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学科融合视域下高中化学项目式学习

摘要：?以“碳中和”为情境，聚焦碳捕获协同转化，开展项目式学习。通过寻找“碳中和”的化学方法、设计“捕获-释放”模式下的“碳中和”化工方案、设计“释放-重生”协同下的“碳中和”电化学方案和分析评价“富集直接转化”模式下的“碳中和”科研方案的四课时子任务，实现对二氧化碳捕获转化设计的逐步高度耦合。任务中充分运用“价-类”二维转化模型、电化学转化模型、工程思维等设计与评价方案，促进化学学科模块融合，帮助学生形成物质转化的多维认知角度。

关键词：?学科融合；项目式学习；碳中和；碳捕获协同转化

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》强调提高学生综合运用知识解决实际问题的能力，注重学科内的融合及学科间的联系，明确学习主题，凝练大概念，帮助学生对知识、问题及社会形成整体性认识［1］。项目式学习，在实施过程中能充分调用学生的跨学科知识，促进学生培养解决陌生复杂情境中实际问题的能力。精选“碳中和”为情境载体，充分融合学科内模块核心知识，跨学科多角度地完成“固碳转化”任务，突出物质转化思路与方案优化视角，形成“设计-评价-优化”的螺旋式上升学习模式。整个项目多视角、连续式、进阶性地引导学生实现知识技能结构化，发展学生的“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”等学科核心素养［2，3］。

1?项目主题选择

《国家十四五规划纲要》强调，要在2030年实现“碳达峰”，在2060年实现“碳中和”［4］。面对该社会性科学议题，作为当代中学生，若能运用所学知识开展“助力碳中和”等真实问题解决的学科实践，将推进认识化学发展对促进社会文明进步的重要性，強化社会责任意识［5］。基于此，本项目式学习引导学生从跨学科“碳中和”解决方案中聚焦二氧化碳“捕获-释放-转化”的化学问题，从元素化学模块中的“价-类”二维视角、化学反应原理模块中“反应是否自发”的电化学方法视角开展方案设计，进一步完善物质转化的认知视角；融合技术、能耗、成本、环境等工程思维，引导学生从物质的理想转化进阶到物质的实际转化［6］，实现多维视角分析与评价物质的转化方案。整个项目基于“碳中和”理念设计“碳捕获协同转化方案”的核心框架如图1所示，旨在促进学科融合，进一步引导学生明确通过化学反应可以实现物质转化，促进人与自然的可持续发展，凸显化学学科育人价值［7］。

2?项目教学目标

固碳方案设计活动在初三化学和高一生物、地理等相关学科中略有涉及，但是较为孤立与分散。经过高一高二的化学学习，学生已初步具备“价-类”二维物质转化模型、电化学模型、热力学-动力学综合视角等必备知识。在高三阶段化学学习时，如何从学科融合的更

高视角再审视“碳中和”理念下二氧化碳的捕获转化过程？基于上述需求，本项目学习从真实复杂情境中抽提化学问题，开展“寻找‘碳中和的化学方法、设计‘捕获-释放模式下的‘碳中和化工方案、设计‘释放-重生协同下的‘碳中和电化学方案和分析评价‘富集直接转化模式下的‘碳中和科研方案”的四课时子任务，实现知识远迁移。具体学习目标如下：

（1）能从物质类别和元素价态等视角设计CO2捕获和转化的方案。能有意识地从工程思维和绿色化学等角度评价与优化CO2捕获转化的工艺流程，建构真实意义上的工业方案的设计与优化的思维模型。

（2）能分析、解释CO2转化的电化学装置工作原理，并能围绕流程集约目标，设计与优化CO2转化的电化学装置。能综合考虑电化学装置中的物质变化、能量变化以及工艺优化等进行方案决策，解决实际问题。

（3）能根据具体的CO2转化的科研成果，有意识地从技术、能耗、成本、环境等多维视角收集证据，进行循证分析，合理评价与交流。

（4）通过“碳中和”方案的迭代优化设计、展示与交流，认识化学科学与技术的不断创新是解决人类社会发展中遇到的问题、实现可持续发展的有效途径，进一步唤醒学习化学科学的兴趣和激发探索未知世界的热情。

3?项目任务与教学流程

本项目围绕“碳中和”理念，以设计碳捕获转化协同方案为学习抓手，展开项目式学习，包括项目先导课、设计交流课、展望总结课三种课型，整体项目任务的架构与教学流程如图2所示。项目任务环环相扣，逐步进阶，引导学生在自主设计的“碳捕获-碳释放-碳转化”经典方案的基础上，逐步实现“捕获-释放”“释放-转化”等步骤的耦合优化，明确碳捕获转化协同的发展趋势。

4?项目实施

在项目先导课中，从思政的角度引出碳达峰、碳中和理念，进行生态教育，构建人类命运共同体意识，以化学、生物学、地理、思想政治等跨学科多维视角，进行固碳方案畅想。聚焦化学方案，明确利用电化学方法实现CO2转化为其他有价值的碳基产品（C2+产品）的非自发过程。整节课帮助学生建立从复杂情境中提炼化学问题的一般思路，也让学生明确碳捕获转