本文以“校运会火炬设计”为例，将火炬设计系统拆分为4个子系统，挖掘系统内隐藏要素，建立各要素与学科知识的关联，综合工程、技术、艺术、数学等学科知识解决问题，发展学生核心素养。
一、项目教学目标除跨学科知识外，作为项目主要学科支撑的化学知识分散在教材不同单元，系统性思维能促进学生自主整合学科知识，是项目学习的生长点之一。
学生从教材中获知使燃料充分燃烧需考虑的因素：
(1)要有充足的氧气；
(2)燃料与氧气要有足够大的接触面积。但火炬内部构造如何设计才能保证燃料持续供给且稳定充分燃烧？需要挖掘系统的隐藏要素并建立与学科知识的关联，这是项目学习的障碍点同时亦是重要学习生长点。
具体教学目标如下：(1)通过情境创设，将初中化学燃料的选择及合理利用、燃料对环境的影响、依据化学方程式的简单计算、材料的种类及性能等核心知识整合，促进学生在解决问题中深化学科理解并使知识结构化。(2)能从跨学科角度基于整体思考分析并有序拆解问题，既能深入子系统内部对各显性和隐性要素进行探究，又能建立要素及子系统间的关联，综合运用多学科知识解决问题，体会系统思维的意义，提升化学系统性思维能力和迁移创新能力。(3)初步认识化学与技术、社会、环境之间的相互关系，形成节能低碳、保护环境的积极态度和绿色化学的观念,体会化学学科的价值。二、项目任务及教学流程项目分为导引、实施和总结等3部分，其中导引分课前、课中环节，课中实施项目，项目总结后学生可继续更新迭代校运会火炬设计，可延伸至课后。
根据图1系统性思维能力层级的划分及编号，分析每一阶段融入的系统性思维，见表2第4列。
由表2知，项目每一环节均融入了化学系统性思维，导引阶段为子系统划分及要素分析，项目实施中的任务1、任务2重点识别显性要素和隐藏要素与学科知识的动态关联，是培育化学系统性思维的主要环节，项目总结阶段提炼应用化学系统性思维解决问题的思路方法，以促进素养提升。
[师]写出镁、丙烷、氢气燃烧的化学方程式。
[生]经小组讨论，燃料集中选择氢气或丙烷，选择氢气理由为燃烧只生成水，低碳环保。选择丙烷理由为燃烧火焰为橙色，很鲜艳醒目，且丙烷对环境相对友好。[生疑问]氢气燃烧的火焰是淡蓝色，为什么冬奥火炬颜色却很鲜艳明亮[师]提供资料2，根据资料思考如何解决氢气火焰颜色问题。
[生]小组讨论交流：利用钠或钙元素对氢气火焰着色;用镁条与稀盐酸反应产生氢气(镁及其化合物无焰色)；在玻璃仪器中实验(玻璃中含钠元素)。[师]演示图3中a实验，焰色很不明显：微弱淡黄色，说明玻璃中钠元素着色效果不佳。
[生]讨论改进方案：在反应体系中加钠盐如氯化钠。[师]演示对比实验：如图3所示，向a，b锥形瓶内(250mL)分别加入半瓶稀盐酸(b锥形瓶中加入约5mL质量分数为10%的氯化钠溶液)，分别加入适量的镁条，有白雾产生，待瓶口有白雾冒出后点燃气体，观察到a瓶口淡黄色火焰(不明显)、b瓶口黄色火焰(非常明显)。
[师追问]白雾怎么产生的？为什么有白雾从瓶口冒出才点燃气体？[生]金属与酸反应放热，使水分蒸发产生白雾。白雾从瓶口冒出，说明气体成分主要为氢气和水蒸气，此时瓶内几乎无氧气，点燃不会爆炸。[师]火炬“飞扬”的黄色火焰即利用焰色反应原理，通过将金属盐涂装在火炬内部格栅上实现的。[师追问]氢气燃烧过程无碳排放，生产氢气的过程也一定无碳排放吗[生]讨论后认为不一定。[师]根据资料3，氢能最理想的利用形态是哪种
[生]绿氢。[师]对！本次冬奥会在张家口太子城火炬台使用的燃料即是我国自主研发的绿氢。2.火炬内部构造设计[师生]将驱动性问题拆解成：
(1)火炬内部由哪几部分组成
(2)如何使燃料持续稳定供给
(3)如何使火焰不受风速、气温等因素影响
(4)如何有足够的氧气确保燃料充分燃烧
[师]可以！这种现象被称为引射作用。据报道：一支手持火炬内装有12g液态氢气，试计算完全燃烧所需氧气的质量？若氧气全部来自于空气，则需要空气体积为多少(标准状况下，氧气的密度为1.429g/L)[生]设所需氧气的质量为x
[师追问]如何增大燃料与氧气的接触面[生]可以设计成燃料从多个孔径出来。[师]北京冬奥会火炬“飞扬”即通过24根燃气管小孔向上传输汇聚，形成24支小火苗，聚成熊熊火焰，24对应中国的24节气，而开幕当天正值立春。此外，“飞扬”火炬所包含的高压储氢技术、大比例氢减压技术以及氢燃烧技术，完美地诠释了绿色奥运、科技奥运的理念。[师]2000年悉尼奥运火炬实现了水下点火与传递，火炬为什么能在水下燃烧[小组6]有可燃物，保持温度在燃料着火点以上，但水下氧气少，自带供氧系统即可满足燃烧的3个条件，实现水下燃烧。[师生]梳理内部构造子系统各要素间的关系，完善系统图，并更新迭代内部构造设计。3.火炬材料选择[驱动性问题]校运会火炬材料需符合哪些性能要求[生]选择耐温、耐火材料，外部材料须隔热尤其手柄部位;应符合“轻、固、美”的特征。[师]哪些材料符合这样的要求
[生]铝及其合金、碳纤维等。[师追问]碳纤维易成型但不耐高温，500℃高温即变黑，而氢气燃烧温度可高于800℃，火炬上半段燃烧端还易起泡、开裂，如何解决
[小组7]将耐高温树脂与碳纤维复合，可耐800℃以上高温，并将火炬上半段在高温下陶瓷化。[生疑问]校运会火炬中的燃料若选择氢气，该选择什么材料进行储存呢
[师]石墨烯与石墨、金刚石、C60有何联系和区别？物理性质为何差异较大[生]它们都是由碳元素组成的不同单质，碳原子的排列方式不同导致性质不同。[师]归纳以上材料类型。
[小组8]铝合金——金属材料，树脂——有机合成材料，树脂与碳纤维结合——复合材料，石墨烯——非金属纳米材料。[师]总结材料选择依据，由此得出什么结论[生]材料的结构决定性质，性质决定用途。4.火炬外形设计[师生]回顾2008年北京奥运会和2022年北京冬奥会火炬外形设计，归纳校运会火炬外形设计的4个要素：造型、色彩、体现的校园文化、象征意义。【项目总结】成果展示与总结提升
[生]小组汇报展示内部构造设计图和外形设计图(或模型实物)，部分小组及个人作品见图4。
[师生]总结完善“校运会火炬设计”系统图，提炼基于化学系统性思维解决问题的思路，见图5。