资源描述
,5/15/2022,#,大概念统摄下的跨学科实践,项目式教学研究,厦门市教育科学研究院,江合佩,新竹高于旧竹枝,全凭老干为扶持。,清代：郑燮新竹,主要内容,第一部分,第二部分,项目化学习内,涵及操作范式,第三部分,基于真实情境,的项目式学习,设计原理,第四部分,大概念统摄下,的单元项目式,教学设计,第五部分,跨学科整合型,STEM,课程开发,国际视野,项目化学习是,利用大概念实,现知识在现实,世界迁移的必,由路径,项目化学习是利用大概念实,现知识在现实世界迁移的必,由路径,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念产生的背景,什么是有生活价值的,“不要教教材，而要用教材教”。“教教材”是指只教书上的专家结论，而,“用教材教”指的是通过专家结论来建立学生的专家思维，就是我们俗称的“像,科学家一样思考”“像文学家一样思考”。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念产生的背景,为真实而学,为真实而学，在真实中学，这就是真,实性学习的内涵。Fullan和Langworthy将深,度学习的目标定位为“使学生获得成为一,个具有创造力的、与人关联的、参与合作,的终生问题解决者的能力和倾向”。核心,素养都在于“真实性”，即希望通过教育,培养学生解决现实世界中问题的素养。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,什么是大概念,大概念是反映专家思维方式的,概念、观念或论题，具有生活,价值。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念产生的背景,为了应对人工智能的挑战，社会对人的,要求也发生了变化，因此提出深度学习（真,实性学习），其是一种教育理念或者是教育,改革理念，改变的是教育目标，核心素养和,学科核心素养都是对目标的描述。素养形成,的前提是理解大概念，形成专家思维。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念产生的背景,以大概念为核心的素养目标是三维目,标的升级版。素养目标就像一架飞机，,情感维引领着素养发展的方向，认知维,和技能维是两翼，而大概念是机体，将,三个维度整合在一起，使之真正成为一,种素养。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,如何理解大概念中的“大”,大概念的“大”是指具有生活价值。“大”不是“庞大”也,不是“基础”而是“核心”。大概念不仅可以联结学科内的概,念，达成学科内知识的融会贯通，还可以联结教育与真实世界。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念中的“概念”是仅局限于概念吗,大概念的“概念”包括概念、观念和议题。“大概念”的英,文是“,Big,idea”，这里用的是“idea”而非“concept”，因此,也可以翻译为“大观念”。大概念不局限于概念，通常表现为,一个有用的概念、主题、有争议的结论和原则。所以，大概念,可以表现为一个词、一个短语、一个句子或者一个问题。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念统摄知识和技能：从二维目标到三维目标,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念是具体和抽象之间的协同思维,专家的知识常常镶嵌在应用的情境,之中。大概念的建立经历“具体抽象,具体”的循环过程，从思维方式方式,来看，也就是经历了归纳和演绎两种思,维过程，先从多个具体的案例中抽象大,概念（归纳），再将大概念运用于新的,具体案例中（演绎），而每一次演绎都,进一步加深了对大概念的理解。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念和传统教学的区别,由“宽而浅”的学习向“少而深”的学习进阶,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念和传统教学的区别,由“宽而浅”的学习向“少而深”的学习进阶,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,大概念和传统教学的区别,由“宽而浅”的学习向“少而深”的学习进阶,所谓“宽而浅”，是指学生积累了,大量专家结论，却没有从专家结论中学,到专家思维，因此只是横向发展。深度,学习则强调在学习过程中培养学生形成,专家思维，教会学生像专家一样思考。,这样学生面对从未遇到过的问题才能做,到高通路迁移，创造性地解决问题。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,为什么大概念教学更容易让人兴奋？,大脑的功能区域和边缘系统分别如图，杏仁核附近有伏隔核，伏隔核会向前,额皮层区域释放多巴胺流，产生正面情绪，这种积极愉悦的反应会强化相应的神,经记忆网络。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,为什么大概念教学更容易让人兴奋？,大概念教学强调预期学习成果，从而让学习有了明确的方向。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,为什么大概念教学更容易让人兴奋？,大概念教学强调挑战性。比如复杂的真实性问题、带有挑战性的问题等等，,这些会被大脑优先接受。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,为什么大概念教学更容易让人兴奋？,大概念教学强调“具体抽象”的归纳之外，也强调“抽象具体”的演绎，,启示就是让学生在具体案例中运用大概念去判断和预测，而成功的预测会让大脑,释放多巴胺，强化模式。,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,构建大概念统领的化学课程内容体系,中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（,2022年版）M北京师范大学出版社.3,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,构建大概念统领的化学课程内容体系,进一步精选了学科内容，重视以学科大概念为核心，使课程,内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科,核心素养的落实。（P4）,在必修课程阶段，突出化学基本观念（大概念）的统领作用,，选取“化学科学与实验探究”“常见的无机物及其应用,”“物质结构基础与化学反应规律”“简单的有机化合物及,其应用”“化学与社会发展”,5个主题。（P8）,中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（,2017年版）M人民教育出版社.,项目化学习是利用大概念实现知识在现实世界迁移的必由路径,通过大概念教学达成目标的路径和方法,为什么要强调跨学科统整？这是因,为现实世界的问题很难被划分进入一个,个单一的学科。为什么要开展项目化学,习？这是因为项目是现实世界中常见的,形态。为什么要进行STEM教育？这是,因为以工程为核心的跨学科项目在现实,世界比比皆是,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的内涵,基于项目的学习是一种教学方法，在这种教学方法中，学生通过长时间的工作,来调查和回应,真实、引人入胜和复杂的问题、问题或挑战,，从而获得知识和技能。,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的内涵,学生在很长一段时间内从事一个项目从一周到一个学期让他们,参与解决,现实世界的问题或回答一个复杂的问题,。他们通过为真正的观众创建公共产品或演,示文稿来展示他们的知识和技能。,结果，学生发展了,深入的内容知识以及批判性思维、协作、创造力和沟通技巧,。,基于项目的学习在学生和教师之间释放,出具有感染力的创造性能量,。,项目化学习内涵及操作范式,“做一个项目”与基于项目（,PBL,）的区别,项目化学习内涵及操作范式,“做一个项目”与基于项目（,PBL,）的区别,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本设计元素,什么是黄金,好,PBL,，我,、以研究为,校和组织改,在黄金标准,获得关键知,学,。,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本设计元素,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本设计元素,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本设计元素,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本设计元素,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本设计元素,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本设计元素,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本教学步骤,在过渡到,PBL,时，许多教师面临的最,大障碍之一是,的控制，并信,他们更多地是,的圣人”，但,PBL,课堂上“,存在，但在项,什么是黄金,做好,PBL,，我,的、以研究为,学校和组织衡,。在黄金标准,生获得关键知,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本教学步骤,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本教学步骤,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本教学步骤,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本教学步骤,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本教学步骤,项目化学习内涵及操作范式,项目化学习的黄金标准,-,七个基本教学步骤,项目化学习的价值,构建大概念统领的化学课程内容体系,中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（,2022年版）M北京师范大学出版社.3,项目化学习的价值,针对社会情境中与化学相关的某一真实问题开展项目研究,，并形成项目研究成果，如项目研究报告、项目产品等,。,（P60-61）,能查阅化学某个领域学术研究的文献，对文献内容进行分析,、概括与点评。鼓励针对一个学术问题在教师（导师）的指,导下开展项目研究、撰写研究报告,。（P63）,中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（,2017年版）M人民教育出版社.,项目化学习的价值,核心素养是学生在面对,真实,、陌生的,和不确定的问题任务时所需要的关键,能力、必备品格和正确态度价值观。,化学学科核心素养一方面需要在,真实,问题情境,下才能表现出来，另一方面,也只有在分析和解决,真实问题任务,的,过程中才能得到培养和发展。目前，,项目式教学,被认为是,最,具有核心素养,融合发展效力的教学方式。,王磊外显学科核心素养促进知,识向能力和素养的转化,基于真实情境的项目式学习,设计原理,基于真实情境的项目式学习设计原理,一、确定项目学习主题,项目化学习设计的第一步是遴选真实情境，确定项目学习主题，流程如图1所示：,基于真实情境的项目式学习设计原理,一、确定项目学习主题,普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）中指出：“结合化学的前沿领域和当,代社会的热点问题，有重点、有选择地介绍化学科学的最新进展和亟待解决的重要课题，,帮助学生了解我国化学发展的机遇和挑战，发展学生化学学科核心素养，鼓励学生关注并,投身于化学事业。”学生在学完化学反应原理以后，能够调用热力学、动力学知识解,决实际问题；学完有机化学基础以后。能从碳骨架构建、官能团转化的综合视角分别,运用逆合成、正合成设计有机合成路线，但是很少学生能够从系统关联的视角运用结构化,的知识解决真实情境的问题。二氧化碳属于温室气体，化石燃料的过量排放导致全球逐渐,变暖，极端天气频发，我国为了履行国际责任和义务提出2030年前实现“碳达峰”，2060年,前实现“碳中和”，选择“设计转化路径实现碳中和的实验方案”作为项目学习主题，作,为社会性科学议题、前沿学术问题，对于学生具有高度的挑战性，来源于生活具有趣味性,，其中蕴含着物质转化与应用、反应变化与规律等核心知识，能够培育学生分析与推测、,探究与创新等关键能力，发展变化观念与平衡思想、科学精神与社会责任等化学学科核心,素养，具有可操作性。,基于真实情境的项目式学习设计原理,二、确定项目学习目标,项目化学习设计的第二步是深入分析学情，确定项目学习目标，流程如图2所示：,基于真实情境的项目式学习设计原理,二、确定项目学习目标,根据上述流程分析，制定“设计转化路径实现碳中和的实验方案”项目学习目标为：,(1)通过“设计实验方案减少CO,的排放”学习任务，学习CO,的物理性质、化学性质（与,2,2,氢气反应生成CO、甲烷、甲醇）,建立运用相的转化、“价类”二维等实现CO2理想转化,的认识思路和角度。,(2)通过“设计转化路径实现CO,2,加氢合成一碳(C1)化合物”学习任务，学会运用平衡移动,原理、催化剂选择性分析物质转化，形成运用热力学、动力学综合视角实现CO,2,实际转化的,认识思路和角度。,(3)通过“设计转化路径实现甲醇合成三碳(C3)化合物”学习任务，学会运用逆合成分析、,调控反应速率设计合成路线，形成运用碳骨架构建与官能团转化、动力学综合视角解决真,实复杂问题。,(4)通过“设计转化路径实现DHA合成淀粉”学习任务，学会运用逆合成、正合成、元素,守恒设计合成路线，实现物质转化多角度系统关联的创造性应用。,基于真实情境的项目式学习设计原理,三、规划项目学习任务,项目化学习设计的第三步是设计驱动问题，规划项目学习任务，流程如图3所示：,基于真实情境的项目式学习设计原理,三、规划项目学习任务,项目化学习主要是利用学科核心知识解决真实复杂问题，因此首先要确定项目的核心问,题，然后将其拆解为若干个驱动性问题，驱动性问题再转化为具体的指向性非常明确的内,容问题，问题当中同时蕴含知识线索和能力线索。问题任务确定以后，再依据学生能力估,计任务完成所需时间，课上课下统筹安排，最后进行优化设计，确定项目学习任务。,基于真实情境的项目式学习设计原理,三、规划项目学习任务,：,基于真实情境的项目式学习设计原理,四、设计项目学习活动,项目化学习设计的第四步是明确学习任务，设计项目学习活动。项目化学习以真实情,境中的复杂问题解决为核心，转变传统教师为主导、学生为主体的课堂模式，从教学转向,学习，学生站在舞台的中央，成为活动的主体，体验的主导，作品的设计者；教师则退居,幕后，成为活动的支持者、项目的引导者、学习的促进者。在项目的实施推进过程中，通,过呈现真实的数据、图表、模型图等，让学生在体验与实践中不断物化项目作品，实现具,体问题的解决与思维建模的双丰收。本项目的学习活动设计如表,1,所示：,基于真实情境的项目式学习设计原理,四、设计项目学习活动,表1,“设计转化路径实现碳中和的实验方案”项目学习活,基于真实情境的项目式学习设计原理,五、设计持续性评价,项目化学习设计的第五步是依据学习目标，设计持续性评价，流程如图,5,所示：,基于,五、设,大概念统摄下的单元项目式,学习,亲爱的老师，看到数学新教材上的这两个内容，您,亲爱的老师，您对加强跨学科综合性教学有什么,积极学习应用优秀教学成果和信息化教学资源，鼓励教师改进,和创新教育教学方法，注重启发式、互动式、探究式教学，加强,跨,学科综合性教学,，推进信息技术与教育教学深度融合，促进学生自,主、合作、探究学习。,普通高中学校办学质量评价指南（教基20219号）,亲爱,义,科,主,培育,2,跨学科实践,试着讨论分析下面这则消息,2016,年,11,月,14,日，芬兰赫尔辛基教育局正式下发通知，从当时开始,到,2020,年之前，正式废除小学和中学阶段的课程式教育，转而采取实际,场景主题教学。芬兰将成为世界上第一个摆脱学校科目的国家。这个帖,子在反复出现，每次浏览量都是,10,万,+,，这样一篇,10,万,+,的稿子，今年发,布时，还是,10,万,+,的阅读量。为什么这样一个辟谣过多次的帖子一出现,就是,10,万,+,的点击量，为什么大家每次都要相信？这个消息是来自国外,，为什么会这么火？为什么几年间都反复成为热点，为什么那么多自媒,体公众号可以反复蹭这个热点，为什么专业的教育从业者都要反复确认,其真假？,请您谈谈对废除学科课程，开展跨学科实践的看法,2,跨学科实践,02,03,01,理由二：学科课,理由三：大家看,到其他国家都废,除了学科课程，,而我们国家为什,么没有废。,理由一：废除学,科课程而欣羡.,程是割裂的、片,面的、重复的，,不同的学科是相,互割裂的。,跨学科实践,2,如果废除了学科课程，接下来该怎么办？如果从历史的、逻辑,的角度去分析，学科课程能废除吗？学科课程废不了，但是，,为什么我们又要进行跨学科的学习呢？,学生的生活是完整的，学生的课程是不分科的。我们要找,一个通道，这个通道是既能够连接学生的生活，又能够把学生,的生活提高到科学的高度，我们要找到一个学生熟悉的、每个,学科都能进入的通道。因此，我们就选择通过跨学科的学习让,学生能够进入学科，我想这是一个非常重要的目的。,2,跨学科实践,如果废除了学科课程，接下来该怎么办？如果从历史的、逻辑,的角度去分析，学科课程能废除吗？学科课程废不了，但是，,为什么我们又要进行跨学科的学习呢？,教学就是要把静态的、书本上的内容要变成学生的活动，如果仅仅,是把书本上的一句话教给学生，而他仅仅是知道那句话本身而已，不知,道背后丰富复杂、更内在的内容。如果我们把书本上的内容直接教给学,生，他仅仅是见到了知识的影子，而没见到知识本身，知识本身是什么,呢？不仅有文字所表示的信息，还有,技能、态度、价值观、认识能力,，,全部在一起才是知识。,跨学科实践,2,如果废除了学科课程，接下来该怎么办？如果从历史的、逻辑,的角度去分析，学科课程能废除吗？学科课程废不了，但是，,为什么我们又要进行跨学科的学习呢？,我们一旦让学生活动起来，尤其是问题解决的活动，这一定是跨学,科的。跨学科的学习实际上就是利用学科知识进行现实生活的观察和问,题解决。真正的跨学科一定是,与学科紧密联系在一起的,，就是对,学科知,识的应用,。同时，我们不能因为跨学科就忘了学科本身的任务。跨学科,还有一个特别有意思的、有意义的就是它把创新实践提前到了学生的学,习阶段。跨学科实际就是这样一种对,未来社会实践的模拟和重新实践,。,2,跨学科实践,如果废除了学科课程，接下来该怎么办？如果从历史的、逻辑,的角度去分析，学科课程能废除吗？学科课程废不了，但是，,为什么我们又要进行跨学科的学习呢？,跨学科学习最终的切入点和目的就是要能够激发学生的主,动学习。不仅是要让学生知道，更要让学生喜爱、相信，并且,能够用行动来证明。,逻辑就是学科的内容,，但,行动一定是跨学,科的,，这是跨学科的意义。,跨学科实践,2,如果废除了学科课程，接下来该怎么办？如果从历史的、逻辑,的角度去分析，学科课程能废除吗？学科课程废不了，但是，,为什么我们又要进行跨学科的学习呢？,跨学科学习最终的切入点和目的就是要能够激发学生的主,动学习。不仅是要让学生知道，更要让学生喜爱、相信，并且,能够用行动来证明。,逻辑就是学科的内容,，但,行动一定是跨学,科的,，这是跨学科的意义。,跨学科实践,2,如果废除了学科课程，接下来该怎么办？如果从历史的、逻辑,的角度去分析，学科课程能废除吗？学科课程废不了，但是，,为什么我们又要进行跨学科的学习呢？,跨学科要坚持学科立场，只有学好学科知识，才能够跨学科地解决问题，或者是在,学科内可以很好地借助其他学科的工具来解决问题。,我们不能忽视,STEM,中每一门学科的独立价值，理想的,STEM,教育是关注不同学科,知识间的相互影响，一门学科知识的发明如何影响到其他的学科，一门学科的发展如,何建立在其他学科的原理和进步之上，这是非常重要的。学科间相互影响一定是学科,自己搞的好，所以我们要立足于每一门学科的特殊性，又看到彼此间的渗透性和干预,性，这才是,STEM,教育的价值所在。,2,跨学科实践,如果废除了学科课程，接下来该怎么办？如果从历史的、逻辑,的角度去分析，学科课程能废除吗？学科课程废不了，但是，,为什么我们又要进行跨学科的学习呢？,我们的跨学科或者教学，要将抽象的变成具体的，与现实生活结合起来，把干瘪的,内容丰富起来，将脱离与个人没关系的内容变为个人的，一定是要让学生活动，因为,只有当学生活动的时候才知道这个知识是跟我有关系的，它就变成了个人的。,跨学科最终还是要回到学科本身的，要加深学生对学科知识的理解，才有能力进,行更高水平的跨学科的学习。跨学科的学习与学科知识系统的、结构性的学习是紧密,相关的。因此，跨学科学习是不能取代学科课程的，学科课程至少是未来学校的主导,形式。,2,跨学科实践,如果废除了学科课程，接下来该怎么办？如果从历史的、逻辑,的角度去分析，学科课程能废除吗？学科课程废不了，但是，,为什么我们又要进行跨学科的学习呢？,跨学科的教学意义是什么呢？学科学习是核心，我们一直倡导不能离开学科去谈跨,学科，但跨学科学习是基于学科学习展开的一种活动。,在跨学科的学习中，学生既要独立，又要合作；既要继承，又要创造。继承什么呢,？继承主要是学科的内容，在学科逻辑中不得不学的，但是我们又给了它以空间，这,个空间就是主体进入。因为是跨学科的，学生进入可能会有不同的想法，此时就产生,了一定的空间，让学生能够在继承中进行建构性的实践，同时学生在建构中可以思考,、可以质疑，在质疑与继承中去创造。,我们要将,学习、实践和创造，三体合一,，在继承历史中创造未来，在创新中延续,历史，在应用中创新，在创新中继承。,有学科才能跨学科，在学科的基础上，才能跨学科。我们要坚持学科立场的跨学科,，才能避免庸俗化和浅表化。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,一、项目教学主题分析,核心素养是学生在面对真实、陌生的和不确定的问题任务时所需要的关键能力、必备品,格和正确态度价值观。化学学科核心素养一方面需要在真实问题情境下才能表现出来，另一方,面也只有在分析和解决真实问题任务的过程中才能得到培养和发展。目前，项目式教学被认为,是最具有核心素养融合发展效力的教学方式。项目式教学因其任务的挑战性、问题的真实性、,活动的体验性往往很难在一个课时完成，因此设计单元项目式教学势在必行。STEM项目设计,强调将知识蕴含于情境化的真实问题中，强调调动学生主动积极地利用各学科的相关知识设计,解决方案，跨越学科界限提高学生解决实际问题的能力。STEAM教育强调,跨学科整合、重视真,实情境与问题解决,等基本理念，与项目式学习存在天然联系。对单元进行整体设计，让学生在,实际应用问题的解决过程中不断迁移学科知识、认识思路和方法，有助于实现学生的深度学习,。在具体进行单元整体教学过程中，以大概念为统领进行单元教学，有利于教师把握教学内容,的本质和关键，让具体内容的学习服务于学生学科核心素养的发展。,大概念有助于达成高通路,迁移,，形成具体与抽象交错的复杂认知结构，不仅可以打通跨学段、跨学科的学习，而且能,解,决学校教育和真实世界相阻隔的问题,。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,一、项目教学主题分析,（一）项目的育人价值,“设计化学环实现纯碱和氯乙烯联产”项目致力于解决“纯碱”和“氯乙烯”的工业生产,问题，如何在化工生产中减低能耗，并使原料得到充分利用是需要解决的问题，属于化学与生,产的设计类实践活动，对于化工生产具有重要的意义。,以纯碱的生产和氯乙烯的生产为主要研究对象，探究设计化学环实现纯碱和氯乙烯联产，,承载了价类二维、化学热力学和动力学等必备知识，融合科学、数学和技术等相关内容，促进,学生发展元素观、变化观、平衡观等化学观念，进一步建构变化观念、平衡思想等学科大概念,。将学生置身于“实现纯碱和氯乙烯联产”真实情境中，发展学生融合科学，技术、工程等解,决实际问题的能力，形成解决真实复杂化学问题的一般思路，发展社会责任、国家认同、国际,理解等素养，促进知、意、行的统一。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,一、项目教学主题分析,（一）项目的育人价值,大概念统,一、项目教学,（二）内容,“设计化学环,计化学环实现,计生产纯碱、,工程的重要内,应”“释氯反,设,；设,属于,氨反,大概念统摄下的单元项目式教学设计,大概念统摄下的单元项目式教学设计,二、项目教学目标,通过“设计化学环实现纯碱和氯乙烯联产”项目，对化学反应中的物质转化及能量转化、,热力学、动力学、绿色化学等相关知识进行复习，帮助学生形成知识的结构化，建立学科,大概念与具体问题之间的关联，发展学生的变化观念与平衡思想的学科核心素养，制定教,学目标如下：,(1),通过“设计生产纯碱的工业流程”，帮助学生形成在多平衡复杂竞争体系中利用“价,类”二维、热力学、动力学、能量及物质循环利用等思想综合解决真实问题的能力。,(2),通过“设计生产聚氯乙烯的工业流程”，帮助学生利用逆合成分析和正合成分析系统解,决陌生有机物的合成设计问题。,(3),通过“设计化学环实现纯碱和氯乙烯联产的理想转化”，帮助学生系统构建解决无机物,和有机物耦合联产的一般思路与方法。,(4),通过“设计化学环实现纯碱和氯乙烯联产的实际转化”，帮助学生利用热力学、动力学,系统调控反应条件的思路。,大概念统,三、项目任务,根据项目式,，抽提出“变,问题，设计了4,活动,1,：创,方案的可行性,题。,境,性,流,问,活动,2,：运,的,流程设计，由,活动,3,：利,程的优缺点，,杂问题。,流,复,活动,4,：思,认,知模型解决实,整个项目计划3,动,1,为第1课时,活,大概念统摄,四、项目实施及学,（一）设计生,情境导入,纯碱,用于解酸、轻泻剂,小组代表汇报,剂和面团改良剂；可,计实现纯碱的转化。,量与,CO,2,；方案3：,加热,NaHCO,3,固体粉,小组互评,方案,昂贵，不是常见的,料；方案,3中加热N,化学物质制备。,提供支持,制,界中含钠元素最广,纯碱需提供碱性环,广泛的碱呢？请同,表示。,融的,NaCl获得，成本,高耗能，不适合做原,工业原料，需要其他,素的化学原料，自然,是,CO,2,，此时要获得,他成本低廉、来源,”框图形式,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,（一）设计生产纯碱的工艺流程,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,（一）设计生产纯碱的工艺流程,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,（一）设计生产纯碱的工艺流程,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,（一）设计生产纯碱的工艺流程,教师点评,刚刚同学们自主设计出的流程就是侯氏制碱法，食盐利用率可达,98%,。该法是在特殊,历史时期巧妙设计加入试剂的顺序和反应条件，调控多个平衡发生移动，同时实现循环利用母液,、补充原料和联产有价值副产物氯化铵等多个目标，体现工程技术与平衡思想耦合的创造性应用,。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,提,是工业及生活中重要的,材料,合成,教,Ca(OH),+C,H,，请用逆,2,2,2,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,（三）设计化学环联产纯碱和聚氯乙烯的理想转化工艺流程,教师点评同学们经过小组合作、自主学习设计的流程图与我国科学家研究的思路不谋而合。图,11是科学家设计的流程图，同学们试着分析图10和图11的差异。,小组汇报图10是从物质转化的视角绘制流程图，图11兼顾了实际工艺生产中设备的因素，两者,从物质转化和能量转化视角都是一样，但是从工程技术视角图11显然考虑的更加周全。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,（四）设计化学环联产纯碱和聚氯乙烯的实际转化,提供支持,“释氨反应”步骤可能发生的化学反应：,(1)NH,Cl(s),=NH,(g),+ HCl(g),H,= +163.57,kJmol,1,4,3,(2)MgO(s),+ HCl(g),= MgOHCl,(s),H,= 102.23,kJmol,1,(3)MgO(s),+2 HCl(g),=,MgCl,(s),+ H,O(g),H,= 96.94,kJmol,1,2,2,(4)MgCl,(s),+ H,O(g),= MgOHCl,(s),+ HCl(g),H,= 5.29,kJmol,1,2,2,“释氨反应”的,G,随温度的变化如图,12,所示，已知,NH,Cl,的分解温度为,337.8,。试分析释氨反,4,应的适宜温度。,小组汇报,NH,4,Cl,的分解反应,(1),是吸热反应，,G,随温度升高而线性减小，说明温度越高越容易,发生。,MgO,吸氯反应,(2),(3),均为放热反应且,G,几乎重合随温度升高而增大，水合反应,(4),对温度,不敏感，为了使,NH,4,Cl,气化且有利于各步反应发生，适宜温度,350,。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,（四）设计化学环联产纯碱和聚氯乙烯的实际转化,提供支持,“释氯反应”可能的化学反应有：,i,MgOHCl,(s),=MgO(s),+ HCl(g),H,=+,97.50,kJmol,1,ii,MgOHCl,(s),+ HCl(g),=,MgCl,(s),+ H,O(g),H,=+2.89,kJmol,1,2,2,iii,MgCl,(s),+ H,O(g),=,MgO(s),+2HCl(g),H,=+94.61,kJmol,1,2,2,图,13,为“释氯反应”在不同温度下各组分的平衡组成，试分析：应选择的最佳,反应温度是多少；,520,时，释氯反应器的压强为,P,，计算该温度下反应,i,的平,衡常数,K,p,；结合平衡移动原理，原料气增加水蒸气的目的。,小组汇报,由图中信息可知最佳反应温度为,570,；此时加入水蒸气物质的量为,0.6,10,3,mol,，因,0.25,此总压强为（,0.6+0.25,）,10,3,mol,，故,K,p,为,；水蒸气的加入，可促进平衡,ii,逆向移动，平衡,P,0.85,iii,正向移动产物中没有,MgCl,，,HCl,收率理论上可达到,100%,。,2,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,（四）设计化学环联产纯碱和聚氯乙烯的实际转化,提供支持,Grazia,提出催化剂,AuCl/C,上,CHCH(g),+ HCl(g),=,CH,2,=CHCl(g),H,= 88,kJmol,1,的,反应历程如图,14,8,所示。,试分析：“,45,”的化学方程式；反应物在催化剂表面经历过程“扩散,吸附（活性位点）,表,面反应,脱附”。若保持体系中,C,2,H,2,分压不变，,HCl,分压过高时反应催化效率降低的主要原因。,小组汇报,由图,14,信息分析可知，“,12,”为,HCl,吸附活化，“,23,”反应生成,AuCl,2,H,，,“,34,”为,C,H,吸附活化，“,45,”为,AuCl,H+C,H,=AuCl,(C,H,Cl),。如果,HCl,过高，,HCl,占据催,2,2,2,2,2,2,3,化剂表面过多活性位点，存在竞争吸附，乙炔无法被吸附至催化剂表面，造成催化剂中毒。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,四、项目实施及学习结果,（四）设计化学环联产纯碱和聚氯乙烯的实际转化,思维建模,热力学动力学综合分析问题的一般思路如图15所示。,大概念统,四、项目实施及,（四）设计,教师追问同学,路和方法？请以,作品展示,真实复杂问题的哪些思,报。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,五、项目教学评价,该项,结性纸笔,的方式，,杂的化学问题，仅仅依靠终,过程性和表现性评价相结合,。,从课堂实时反馈情况来看，大约30%的学生一般都是单一角度思考分析问题，大约50%的学生能,够多角度思考分析问题，大约15%左右的学生关联结构思考分析问题，只有不到5%的学生系统思,考分析问题。实施本项目后，再进行后测纸笔性测试，关联结构学生的比例增加到了70%以上，,系统角度的学生比例增加到了20%以上，项目实施效果显著。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,六、项目教学效果及反思,本项目通过设计4个不同复杂程度的学习任务，在大概念统摄下设计跨学科单元项目式教学，,从学生实际的认知水平出发，以期能够解决“设计化学环实现纯碱和氯乙烯联产”前沿学术问题,，发展学生的变化观念与平衡思想等化学学科核心素养。学生历经3课时的项目化学习，获得了,以下成长：,一是精心设计跨学科挑战性任务，激发了学生主动探究的兴趣。索尔维制碱法和侯氏制碱法,学生在初中、高中都有所涉猎，基本都是从培养学生的爱国热情，激发民族自豪感的视角开展教,学的。本项目不仅将侯氏制碱法的内核指向多平衡竞争体系的调控，更是将问题指向了将无机工,业原料纯碱和有机工业原料聚氯乙烯联合生产这样一个真实复杂具有高度挑战性的学习任务。通,过设计这一个具有挑战性的任务，将问题拆解成四个学习任务，融合科学、技术、数学和工程等,思维实现设计化学环实现纯碱和氯乙烯联产的理想转化和实际转化，抽丝剥茧，层层递进，最终,实现问题的解决。学生在解决问题的过程中感受到了科学家创新的精髓，更是感受到了科学家解,决复杂问题的一般思路与方法，将初高中必修阶段低水平的科学精神与社会责任提升到“针对某,些化学工艺设计存在的各种问题，提出处理或解决的具体方案”。,大概念统摄下的单元项目式教学设计,六、项目教学效果及反思,二是精心设计学习活动，发展学生的高阶思维。侯氏制碱法等问题因其综合性、复杂性，传,统的教学基本都是将其设计成分析型任务，让学生利用已学的知识来解决其中涉及到的化学问题,。本项目直面教学中的难点问题，无论是侯氏制碱法、聚氯乙烯的合成还是联产纯碱和聚氯乙烯,，都将其设计成了“设计、评价”等高阶的学习任务，让学生通过小组合作，生生互评，不断修,正和完善设计方案，形成问题解决的结构化思路，发展学生的高阶思维。,三是突出实践性，关注学生的过程体验。“设计化学环实现纯碱和氯乙烯联产”的项目融合,跨学科思维，通过层层递进的问题，引导学生提出“生产纯碱”“生产聚氯乙烯”“联产纯碱和,氯乙烯”的设计思路和工业流程，在师生交流和生生交流的互动中不断完善方案，在解决单个学,习任务的同时，及时帮助学生实现“知识关联”的结构化走向“认识思路”的结构化，从具体的,问题解决形成解决一般问题的思路与方法。在问题的解决过程中，发展学生跨学科思维和迁移应,用的能力，提升学生跨学科素养。,跨学科整合型,STEM,课程开发,国际视野,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,课程为例式教学设计,一、火星教育项目,STEM,课程结构,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,课程为例式教学设计,二、火星教育项目,STEM,课程结构教学活动设计,火星教育项目,STEM,课程的教学活动是基于,5E,教学模式设计的，包括参与、探索、解释、迁移,、评估和拓展环节。下面以火星教育项目,STEM,课程中“在太阳系中寻找生命”这一代表性的专,题课程为例，介绍其面向中学,(MS),的课程教学活动具体实施流程。,1.,参与环节,本环节的主要目标是创设任务规划的情境。教师首先通过提供墙报或阅读材料的方式，向学生,简要解释类似系统、系统模型、科学本质等跨学科概念的内涵和工程实践的常规工作。其次，通,过朗读指导语的方式为学生创设在太阳系中寻找生命的任务情境。接着，通过讨论“我们在太空,中寻找什么”“我们的探索活动需要回答什么主要问题”等问题引发学生思考，明确项目目标与,任务。然后，引导学生讨论“如何对生物与非生物进行界定”“生命体的特征是什么”等问题，,并让学生在延伸学习“它是生命吗,?”,这一微课程的过程中体验通过探索研究发现生物特征的历程,。最后，教师向学生解释接下来将采用玩牌模拟的方式来设计一个在太阳系中寻找生命的任务，,并让学生填写前概念调查单以确认学生当前对任务规划和工程限制的理解，作为后续教学效果评,价的依据。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,课程为例式教学设计,二、火星教育项目,STEM,课程结构教学活动设计,2.,探索环节,本环节的主要目标是确定一个需要进行技术设计的目标。第一个活动是了解,NASA,天体生物学,研究所的工作。首先，教师与学生围绕“生命是如何开始和进化的”等几个基本问题的讨论，了,解,NASA,天体生物学研究所的研究目标。接着和学生讨论一些关键词,(,如能量、生命信号,),的含义,以辅助学生后续学习。最后，让学生在完成“极端微生物”微课程的过程中了解通过探索研究发,现各类生物体及其分布的过程。第二个活动是区分科学的任务目标和技术解决方案。首先，教师,告诉学生科学家经常会为任务选择一个科学目标,.,然后让学生小组讨论他们可能的科学目标并最终,确定一个合适的技术设计任务目标，进而调查研究什么是生物特征以及选择驾驶哪种航天器执行,寻找生命的任务。第三个活动是设计一个技术解决方案。学生小组合作设计用于完成火星探索任,务的实用航天器，航天器的设计可以采用卡片模拟的方式进行。该教育项目提供的交易卡上展示,了每一个航天器的典型系统，并且每张卡片上都提供了有关这一特定硬件的使用功能及其本身所,存在的缺陷的相关信息，学生可以根据他们的科学目标选择合适的卡片来组装、设计航天器。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,课程为例式教学设计,二、火星教育项目,STEM,课程结构教学活动设计,3.,解释环节,本环节的主要目标是分析技术设计过程中的约束条件。第一个活动关注的是工程约束的概念,。首先，让学生确定他们在进行工程设计时具体经历了工程设计周期的哪些环节，同时举例说明,，并把每个例子写在“工程设计周期”学习任务单上。接着，让学生思考以下问题,:,影响任务完成,的限制条件、团队如何解决问题以及如何测试解决方案。第二个活动是学生分享他们在工程设计,过程中遇到的约束事项以及相应的调整方案。首先，学生批判性地倾听同伴的解释，汇报他们自,己的解决方案，并质疑其他人的解释。然后，在班级共享后，花几分钟时间讨论并重申他们可能,提到的一些约束事项并突出强调那些被忽视的约束事项。第三个活动是把学生分组开展讨论。首,先，分发关于科学和工程实践、跨学科概念、科学的本质的相关材料，小组讨论,10-15,分钟。接着,，小组与全班分享他们对科学本质和实践的理解并陈述理由，由教师在黑板上记录每个组的讨论,结果。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,课程为例式教学设计,二、火星教育项目,STEM,课程结构教学活动设计,4.,迁移环节,本环节的主要目标是促使学生将技术设计技能应用于新的问题解决过程。从两个任务中任选,其一完成,:,任务一是让团队之间交换任务方案进行互评，即每个任务组将自己的任务方案与另外一,个小组交换，由对方作为评估组对任务组方案中的科学目标、工程目的、约束条件等进行评估，,并给出改进建议,;,任务二是重新运行模拟并设计一个火星取样返回任务，任务可以是地表取样返回,或轨道取样返回。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,课程为例式教学设计,二、火星教育项目,STEM,课程结构教学活动设计,5.,评估环节,本环节的主要目标是评价学生解决工程问题的能力变化情况。评估活动主要通过调查学生学,习后对相关科学概念的理解情况，如回答诸如“你认为寻找生命任务计划最困难的部分,?,解释你,这么认为的原因。”等问题，或者让学生对照前科学概念调查结果，比较其对相关概念理解的前,后变化情况，并分析其原因。评估活动也可能采用基于下一代科学标准的评价量规进行形成,性和总结性评估，允许学生在教学过程中发现并改进他们学习中的错误。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,课程为例式教学设计,二、火星教育项目,STEM,课程结构教学活动设计,6.,拓展环节,本环节的主要目标是让学生继续进行迁移训练或完成项目的后续科学探索工作。任务一是让,学生完成前面迁移环节中的另外一个任务,;,任务二是让学生提交一份正式的项目申报书，为他们的,任务方案争取额外的资助，并提供了申报书样例。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,课程为例式教学设计,三、火星教育项目,STEM,课程的特点,1.,基于,SE,教学模式注重学生活动体验,火星教育项目,STEM,课程每堂课的教学都采用基于概念转变理论的,5E,教学模式。,5E,教学模式,最初是为美国生物学课程教学开发的，目前是科学教育中常用的一种教学模式，它将教与学的过,程划分为五个环节,:,参与、探索、解释、迁移和评估。参与环节是一种传统的热身活动，由教师提,出一些现实生活中的问题，创设问题情境，以激发学生学习动机、了解学生的先验知识。在探索,环节，教师起指导和推动作用，利用各种学习支架辅助学生自主探究，加深理解，挑战现有的偏,见和误解，提供替代性解释帮助学生形成新图式。在解释环节，学生交流分享学到的东西，用自,己的理解阐释他们对概念的认知，说明最初的概念转变。在迁移环节，给学生提供机会将他们新,发现的知识应用到新的情境中，并支持新图式的强化或转移。最后，在评估阶段，学生可以利用,反思表等对自身进行形成性和总结性评估，教师可以利用相关评价量规评估学生的学习效果和自,身的教学效果。在这种教学模式中，学生全程参与探究过程，通过体验不同环节的学习活动完成,相应的任务和问题来全面理解和掌握科学和工程实践、学科核心概念、科学方法和科学本质。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,课程为例式教学设计,三、火星教育项目,STEM,课程的特点,2.,以真实问题为载体实现跨学科整合,在火星教育项目,STE,M,课程体系中，每个教学计划的开头都有依据下一代科学标准设计,的该课程所要解决的核心问题和基本组成问题，这些问题都是基于物理科学、生命科学、地球与,太空科学以及工程四大领域具体的学科核心概念设置的。学生通过学习这些学科核心概念，可以,逐渐掌握科学领域中其他的知识和技能。这些核心问题和基本组成问题贯穿整个教学过程，并在,课程实施过程中将其转化为一系列特定情境下的学习任务以及更加具体的问题。火星教育项目的,STEM,课程是以真实问题为载体围绕学科核心概念，通过开展一系列动手实践、动脑思考的学习,活动任务，促使学生在真实情境中将科学、技术、工程和数学等多学科知识和技能进行整合，即,把分学科的知识按问题逻辑融合在具体的实践活动中，从而实现跨学科重组。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,三、火星教育项目,STEM,课程的特点,3.,采用基于问题和基于项目的学习方式,火星教育项目,STE,M,课程主要采用基于问题和项目两种学习方式。基于问题的学习是指把学,生置于复杂、有意义的问题情境中，学生合作解决真实问题，学习隐含于问题背后的学科知识，,形成问题解决技能和自主学习能力。基于项目的学习是为学生提供真实的情境和特定的目标，让,学生为项目负责，制定计划，综合运用所学的多学科知识和技能，有效利用各种资源，解决一系,列相互关联的现实问题，最终以产品或研究报告的形式结束。这两种学习模式之间有很多共同点,，并且项目包括问题，一些问题在有些时间上也会变为项目。但是基于项目的学习强调在活动过,程和活动结束之后产生人工制品，这是其与基于问题的学习的最大区别,mo,。火星教育项目,STEM,课程的教学是由基于问题的学习逐渐转向基于项目的学习的。例如,:,为,6-12,年级设立的火星成像学,生项目,(The,Mars Student,Imaging,Project,，简称,MSIP),，是一个全国性教育项目，它不仅强化了传,统学科知识的教学，还融入了,21,世纪技能的培养。火星成像学生项目通过一种沉浸式和变革性的,方式，为学生进行科学实践提供了现实的支持平台，学生可以沉浸到真实的科学研究中，承担具,有挑战性的任务，提出假设、确定研究问题、开展调查研究、收集分析数据、解决问题，并且可,以与火星科学家交流、展示他们的发现，发布团队研究结果并获得真实的反馈。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,三、火星教育项目,STEM,课程的特点,4.提供丰富的学习支架促进深度学习,STE M,教育强调协作探究式的学习方式，注重复杂性学习过程中深度学习的发生。根据学生,学习过程中的实际需求提供相应的学习支架，有利于学生解决问题、反思学习活动，促进其对新,知识的深入理解并能够在新情境中进行知识迁移。通过分析可以发现，该,STEM,课程教学中综合,运用了多种类型的学习支架。在课堂教学参与环节，教师通过提出问题、展示图片和视频等多媒,体素材的形式为学生提供情境型支架，帮助学生引发思考、促进新旧知识的碰撞，快速进入学习,状态。在探究环节，教师为学生自主协作学习提供策略型支架和资源型支架，有利于学生协作交,流确定学习目标、建立学习任务，利用所获得的详细知识和操作技能来设计问题解决方案并进行,操作验证。,在解释环节，主要提供交流型支架来促进师生以及学生之间的信息交流和共享，加深学生对,新概念的理解，修改已有的错误观念，发展学生的批判性思维。在迁移环节，教师提供交流型支,架引导学生利用所学知识和技能进行协作交流来完成新的活动任务以增强学生对所学知识的理解,和运用，拓展概念和技能，培养学生使用新知识解决新情境、新问题的能力。在评价环节，提供,评价型支架来评估学生学习成果，引导学生在学习过程中对自己所掌握的知识和技能进行反思和,改进。例如,:,教师提供包含开放性问题的反思表、前概念调查表和后概念调查表来对比学生的概念,认知转变，了解学生对知识和技能的掌握程度。,跨学科整合型,STEM,课程开发国际视野,以美国火星教育项目,STEM,三、火星教育项目,STEM,课程的特点,5.,将,STE,M,素养培养目标落实到具体教学活动中,STEM,教育的核心目标是培养具备,STEM,素养的、能够适应未来社会创新工作的人才，但是,如何在,STEM,课程教学中将,STE,M,素养的培养落到实处是困扰国内,STE,M,教育实践者的难题。美,国州长协会将,STEM,素养界定为个体在科学、技术、工程和数学领域以及相关交叉领域中运用个,人关于现实世界运行方式的知识的能力，是科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的综合。,据此，可以将,STEM,素养的结构在纵向上划分为以下两个层次,:,下层是,STEM,各相关学科知识、技,能和态度的综合，上层是基于,STEM,具体学科知识、技能和态度基础之上的学科核心素养或,21,世,纪技能。整合型,STEM,课程教学不但要实现,STEM,学科知识与技能的掌握，还要促进学生学科核心,素养和,21,世纪技能的发展。火星教育项目,STEM,课程巧妙地将,STEM,素养培养目标落实到了具体的,教学活动中，将科学概念的学习嵌入问题解决或项目设计实践工程中，将学科核心素养整合到科,学探索和技术设计的实践活动中，将,21,世纪技能的发展渗透在教学过程的每次思考、讨论等活动,中。结合前面对课程教学活动设计的介绍，可以通过对不同环节教学活动的设计意图以及各教学,环节涉及的部分,STEM,学科知识和核心素养的分析，更深入地了解这一特点,.,融入“大概念”的,STEM,整合课程设计模型,融入“大概念”的,STEM,整合课程设计模型,一、融入“大概念”的,STEM,整合课程,设计模型构建,(1),筛选学科概念，细化课程目标。,依据学生知识建构的规
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