、實驗證據(jù)、實驗結(jié)論和儀器用途不清楚；二是對實驗原理和實驗方案的設(shè)計沒有完全領(lǐng)會，因此對試題中的信息處理不到位，不能準確進行分析和推理；三是解決綜合問題的能力不夠，信心不足，個別設(shè)問出現(xiàn)較多空白卷。2.失分原因分析從學生的答題情況分析失分原因，可以追根溯源到教學方面，主要有以下幾點：（1）強調(diào)接受性學習，忽視探究性學習。在傳統(tǒng)應(yīng)試教育壓力下，許多教師采取壓縮新授課時間，把學生探究實驗變成“依葫蘆畫瓢”的“驗證實驗”，甚至出現(xiàn)“黑板實驗”的不當做法。即教師講授實驗原理、實驗步驟和注意事項，學生按照教師事先設(shè)計好的實驗報告照搬，甚至通過背誦的方式記憶實驗要點和結(jié)論，去完成實驗教學。學生并沒有真正參與到實驗問題的提出、假設(shè)和設(shè)計的環(huán)節(jié)中，對實驗結(jié)果不能做出具體的分析和論證，靈活運用也就無從談起。（2）教師過于強調(diào)教法設(shè)計，忽視學法設(shè)計。化學學科在初三才開設(shè)，而學生經(jīng)歷了兩年的初中階段學習，學習習慣、學習模式容易固化。部分教師出于時效性等因素的考慮，把教學的重心放在教法的設(shè)計上，代替學生建構(gòu)知識內(nèi)容體系，過度追求幫助學生建立解題“套路”，在教學中忽略了學生對化學知識的真正理解，耗費大量時間進行“模板、套路”訓練。如本題設(shè)問⑥和設(shè)問⑦，學生未能準確分析各裝置的作用，失分很多。這與學生“套路式”解題，對新情境下的題目缺乏閱讀、提取、整合信息的能力有關(guān)。（3）強調(diào)知識和技能的學習，忽視過程和方法的學習。在傳統(tǒng)應(yīng)試教育觀念的影響下，部分教師把課堂變成理論知識的灌輸陣地，一味要求學生死記硬背已有的化學公式和原理，教學以講授為主，很少開展化學實驗，教學內(nèi)容也只局限于考試內(nèi)容。如本題設(shè)問⑤，要求學生寫出氣體通入濃硫酸發(fā)生化合反應(yīng)的化學方程式，這個反應(yīng)在教材中未出現(xiàn)過，學生會比較陌生，僅靠平時死記硬背是做不出來的。（4）強調(diào)實驗技能的訓練，弱化實驗思維的培養(yǎng)。在實驗探究教學中，教師通常強調(diào)實驗技能的訓練，忽視對學生實驗思維、探究能力的培養(yǎng)。如本題設(shè)問③和設(shè)問④，需要學生清楚整個實驗的實驗原理和實驗方案的設(shè)計，學生如果沒有良好的實驗思維能力是無法做到的。（三）試題價值分析2023年廣西中考化學試題實驗探究題體現(xiàn)了從考查學科知識向考查核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。學生需要具備全面的學科知識和科學思維，擁有設(shè)計實驗探究方案的能力和準確的文字表述能力，才能順利解答。因此，教師的教學應(yīng)從總結(jié)解題技巧，轉(zhuǎn)變到培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)上來。教師要積極地從熟悉的2011版化學課標向2022版化學課標所強調(diào)的“素養(yǎng)導向、學科育人”的主旨精神轉(zhuǎn)變，在日常教學中既要重視科學探究形式，更要重視探究過程的思維訓練，建立實驗步驟、實驗結(jié)論與實驗?zāi)康闹g的邏輯關(guān)系，真正實現(xiàn)培養(yǎng)學生解決問題的能力，而不只是解題能力。2023年廣西中考化學試題實驗探究題從題型上看，也是一種依照項目式學習理論開展“項目式實驗探究”的新嘗試，將“如何制作一個更蓬松的面包”的項目式學習的內(nèi)容，抽取與膨松劑相關(guān)的內(nèi)容，變成對“如何選擇膨松劑”“如何定量使用膨松劑”的遞進式問題，并做了層層任務(wù)分解，進行了一系列實驗探究。初中化學項目式實驗探究和項目式學習是密切相關(guān)的，二者可以相互支持和促進。項目式實驗探究是一種基于實驗的學習方法，通過實際操作、觀察和數(shù)據(jù)分析，讓學生主動參與學習過程，培養(yǎng)他們的實驗設(shè)計和科學思維能力。項目式學習則是一種綜合性的學習方式，將跨學科知識和技能融入一個項目中，讓學生在解決實際問題的過程中發(fā)展各方面的能力。項目式實驗探究往往是項目式學習過程中的一個組成部分。中考測評題型方式的轉(zhuǎn)變是教育教學改革的風向標，促使我們的課堂教學也要做出相應(yīng)的改變。為此，教師需要在日常教學中，合理開展項目式學習，培養(yǎng)學生的實驗設(shè)計能力、科學思維能力和合作溝通能力，為今后解決此類項目式實驗探究題奠定堅實的基礎(chǔ)。二、項目式學習的特點和優(yōu)勢（一）項目式學習的內(nèi)涵和特點項目式學習是以美國教育學家杜威“做中學”的教學思想為理論背景產(chǎn)生的一種教學模式。它倡導教師以現(xiàn)實生活中的真實問題創(chuàng)設(shè)情境，學生在問題的驅(qū)動下探究、學習、解決問題（形成產(chǎn)品或作品），同時在這一過程中完成學科知識的建構(gòu)。筆者整理了傳統(tǒng)教學解決問題的途徑（如圖2）和項目式學習解決問題的途徑（如圖3）。對比兩種不同的途徑，我們可以發(fā)現(xiàn)項目式學習從問題需求出發(fā)，讓學生主動獲取相關(guān)的知識解決實際問題，更重視問題的提出、探究過程的推導及思維訓練，真正培養(yǎng)學生解決問題的能力。（二）項目式學習的優(yōu)點在“教—學—評”一體化的大背景下，以項目式學習的方式開展項目式實驗探究教學，可以讓學生在真實的體驗和參與過程中，實現(xiàn)“源于實踐、在實踐中、為了實踐”的真實學科探究，使學科核心素養(yǎng)真正落地。1.有利于激發(fā)學生的探究、創(chuàng)新、想象意識項目式學習要求教師重組教學內(nèi)容，圍繞真實問題設(shè)定具體的學習項目，引領(lǐng)學生在真實情境下發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。學生在精心設(shè)計項目作品，規(guī)劃和實施項目的過程中，學習態(tài)度、學習方式、學習內(nèi)容以及學習結(jié)果等方面得到提升，激發(fā)了探究、創(chuàng)新、想象意識。學生還可以在團隊合作中互幫互學，在接受不同觀點中實現(xiàn)思維碰撞、擴展視野。2.有利于培養(yǎng)學生的STEAM思維及應(yīng)用能力項目式學習的“項目”不同于課本中常見的結(jié)構(gòu)優(yōu)良的問題，而是在真實情境下的某一實際問題。學生運用簡單的線性思維往往無法分析和解決這些問題，需要改變固有的學習習慣，運用綜合思維能力，結(jié)合STEAM的理念去分析問題、解決問題。長期堅持下來，學生的分析、推理、判斷、應(yīng)用等能力將得到提升，再遇到類似的項目式實驗探究題，自然也能迎刃而解。3.有利于激發(fā)課堂活力，優(yōu)化課堂教學氛圍項目式學習將傳統(tǒng)教學中的師生單向交流轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒⑸?、人網(wǎng)之間的多向交流，學生成為學習主角，激發(fā)了學習的興趣和積極性。學生在項目的指引和問題的驅(qū)動下，自主選擇學習資源和研究途徑，模擬科學家或工程技術(shù)人員進行深入探究，并在解決問題的過程中再次發(fā)現(xiàn)問題，從而在整個解決問題的過程中，一步一步點燃學習的興趣，最終解決問題，獲得解決問題的策略和產(chǎn)品。三、項目式學習的實施項目式學習的過程貫徹了“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”的理念，學生可以從中獲得更為完整的知識體系和操作經(jīng)驗，實現(xiàn)全方位、多維度地發(fā)展初中化學學科核心素養(yǎng)。要實現(xiàn)上述目標，設(shè)計和選取一個好的項目，并有策略地開展和實施，是目標達成的前提和保障。（一）項目主題的選擇對教師而言，開展項目式教學一般流程如圖4所示。根據(jù)上述流程，開展項目式教學時，我們主張在課程標準的要求下，以教材章節(jié)為主題，進行大單元的整體思考，根據(jù)教學內(nèi)容和學生經(jīng)驗，多維度考慮如下問題：是否涵蓋核心知識，是否充分重視學生的主體地位，是否把發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)放在首要目標，是否貼近社會和生活，是否能激發(fā)學生的學習興趣，是否具有可操作性等。根據(jù)學科相關(guān)性原則，我們可以選擇與化學反應(yīng)、物質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境保護等相關(guān)的主題進行項目式學習。比如在科學探究與化學實驗板塊，可以選擇“探究人體吸入與呼出的氣體主要成分的差異”“綠色植物葉片在白天和夜晚釋放的氣體成分的差異”“當?shù)亟陙砜諝赓|(zhì)量變化的調(diào)查分析”等項目開展學習。根據(jù)學生興趣和需求原則，教師可以通過調(diào)查問卷、討論和個別對話等方式了解學生的興趣和需求，選擇學生感興趣和投入度高的項目或創(chuàng)設(shè)項目情境。如在物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用板塊，可以選取“自制汽水”“探秘支持航天員呼吸的氣體環(huán)境”“垃圾分類及處理的具體做法”等項目開展學習，培養(yǎng)學生的問題解決能力和實踐能力。根據(jù)知識的延伸性、拓展性、實踐性和應(yīng)用性原則，教師可以結(jié)合生物學、地理學等學科知識，選擇一些跨學科的主題，將其他學科的知識與化學知識進行整合，開展與環(huán)境、健康等相關(guān)的項目式學習。如在化學與社會跨學科實踐板塊，可以選擇“設(shè)計奧運會火炬”“設(shè)計海報或制作短視頻宣傳低碳生活”“設(shè)計未來汽車的材料”“為特定年齡或職業(yè)的人群設(shè)計均衡膳食食譜”等項目開展學習。根據(jù)資源條件可行性原則，一方面，從學校角度考慮實驗器材、實驗條件、時間安排等因素，選擇與學校實際情況和資源條件相適應(yīng)的項目。另一方面，從學生角度根據(jù)難易程度匹配原則，考慮學生的學習能力和學習負擔，使項目式學習能夠在限定的資源條件下開展，確保項目式學習的可操作性和有效性。比如在物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)板塊，可以布置學生查閱相關(guān)資料，以“我是一個水分子”“水分子漫游記”等為題寫一篇科普文章或創(chuàng)編一個情景劇劇本，作為項目開展學習。（二）項目的實施1.項目主題的分解當項目主題涉及內(nèi)容較多，知識面較廣的時候，我們可以將其逐級分解成若干個微項目進行探究，從而形成一系列的項目式實驗探究，推動學習的有序進行。以2023年廣西中考化學試題實驗探究題為例，題目來源于2022版化學課標主題五“化學與社會·跨學科實踐”中“學做饅頭或面包”這個項目式學習活動內(nèi)容。在“如何蒸出蓬松好吃的饅頭或餅干”這個大的項目式學習設(shè)計中，命題者分解出“選用碳酸氫銨作為膨松劑的實驗探究”的微項目，并提出“膨松劑是什么”“如何選擇膨松劑”“如何確定膨松劑的含量從而定量使用”等一個個環(huán)環(huán)相扣的問題，將大項目變成一個個具有挑戰(zhàn)性的小任務(wù)。學生在探究中完成任務(wù)，也就完成了相關(guān)知識與能力的學習。由這個案例我們知道，項目式學習中項目的分解，其實就是問題的分解。學生在為實現(xiàn)項目總目標所提出的一個個問題的驅(qū)動下，完成相應(yīng)內(nèi)容的學習。2.項目式學習開展的策略當項目主題選定、問題分解之后，項目式學習可以按照以下策略逐次展開。（1）合作學習策略。在項目實施開始前，教師根據(jù)學生的能力和興趣將他們分成若干小組，鼓勵學生積極參與小組討論和合作，培養(yǎng)學生的協(xié)作能力和團隊精神。（2）項目計劃策略。為確保項目能在規(guī)定時間內(nèi)完成，教師需要為學生提供必要的指導，幫助學生制訂項目的詳細計劃，包括時間安排、資源準備等。（3）資源支持策略。教師需要為學生提供必要的資源支持，如圖書館、實驗室、互聯(lián)網(wǎng)、教學微課等，通過多樣化的資源，拓寬學生的知識渠道，激發(fā)他們的學習興趣。（4）問題解決策略。在項目實施過程中，教師需要及時且不斷地引導學生進行研究、分析、糾偏、創(chuàng)新，鼓勵學生思考和解決問題。在項目完成的過程中，鼓勵學生及時進行總結(jié)、反思、交流，讓學生回顧項目的每一步過程，總結(jié)成功或失敗的經(jīng)驗，并分享自己的體驗和感受。（5）展示與評價策略。在項目完成時，可以采用口頭報告、展示、答辯、寫作等評估方法，根據(jù)項目目標和學習標準，對學生的項目成果進行評估。通過以上策略，可以有效地開展項目式學習，提高學生的綜合能力和問題解決能力，激發(fā)他們的學習興趣和創(chuàng)造力。以人教版化學九年級下冊第九單元“溶液”為例，教材涉及“溶液的形成”“溶解度”“溶液的濃度”三個課題。2022版化學課標與溶液主題相關(guān)的內(nèi)容涉及溶液的組成、溶解與結(jié)晶、溶解度、溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)等必備知識，以及溶液配制、過濾、溶液結(jié)晶等實驗?zāi)芰?。根?jù)學業(yè)質(zhì)量要求，涉及能從定性和定量的角度，進行溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)及溶解