依據問題解決過程與思路規劃項目任務，設計項目式課程

張虹利 林媛媛 林媛媛 朱葉

關注室內空氣質量、防治空氣污染與保護人體健康、增強環保意識、促進可持續發展密切相關。生物選修課程中的“健康生活”模塊、化學選修課程中的“化學與生活”系列，都在強調學科與生活、生活與健康之間的關系。

本文選取與生活、健康密切相關的話題，運用課題組建構的項目式課程開發的標準規則，挖掘科研工作者如何通過科學探究解決人造板中脲醛樹脂膠甲醛的釋放這一問題，依據真實問題的解決思路規劃項目任務，更好地發揮項目式課程促進學生學會思考、提高問題解決能力的突出育人功能，為項目式課程開發思路提供樣例。

挖掘真人真事，外顯問題解決思路

人造板中脲醛樹脂膠是由尿素和甲醛經過一系列反應后合成的，由于有甲醛參與反應，所以在合成和使用過程中都會釋放甲醛。針對“如何減少脲醛樹脂膠中甲醛的釋放”問題，查閱文獻發現，東北林業大學退休教授、木材膠粘劑專家包學耕及其團隊在這方面研究工作早、成果突出，以此為代表挖掘問題解決過程。梳理包學耕及其團隊的研究工作，可以將其問題解決過程分為3 個階段。

第1 階段，尋找已有解決方案，總結經驗。包學耕團隊研究之前，國內已有一定研究基礎。1964 年，中國林業科學研究院專家呂時鐸在上海研制出了中林64 脲醛樹脂膠，之后上海木材一廠在此基礎上改進，研制出了中林67 脲醛樹脂膠[1]。已有的研究主要是通過降低反應物的摩爾比降低甲醛的釋放，這給包學耕團隊研制低毒性脲醛樹脂膠提供了思路。

第2 階段，自主設計，開始對脲醛樹脂膠合成的改良探索。結合已有經驗，包學耕利用正交實驗方法探究了溫度、體系的酸堿度、反應時間、反應物的投放次數、反應物摩爾比等實驗條件對甲醛釋放的影響，分別研制出了低毒性DN-1 號刨花板專用膠[2]、DN-2 號膠合板脲醛樹脂膠[3]和更高標準的DN-6 號刨花板脲醛樹脂膠[4]。這一階段，包學耕團隊改變具體影響因素及其操作參數，實現了從較低毒性的脲醛樹脂膠到低毒性脲醛樹脂膠的技術突破。

第3 階段，精益求精，實現技術的重大突破。包學耕團隊研究發現，降低反應物摩爾比是減少甲醛釋放的主要途徑，但隨著摩爾比的進一步降低，板材強度大幅度下降，如何平衡二者關系成為技術突破的關鍵。他們研究脲醛樹脂合成原理，分析板材強度形成機理，從微觀建立二者聯系，重新調整反應條件，最終生產出了低成本、高性能的環保膠[5]。利用這種膠生產的板材被定位為無公害產品，屬于最高環保級別。包學耕團隊在這個階段將產生新舊問題的原因建立微觀聯系，綜合系統調控影響因素，最終平衡矛盾，解決問題。

從包學耕團隊的問題解決過程看，復雜問題的解決并非一蹴而就，而是經歷了歸納概括已有解決方案，調控影響因素設計方案，再到綜合協調、優化方案的過程。具體思路見圖2中A 列和B 列。

依據問題解決思路，規劃項目任務

包學耕團隊的問題解決思路合乎邏輯、環環相扣，以此規劃項目任務。包學耕團隊問題解決的第1 步是尋找影響脲醛樹脂膠釋放甲醛的因素，根據對真人真事的分析，影響因素很可能是通過文獻調研獲得。在轉化學生活動時，活動的形式可以采用文獻調研的方式，但文獻的來源還需要結合學生情況和文獻特點考慮，如文獻來源是通過網絡自主調研，還是教師提供若干文獻或若干文獻的核心片段等。另外，在問題解決過程中，真人對研究對象非常熟悉，但對學生而言比較陌生，所以教師還需要補充設計認識研究對象的活動。包學耕團隊問題解決思路的第2 步和第3 步都包含了探究方案的設計和實施2 個環節，在規劃項目任務時，可以用問題解決思路的步驟規劃為2 個任務，也可以用設計方案和實施方案2 個環節規劃任務?？紤]到設計探究方案是本項目的課程目標和評價內容，脲醛樹脂合成實驗在中學課堂難以實施，所以本課程以設計實驗方案和優化實驗方案2 個環節規劃項目任務。在優化實驗方案的任務中，選取包學耕團隊典型的實驗方案及結果，代替學生方案的實施過程，對比并優化方案。具體任務見圖2 中C 列，任務活動規劃見表1。

包學耕團隊的技術突破是通過科學探究實現的，特別是調控實驗反應條件。在學習本項目之前，學生能夠認識到改變溫度、濃度、壓強、pH 等反應條件可以改變實驗結果，較少認識到反應物添加方式對探究結果的影響，如一次性添加和分批次添加。通過呈現包學耕團隊的探究方案發展學生對實驗條件的認識，進一步體會科學探究的核心要素和基本過程。另外，項目任務中設置了學生設計并優化探究方案的活動，以此發展學生探究方案設計水平和學科探究能力。

項目展開的具體設計

項目導引

學生先查閱資料，了解人造板膠粘劑尤其是脲醛樹脂膠的相關內容，并初步了解脲醛樹脂膠是室內甲醛污染物的來源之一。然后進行項目策劃，明確本項目的任務是探究“如何減少脲醛樹脂膠中甲醛的釋放”，并可以通過分析影響甲醛的釋放因素，調控多因素進行實驗探究，綜合多因素選擇最適宜的條件的思路形成最終方案。

設計意圖：通過項目導引創設項目情境，引導學生進入項目話題，規劃項目任務。選擇室內污染話題能夠讓學生主動關心環境，運用所學知識分析與探討化學與環境、健康之間的關系，發展科學態度與社會責任的核心素養。

任務 1：預測脲醛樹脂膠合成過程中甲醛釋放的影響因素

本任務中，教師呈現脲醛樹脂合成反應，組織學生分析反應機理，從反應中涉及的物質和條件預測影響甲醛釋放的因素。預測之后，學生以小組為單位，閱讀分析文獻材料，總結歸納影響因素，并進行小組展示匯報。

設計意圖：在這個環節中，包學耕團隊主要通過文獻調研，考察已有研究中涉及的影響因素。從化學學科出發，還可以通過分析反應機理、反應中的中間產物和條件控制也能夠預測潛在的影響因素。依據這兩種途徑設計學生活動?？紤]到脲醛樹脂合成反應是一個陌生復雜反應，教師可以將反應過程呈現給學生，讓學生分析不同反應階段反應物及中間產物的變化，預測影響甲醛釋放的因素。針對文獻調研活動，結合文獻材料中實驗方案設計的復雜程度、閱讀理解的難易程度，可以有針對性地選取若干文獻，截取其中的實驗方案和結論，讓學生以小組合作的形式閱讀分析，總結歸納出具體的影響因素及影響原因。

任務 2：依據影響因素，設計脲醛樹脂膠合成的實驗方案

本任務中，學生以小組為單位，根據任務1中預測的影響因素，完成實驗方案的設計并填寫下面的表格（表2）。

設計意圖：包學耕團隊在獲得影響因素后，就要設計實驗方案驗證并探索影響因素具體是如何影響的。同樣，學生也需要判斷任務1 中總結得到的影響因素是否合理正確?；谶@樣的分析設置了學生設計實驗方案的活動。另外想要探查學生在設計方案時思路是否完整，及每步思路是否設計恰當，教師用方案設計思路引導學生逐步展開，這樣就可以直觀準確地獲得學生的思考過程。

任務 3：比較并優化脲醛樹脂膠合成的實驗方案

本任務中，教師以資料卡片的形式呈現包學耕團隊的實驗方案，并與小組方案作對比。引導學生思考“甲醛和尿素的摩爾比可以一直降低嗎？”以小組為單位，分析包學耕團隊在第3 階段提出的脲醛樹脂合成方案，補充并完善小組方案。最后，回顧包學耕團隊問題解決過程和3 個任務完成過程，總結并體會復雜問題解決的思路和方法。

設計意圖：實驗方案形成后，通常會通過實施驗證假設是否合理?？紤]到脲醛樹脂合成實驗在中學課堂較難實施，所以選取與學生設計接近的科研工作者的方案為例，展示實驗實施結果，根據科研工作者的實驗結果，學生判斷并評價自己的實驗方案。降低甲醛和尿素的摩爾比是減少甲醛釋放的主要途徑，在方案改進優化時必然會引出“甲醛和尿素的摩爾比可以一直降低嗎”這個問題，在學生分析基礎上，呈現包學耕團隊的實驗方案和結果，讓學生體會并領悟復雜問題解決的思路。

成果交流

完成3 個任務后，學生需要以小組的形式匯報交流學習成果。主要包括以下2 個方面：①不同階段實驗方案的對比。學生需要對比任務2 和任務3 的實驗方案，可以從影響因素是否考慮全面、因素操作參數設置是否合適、文字表達是否完整、2 次方案主要變化等方面匯報實驗方案的特點和不足，總結影響因素和設計實驗方案注意事項。②總結歸納復雜問題解決思路?；仡? 個任務的完成過程，明確每個任務目的，總結解決問題的思路和方法。

設計意圖：項目成果是圍繞項目課程目標設計的。發展學生對實驗條件的認識、提高探究方案設計能力和體會復雜問題解決的思路和方法是本項目課程的目標，所以在設計成果交流時，需要涵蓋這些目標。為了評價學生是否達成這些目標及達成程度，可以讓學生進行文字表述和語言表達，將內隱的學習成果外顯出來。

反思與討論

依據真實問題解決的思路和環節規劃項目任務

真實問題的解決過程往往符合邏輯，環環相扣，體現科學家的思維過程。教師根據真人解決問題的策略、取得成就的大小等給解決過程劃分階段，找到關鍵環節和核心思路，依此規劃任務、環節和活動。

依據學生已有認知、課程目標和材料特點綜合處理真人真事素材

挖掘到的真人真事很多情況下并不能直接用作學生活動，需要根據實際情況進行篩選和處理。例如，在預測影響因素活動中，考慮到任務目標是預測影響因素，所以將真人真事實驗方案中繁瑣的工藝流程刪去，素材內容作刪減處理。

依據課程目標設計評價內容

本項目課程目標之一是培養并發展學生的探究方案設計水平，所以需要以此作為評價內容。例如，在任務2 中設置了設計實驗方案活動，并讓學生按要求填寫表格，以此反映學生對因素認識是單一還是綜合、因素確定的依據是否科學、參數設計是否合理等評價內容。