大概念视域下初中科学项目化学习作业设计与实施

引言

初中科学作业如何突破“知识本位”的藩篱，成为撬动学生核心素养发展的有力支点？这是当前科学教育亟需回应的问题。碎片化的习题训练往往使学生只见树木不见森林，难以触及学科本质。大概念教学强调围绕学科核心思想组织内容，为知识整合与能力迁移提供了框架。而项目化学习以其真实情境、持续探究与成果导向的特征，成为落实大概念的理想载体。

一、大概念领域下“金属的腐蚀与防护”的核心价值

“金属的腐蚀与防护”绝非孤立知识点，它是初中科学大概念网络中的重要节点。它深刻诠释了物质的变化与转化这一核心概念，生动展现了化学反应的普遍性与条件可控性。理解腐蚀（如铁生锈），需从物质（铁、氧气、水）相互作用的角度切入；探究防护方法，则是对“反应条件影响物质变化”这一原理的创造性应用。它天然融合了化学与物理（如金属性质）、环境与技术（如防锈措施）等多领域知识，是培养学生跨学科思维与STS（科学- 技术- 社会）意识的优质载体。设计项目化作业，首要任务即引导学生穿透现象，洞察其背后蕴含的学科核心思想——物质变化的规律性与人类利用科学知识控制、优化这些变化以服务社会的智慧。

二、“金属的腐蚀与防护”主题作业设计

基于大概念教学理念，我们设计了以校园真实问题为载体的项目化作业。以下是具体实施方案：

项目名称：校园金属设施防锈行动

核心问题：校园里的铁栏杆、篮球架等金属设施为什么会生锈？如何用科学方法保护它们？

（一）现象观察与问题提出

学生以小组形式实地走访校园，寻找生锈的金属设施（如自行车棚支架、操场围栏）。用手机或相机拍摄锈蚀部位，记录锈迹分布特点。例如观察“自行车棚铁柱底部锈蚀更严重”的现象，引导学生思考：“为什么接触地面的部分更容易生锈？”

（二）揭秘腐蚀条件

学生设计简易对比实验探究生锈原因。准备5 组铁钉：

A 组：干燥密封袋中的铁钉

B 组：一半浸水的铁钉

C 组：完全浸没的自来水中的铁钉

D 组：盐水中的铁钉

E 组：醋水中的铁钉

每天观察记录变化，7 天后对比锈蚀程度。通过实验发现：铁生锈需要水和氧气共同作用，盐或酸会加速锈蚀。此环节重点培养学生控制变量与记录数据的能力。

（三）防护策略探索

学生通过三个途径研究防锈方法：

资料查阅：了解刷油漆、电镀、合金材料等常见防锈原理

生活观察：记录家中防盗窗、汽车零件等物品的防锈措施

实验验证：将铁钉分别涂上食用油、指甲油、包裹保鲜膜，浸泡水中对比效果

引导学生理解防锈本质是隔绝空气或水，并思考不同方法的成本与适用场景。

（四）方案设计与建议

各小组选择校园内一个具体锈蚀设施（如操场铁门），结合实地调查和实验结论：分析该设施锈蚀的主要原因（如长期淋雨、接触土壤）；提出 1-2 种可行的防护方案（如除锈后刷防锈漆、加装防雨棚）；手绘示意图并撰写《防护建议书》，需说明科学依据（例：“刷漆能隔绝氧气和水”）

最后教师在班级举办“校园防锈方案听证会”：小组展示建议书和实验证据；其他组充当“校后勤部门”提问（如“雨季施工是否影响刷漆效果？”）；

教师引导学生总结核心发现：金属腐蚀的条件控制原理及其实际应用价值。此设计通过找问题 - 做实验 - 想办法 - 提建议的完整流程，让学生像工程师一样解决身边问题。全程无需复杂设备，实验观察周期控制在 1-2 周内，符合初中教学实际条件。

三、确保项目化作业的有效落地措施

要让此项目化作业真正赋能学习，实施中需把握几个核心要点：

聚焦大概念评价，贯穿学习全过程：评价工作要覆盖项目始终，重点关注学生对 " 物质变化条件控制 " 这一核心概念的理解程度。设计四类评价工具：一是日常观察表，记录学生在校园考察时的提问质量；二是实验评估表，检查对比实验设计的合理性和数据记录规范性；三是阶段反思表，要求每周提交200 字探究心得；四是终期答辩评分表，从科学性和可行性等维度评价防护方案。这些工具帮助教师把握每个学生的概念建构过程，而非仅看最终成果。

提供学习支架，降低探究难度：针对初中生的认知特点，需要提供三类支持材料：实验设计模板包含变量控制提示，如请标出实验组和对照组的不同条件；信息检索指南列出金属防护技术等关键词和可靠网站；建议书范例展示标准的图文排版格式。教师在三个关键点介入指导：实验设计阶段检查变量控制是否科学，数据分析阶段引导学生发现规律，方案撰写阶段纠正原理表述错误。

注重实践操作，选择适宜材料：实验材料全部选用生活常见物品：统一使用 2 寸铁钉作为试样，容器用一次性塑料杯，腐蚀介质选用自来水、食用盐和白醋。防护材料限定为指甲油、食用油、保鲜膜等易获取物品。方案设计要求符合两个实际：校园维修预算限制（单件设施防护成本不超过50 元），以及学生可操作性（不使用专业电镀设备）。通过这样的约束条件，培养学生工程思维中的成本意识和可行性考量。

加强小组协作，培养表达能力：每组4-6 人，设置组长、记录员、实验员、汇报员等角色，每周轮换。协作重点体现在三个环节：实验时共同完成操作和记录，讨论时轮流发言并汇总意见，方案设计时分工完成绘图、写作和排版。展示环节要求全组参与，答辩时随机抽选成员回答问题。评价标准中团队协作占 15% ，包括任务完成度和组员参与度两方面。这种方式能有效避免个别学生包办全组工作的现象。

结语

以“金属的腐蚀与防护”为载体的项目化学习作业，正是以大概念为航标，将学生置于真实的问题海洋中。他们不再是知识的被动接收者，而是像科学家一样思考，像工程师一样行动。这种基于真实情境、驱动深度探究、指向核心素养的作业变革，为初中科学教育如何超越题海、实现育人目标转型提供了可资借鉴的实践路径。

参考文献：

[1] 丁永梅 . 基于项目式学习的初中化学实验教学设计与实践研究 [D]. 宁夏 ： 宁夏大学 ，2023.

[2] 黄爱弟. 基于项目化学习的初中科学单元作业设计[J]. 中学教学参考 ，2024（3）：37-39，62.

[3] 毛思成 ， 郑振宇 . 初中科学项目化作业的设计与实践研究 [J].课堂内外（初中版），2025（17）：107-109.