张晓黎||基于微项目学习的高中化学实验教学设计研究——以“制作简单的氢氧燃料电池”实验为例

摘要：在实际的教学过程中，可以借助微项目学习完善化学实验教学设计，将知识以情境化与项目化的方式结合化学核心知识点，以此来提高化学实验教学的整体质量与实际效果.化学教师要利用微项目学习的优势，创新化学实验教学的形式与内容，这样才能在有限的时间内尽可能地传授学生实验技能，让学生深入掌握化学实验方法，提高化学知识应用能力.

关键词：微项目学习;高中化学实验教学设计;含义特点;应用优势;设计研究

微项目学习是以项目为基础的综合学习方式，在高中化学实验教学中，教师可以借助微项目学习将化学知识分散为多个小项目，以问题情境为导向让学生在短时间内完成更多实验探索项目，以便掌握更多化学应用知识.基于微项目学习的高中实验教学设计应遵循融合与创新原则，在教材内容的基础上融合更多实验方法，创新化学实验的形式与内容，这样才能更好地激发学生学习探索兴趣，让学生可以积极主动地参与到化学实验当中，并在微项目中锻炼自身实验操作能力与化学思维能力.

项目化学习是以学生为中心将教学知识设计成项目任务的学习方式，而微项目学习则是将项目化学习进行适当调整，分散成多个小项目的高效学习方法.微项目学习除了以学生为中心以外，还具有短时间、高效率等特点，教师在教学的过程中通过设置真实化教学情境以及小组合作等方式，能够强化学生的学习效果，提升课堂教学质量，让学生在微项目中锻炼自身能力，从而更全面掌握知识应用方法，强化自身综合能力.

以“制作简单的氢氧燃料电池”实验为例的微项目学习，在高中化学实验教学设计中，教师需要明确教学主题与实验目标，将实验内容与教材紧密结合，并根据学生的实际学习情况与实验能力，制定目标明确且可操作的实验计划，这样才能提高学生的实验操作能力，提升化学实验教学的实际效果.

2.1.1 教学目标

教学设计以核心素养为重点，通过实践化学实验“制作简单的氢氧燃料电池”来培养学生的多方面能力.

学生将理解燃料电池的基本原理，并学会设计和制作出可有效工作的燃料电池.在操作实验时，他们将掌握基本的实验技巧和数据记录方法，培养实践能力和问题解决能力.在小组合作中，学生将共同思考解决问题的最佳方法，并通过分享和讨论提高团队合作和沟通能力.通过亲自动手制作燃料电池，增强学生对科学实验的兴趣和环保意识，培养其积极探索和环境保护的意识[1].此教学设计不仅提供科学知识和实践技能，更重要的是培养学生的核心素养，包括实践能力、创新思维、团队合作精神和环境意识，为他们的综合发展打下坚实基础.

2.1.2 实验装置的设计

结合学生实际情况进行分组，引导学生利用不同装置制作简单氢氧燃料电池.如小组1将提前制得的氢气与氧气，以体积比为2∶1通入装置中(见图1),图1所示装置就成为一只氢氧燃料电池.另一组利用电源、电解质溶液、发光二极管、多孔炭棒等组装为图2所示.在实验过程中，燃料电池具有正负极，应当正确判断其正负极，防止二极管的电极接反，最终导致其不能发光.发光二极管灯脚有正、负极之分，长脚为正极，短脚为负极.如不能识别，可直接用燃料电池接试，如不发光，说明接反了，交换一下电极即可.由于普通碳棒表面较为光滑，所以在电解过程中难以吸附较多的氢气和氧气，导致发光二极管发光时间较短，实验效果不明显，所以要把普通炭棒置于高温火焰上灼烧到发红，立即投入冷水中使其表面变得粗糙多孔，使其在电解水时可吸附较多的氢、氧气体.

之后，引导学生进行实验装置的比较分析，这是一个关键的教学策略.教师需要组织学生分享各自小组的实验过程和结果，确保每个小组都有机会表达自己的想法和发现.接着，教师应该引导学生讨论不同装置的优缺点，帮助学生深入理解实验中涉及的化学原理和技术细节.通过这样的讨论，学生可以从对比中学到更多，包括装置设计的影响、材料选择的重要性以及操作技巧的差异[2].最后，教师可以总结讨论的结果，强调装置2的实验效果更好的原因，并鼓励学生思考如何改进装置设计以进一步提高实验效果.

2.2 增强实践探究，完善项目实验过程

按照图2,教师引导学生将实验的过程进行合理的微项目划分，让学生可以在小组合作中完成微项目学习，这既能锻炼学生的实验操作能力，也能增强学生的合作学习能力.在“制作简单的氢氧燃料电池”的实验设计中，教师可以按照实验过程将实验分成三个微项目.

微项目一：试剂与仪器的准备.学生首先需要试剂与仪器，然后要去了解如何安全地完成实验，可以准备多种相同浓度电解质溶液(如硫酸、硫酸钠、氢氧化钾溶液及纯水),对比实验效果.在这一阶段的微项目学习中，教师需要强调安全操作的重要性，并引导学生掌握每个电解质溶液的电极方程式的书写.

微项目二：燃料电池的组装与测试.在这个微项目中，学生按照图2完成电池的组装，这一过程需要学生了解电池的构成与工作原理，能够正确地连接电极与电解质，在电池组装完成后，学生还需要进行测试，记录电池的性能参数(如图3).教师要引导学生理解燃料电池的工作原理，并鼓励学生尝试采用不同电解质溶液完成实验任务.

微项目三：结果分析与讨论.学生需要比较不同电解质溶液下的燃料电池性能，理解影响电池性能的因素，并探究如何优化燃料电池的设计[3].利用微项目学习创新化学实验教学的形式与内容，不仅能有效增强化学实验教学的实践与探究效果，也能最大程度地发挥微项目学习作用，完善实验教学的整体设计，让学生可以在实验中增强对化学知识的理解，从而提升自身综合学习能力与科学素养.

2.3 创新实验模式，提高实验教学效果

与传统的实验教学模式相比，基于微项目学习的高中化学实验教学设计更具有趣味性与实效性.教师需创新实验教学的模式与方法，提高实验教学的质量与效果，以此来增强学生的实验探究兴趣，培养学生实验操作能力.在进行“制作简单的氢氧燃料电池”实验时，教师可以借助信息技术为学生提供学习支架——头脑风暴图(设计出与音乐卡机芯相连的氢氧燃料电池),让学生们集体讨论，将任务分解为多个子任务，并探讨每个子任务所需考虑的因素，将所有可能性、实验步骤以及需要的实验器材记录在头脑风暴图上，以便更好地理清思路和规划实验方案.接下来，学生们在小组内分工合作，完成燃料电池的制作任务.

教师帮助学生准备相关的实验仪器与试剂，包括音乐卡机芯(带有小型扬声器)、氢氧燃料电池组件、电源线、导线、绝缘胶带、塑料容器(用于放置电解槽)、塑料管(用于输送气体)、水槽、电解质(如稀硫酸或氢氧化钾溶液)、电解电源、水、氢氧化钠(或氢氧化钾)、铂电极(作为阳极和阴极)等多种材料.然后，教师指导学生按照步骤进行实验.第一步是准备电解槽.将塑料容器清洗干净，确保内部无杂质，在容器内放置质子交换膜，确保它平整无皱褶，在质子交换膜的两侧分别放置铂电极，作为阳极和阴极，使用绝缘胶带固定电极和质子交换膜，确保它们之间的间距适当.第二步是准备电解质溶液.在水槽中溶解适量的氢氧化钠(或氢氧化钾),制备成电解质溶液，将电解质溶液倒入电解槽中，确保它完全覆盖质子交换膜和电极.第三步是组装氢氧燃料电池.将电解槽与电源线和导线连接，音乐卡机芯与燃料电池的导线相连，并使用绝缘胶带固定所有连接部分，确保它们不会松动或短路.第四步是电解产生氢气和氧气，将电解电源连接到电解槽上，开启电源进行电解.在电解过程中，阳极产生氧气，阴极产生氢气，这些气体将通过塑料管输送到燃料电池的相应电极，这样就完成了与音乐卡机芯相连的氢氧燃料电池制作实验[4].

通过微项目学习，学生不仅能对化学实验产生更多尝试兴趣，也能在实验过程中更加具有专注力，从而在实践中深入了解化学知识的构造与原理，懂得化学知识的正确应用方法

综上所述，基于微项目学习的高中化学实验教学设计应秉持创新原则，将化学知识以分散形式融入多个项目之中，以此来增强化学实验教学的实际效果，培养学生化学综合学习能力.教师通过微项目学习的方式，可以将知识重点进行拆分，并以每一个重点设计为独立项目，这样学生在完成项目任务时才能更加深入地了解知识内涵，掌握实验方法.教师设计的实验过程中需分成不同阶段，以便更好地进行微项目学习设计，同时也要利用情境教学与小组合作学习的方式培养学生合作创新精神，让学生真正掌握化学实验方法，增强自身化学实验能力.高中化学实验教学的最终目的就是培养学生综合能力素养，因此，教师需借助微项目学习提高实验教学设计质量，让学生可以在进行实验的同时学习更多化学知识，成为全面发展的高质量化学人才.

[1] 刘清凤.微项目学习下高中化学实验教学设计探究[J].高考，2023(27):141-143.

[2] 张志睿.高中化学实验教学中微项目学习的应用[J].化工管理，2021(35):63-64.

[3] 史海华.高中化学实验教学中应用微项目学习的路径[J].中学化学教学参考，2021(14):59-60.

[4] 郝春华，詹沁龄，孙伟.在高中化学实验教学中采用微项目学习的步骤与策略[J].山东化工，2019,48(12):183,185.