中學階段，化學制作可以分為兩類：一類是化學產品制作，即利用化學基本原理和基本化學反應，以及實驗操作的基本技術（如加熱、溶解、過濾、蒸發(fā)、蒸餾、分離、結晶等）進行一些典型產品的制作。另一類是化學儀器和設備制作，包括簡單化學模型的制作、實驗演示裝置、儀器制作以及化學工藝制作等。

在“制作簡易制氧機”項目中，學生需要完成的最終項目產品非常明確——一臺簡易制氧機。無論是從制氧劑還是制氧裝置的角度，它都毫無疑問屬于化學制作的范疇。因而該項目的實踐性學習目標非常明確和外顯，即運用工程技術的思想制作制氧機產品。

伴隨著這一制作目標，學生自然的認識性學習目標是：對氣體，特別是氧氣制備的認識，涉及的具體知識是實驗室制取氧氣的原理和裝置。

查閱資料，特別是查找一些專利信息，幫助我們打開了認識制氧機的視野。我們發(fā)現(xiàn)在實際生活中供氧裝置扮演著重要的角色。如市場上常見的保健型供氧，在高原、火災、礦難等危險環(huán)境中的救治型供氧，大型化工生產或水下作業(yè)的供氧，以及水產養(yǎng)殖、糧食或食品貯存對供氧和耗氧的雙向需求等。優(yōu)質的供氧設備能夠有效地提升人們的生活水平。同時還發(fā)現(xiàn)，目前市場上家用制氧機、氧立得、氧燭等已經產品化。各種別具創(chuàng)意的供氧設備，如香煙式吸氧器、供氧防毒面具、制氧背心、造氧拐杖、供氧文具盒等，正在將制氧機的創(chuàng)意空間逐步打開。這就意味著，對于實驗室制取氧氣的原理和裝置，可以進行有創(chuàng)意的設計和改造，制作屬于自己的簡易制氧機。

而無論是哪一種創(chuàng)意制作的制氧機，一旦需要將制作產品化，就需要考慮產品的規(guī)格和試劑的用量問題。也就是說，制作簡易制氧機最隱蔽的一個認識性目標是實現(xiàn)物質的定量轉化。結合初中階段化學課程標準的要求，我們將這一目標具體化為：建立定量認識化學反應的兩個基本角度——比例關系和守恒關系，從而學會實現(xiàn)物質定量轉化的思路和方法。對應的核心概念是質量守恒定律和化學反應物質質量的定比定律，即化學方程式的計算。至此，通過化學創(chuàng)意制作，能夠發(fā)掘化學反應的定量意義，認識性和實踐性的學習通過相互作用實現(xiàn)融合。

綜合這些因素，我們將“制作簡易制氧機”項目的學習目標定位如圖1。

1.“制作簡易制氧機”項目內容與組織。

關于內容，主題“制作簡易制氧機”確定，即確定了整個項目的素材。在基于初中化學課程標準的前提下，以此素材為出發(fā)點，涉及的化學原理就相對有限。主要有過氧化氫制取氧氣、高錳酸鉀制取氧氣和氯酸鹽制取氧氣三種。“化學反應的定量研究”作為副標題，將元素守恒、質量守恒和質量定比關系這樣的概念原理作為副線穿插在主線中。也就是說課程標準和素材兩項因素，決定了概念原理的內容。

在內容組織上，項目以“制作簡易制氧機”作為主線外顯，而將對氣體制備和化學反應的定量認識作為副線隱含其中?？傮w上，在“制作簡易制氧機”這個大的問題驅動下，問題拆解的思路如下：認識制氧機，進行初步規(guī)劃→獲得氧氣→提供適量制氧劑→完善制氧機。接下來，需要將學生認識、概念原理、技術制作這三條線索逐級進行融合。（見圖2）

技術制作的邏輯相對簡單外顯，整體是從理論設計到實際應用。理論設計是希望認識原理和裝置以滿足基本的供氧功能。實際制作則是對原理和裝置的選擇和優(yōu)化。

在這個外顯的技術制作邏輯下，學生認識發(fā)展的脈絡對于教材的內容組織起著決定性的作用?！爸谱骱喴字蒲鯔C”項目首先確定的是學生關于氣體制備的認識發(fā)展的邏輯，即解決學生理論上能夠制得氧氣的問題，包括原理和裝置兩個角度。

接下來是較難解決的學生對化學反應定量認識的邏輯。以解決制氧劑的投料問題為突破口，順應學生關于一定量的制氧劑能夠獲得多少氧氣這個問題的認識進階，從元素守恒到質量守恒再到定比關系，分層分類發(fā)展學生對化學反應的定量認識。

再進一步，學生認識質量守恒的邏輯應該是：首先關注到化學變化中的單一物質，以單一物質的質量去看化學反應前后的（質量）變化；然后是從整個系統(tǒng)中各物質質量總和的角度去看化學反應前后的質量變化；最后才關注到化學反應的體系中參加化學反應的各物質質量總和為基準去想、去看化學反應前后的質量變化。緊接著，其認識邏輯。其認識邏輯是：①關注化學反應中是否存在比例關系；②關注化學反應中存在什么樣的比例關系；③關注化學反應中的質量比例關系是否存在規(guī)律；④關注化學反應中為什么會存在質量比例關系，這個比值是多少。

2.“制作簡易制氧機”項目的整體規(guī)劃。

“制作簡易制氧機”項目整體上遵循驅動性問題、任務、活動的統(tǒng)一框架，力圖在不斷完成設計制作項目的過程中，幫助教師采取多樣化的學習活動，選取豐富多樣的素材，解決教學關鍵問題。其整體規(guī)劃如表1所示。

3.“制作簡易制氧機”項目的教學關鍵問題。

“制作簡易制氧機”項目通過教學實施進行了進一步的檢驗和修正。下面說明其中每一部分需要注意的教學關鍵問題。

【項目導引】

本部分的教學關鍵問題一是“解讀制氧機”的教學進程處理，可以安排如下。

（1）在展示真實的制氧機之前，學生可以圍繞要如何制作制氧機進行一輪討論，探查學生最初的思路。（2）展示制氧機之后學生觀察實驗或實際操作，感知到制氧機真的產生了氧氣，開始思考討論制氧機的原理和裝置各部分的作用。（3）教師啟發(fā)引導，結合二氧化碳的實驗室制法，引導學生有效地討論制作制氧機應該解決哪些問題，印證了學生的原來的哪些猜想，討論總結得出關于制作制氧機的啟示。（4）討論關于制氧機的困惑，一定要引出定量，即A包的量，進行簡要說明。

本部分的教學關鍵問題二是解讀制氧機應該解讀到的水平。一般來說，需要使學生：（1）知道制氧機利用到了化學反應制氧的原理，而不需要知道制氧劑究竟是什么。制氧劑究竟是什么，及反應的原理在任務一的活動三中交流研討真實制氧機一部分進一步解決。（2）了解制氧機裝置的基本構成及各部分的功能，不需要對應氣體發(fā)生裝置、收集裝置和凈化裝置。制氧機裝置與實驗室裝置的具體對應在任務一的活動3中交流研討真實制氧機一部分進一步解決。（3）了解到制氧劑是需要考慮制氧劑的量的問題，不需要解決計算問題。計算問題在任務二的檢查進度中完成。

【任務一】如何獲得氧氣？

本部分的教學關鍵問題是兩個實驗室制取氧氣實驗的處理。

實驗探究一：雙氧水制取氧氣的實驗屬于原理探究。教師可以邊講邊做，通過啟發(fā)學生回憶類比制取二氧化碳的實驗，希望能夠幫助學生解決能否產生氧氣和如何快速產生氧氣的問題，發(fā)展的是實驗室用過氧化氫制取氧氣的原理及催化劑改變反應速率的原理。同時幫助學生認識每步操作的目的，建立原理和裝置的關系。

實驗探究二：高錳酸鉀制取氧氣的實驗屬于裝置和操作探究，屬于告知反應原理的完整的學生探究。重點落在如何依據(jù)原理思考裝置，裝置確定以后是操作，然后是關于細節(jié)的討論，如實驗室制取的氣密性、氣壓等問題。概括來說，就是選擇裝置——設計規(guī)劃主要的操作步驟——實施實驗——制備氧氣——完成實驗報告——歸納注意事項。

兩個實驗之后，教師需要和學生共同歸納落實兩個實驗的標準操作。

【任務二】提供適量制氧劑。

本部分的教學關鍵問題是學生對化學反應定量認識的發(fā)展。

活動一的核心問題是確定制氧劑用量的思路?；顒佣暮诵膯栴}是：所有的化學反應前后各物質的總質量均存在質量守恒關系嗎？若這一規(guī)律成立，那么它所反映的具體內容是什么？為什么會存在這樣的規(guī)律？活動三的核心問題是：化學反應均存在質量定比關系嗎？該反應中為什么會存在質量比例關系？這個比值是多少？對于每個化學反應，這種比例定值是多少？如何通過質量定比關系計算投料和產出？你現(xiàn)在如何解決制取5g氧氣的制氧劑取量問題？

【任務三】制作簡易制氧機。

本部分的教學關鍵問題是從原理和裝置兩個維度進一步解決實際問題。原理是制氧劑的優(yōu)化，裝置是從模仿制作簡易制氧機，到進行裝置的變式應用，到共同展示交流評價，再到新產品發(fā)布。從制氧原理的角度，分析不同制氧劑的優(yōu)勢和問題，以過氧化氫為例，找到在實際使用中的問題，以及解決方案。引發(fā)對于制氧劑的優(yōu)化的思路的打開。從裝置的角度，學生通過動手實踐，自主拼搭，發(fā)現(xiàn)問題，對裝置進行優(yōu)化組合。裝置的組合是此處技術制作的一個發(fā)展點。

通過“制作簡易制氧機”項目的教材編寫和教學實施，我們對項目學習的理解以及對本項目的教材編寫，都有了自己的感悟與反思。

1.關于項目學習的理解。

在我國，啟發(fā)推理式的教學長期占據(jù)主導地位，“傳道授業(yè)解惑”凸顯的是教師在課堂中的作用。認識性的學習在我國長期占據(jù)主導地位。近年來，無論是韋鈺院士倡導的“做中學”項目，還是基礎教育新課程所提倡的自主合作探究的學習方式，都表明了對學生在學習中主體性和參與性的重視，提倡指向實踐性的學習。也就是說，對于學習方式的轉變，一直存在著認識性與實踐性的博弈。在現(xiàn)實教育環(huán)境下，出現(xiàn)了不同類型的學習方式。

我國傳統(tǒng)的啟發(fā)推理式學習凸顯的是教師的主體地位，其核心目標是獲取知識，即認識核心概念原理。其問題的解決尊重的是學科的推理邏輯?；顒邮綄W習或者說杜威倡導的做中學強調學生的主體性和參與性，教師的參與度很少，其核心目標是學生通過自己的問題解決獲取經驗。這種學習方式突破的是學生作為學習主體這一點。

探究式學習也是從基于實踐的探究發(fā)展到基于概念的學習。前期強調的是學習過程，無論是五要素還是八要素，都是將探究視為一種多層面的學習過程，它包括：進行觀察，提出問題，收集資料，制訂調查研究計劃，實施研究，收集、分析和解釋數(shù)據(jù)，得出結論，交流結果。這種探究式學習提出的是學生適宜探究的科學問題，追求的是基于實證的驗證過程； 后期的探究將概念的學習作為一個專門的學習目標，來加深探究學習的深度?？傮w來看，前期的探究突破的是學生的學習過程，后期突破的是基于概念認識的有效學習過程。

項目學習強調的是綜合性的學習。其核心目標是完成一個項目，并不僅僅是完成一件事，更重要的是希望在整個項目學習過程中，學生可以提問題、做預測、設計調查研究、收集和分析資料、得出結論和交流觀點，從而使學生學到最基本的科學概念和原理，并能把它們運用到日常生活中去，以理解知識和方法的意義。也就是說，項目學習較上述幾種學習方式而言，更體現(xiàn)綜合性。

項目學習不同于其他學習方式的幾個特征是：一是有規(guī)劃。項目學習通常需要用一段時間來進行調查研究，并在研究過程中開展合作，因而明確存在著對于時間維度的設計，需要進行項目規(guī)劃和項目管理。二是創(chuàng)造成果。無論是解決一個問題還是設計制作一個產品，都是成果的一種形式。本質上，成果是對項目的起點——真問題的回應。三是項目評價有一定的復雜性。不僅評價學生的學習結果和成果，還要評價學生的學習過程，尤其是對學習過程的評價，需要評價各種學習活動的質量，如任務的規(guī)劃、討論的進行、探究的過程等。

幾種學習方式在知識、問題、任務、活動、情境等要素上有所差異（見表2），問題雖然是各種學習方式的共同要素，但不同學習方式會因為問題的性質和問題空間的大小不同而有所不同。另外，這里的情境也特指貫串問題解決整個過程的真實情境，不包括“穿鞋戴帽”式的“偶然”情境。

2.關于項目式教材的認識。

項目學習可以看作是基于真實情境的綜合探究。目前這種學習方式多用于中低學段，以非學科課程的方式開設，不涉及教材的編寫，多以“項目方案”的形式給出學習內容。本次山西省初中項目教材編寫，基于單一學科且以項目教材形式呈現(xiàn)，是一種全新的突破。在項目教材基本成型時，我們發(fā)現(xiàn)，以“教材”為標準與以“項目”進行真實推進之間需要不斷進行調整和融通。

一方面，項目教材最初就確立了主副標題的寫法，以實現(xiàn)項目的進行與課程標準和教材要求的融合，但在具體教材內容的組織上，認識與實踐雙線并進的困難需要不斷突破。

例如本項目中，對于化學反應的定量研究的副線的處理就是一個例子。應該外顯的問題是“確定制氧劑的量”，但由于過氧化氫制氧是溶液中的反應，此時在討論制氧劑的確定的思路時較難直接根據(jù)質量總和的差值確定制氧劑的量，因而問題變成倒敘式，以“一定量的制氧劑能夠制取多少氧氣”為主問題。其中主要矛盾就在于若是探討制氧劑，“質量守恒定律”這一初中課程標準要求的重要概念就很難引出。質量守恒定律的處理較為典型地體現(xiàn)了認識取向和實踐取向相融合的困難。作為一種重要的早期發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，質量守恒定律本質上在認識性上的價值要大于其解決實踐問題的價值，導致了以實際問題出發(fā)的項目中，它的引出和推進就存在不夠順暢的問題。

就本項目而言，主標題“制作簡易制氧機”本身的項目學習驅動性是毋容置疑的，但隨著這一目標的確定，產生的第一個直接問題是素材的局限性，一方面大部分的制氧反應均是分解反應（另一部分在溶液和水中進行的制氧反應又較難或者沒有必要確定實際參與反應的物質的質量），另一方面氯酸鉀制氧、高錳酸鉀制氧、過氧化氫制氧這三個原理中比較適合用來探討質量守恒定律的氯酸鉀目前因為安全問題，初中階段已經不用。高錳酸鉀是初中課程標準要求的，但是鮮少用于真實制氧機中。最后教材中只能保留高錳酸鉀和過氧化氫兩種，而過氧化氫制取氧氣的實驗一般在現(xiàn)行初中教材中并不出現(xiàn)。

還有，項目教材的編寫體例也需要在“項目教材”與“項目方案”之間進行調試。項目學習的開放性與教材編寫所要求的知識落實之間無疑是需要磨合的。典型的表現(xiàn)就是在教材呈現(xiàn)上，項目教材具體知識點到底是否需要立即在每個學生“活動”后落實；教材的邏輯是需要落實，而項目的邏輯則更偏重活動的開展。若立即落實就失去了解決問題的真實感。為適應兩者的不同追求，就需要不斷調整教材內容的呈現(xiàn)方式。