以項目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)科學(xué)思維和方法

盧君輝

以學(xué)生生活中常見的真實問題“我養(yǎng)的魚為什么總是死”為出發(fā)點，先后通過“探索魚死亡的真正原因”“探索影響魚生存的水質(zhì)指標(biāo)及如何控制”“動手搭建水族箱生態(tài)系統(tǒng)”“放入觀賞魚并進行養(yǎng)護操作”“在實踐中調(diào)整改進養(yǎng)護方案”和“總結(jié)評估”6 個邏輯上緊密相連的環(huán)節(jié)，經(jīng)歷實驗探究、動手搭建和反思調(diào)整等過程，逐一分析、解決并掃清任務(wù)途中遇到的種種問題障礙，最終達到“穩(wěn)定健康地飼養(yǎng)一缸觀賞魚”這個總目標(biāo)。在此過程中，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的思維能力，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的一般方法和過程，掌握成為養(yǎng)魚小達人的基礎(chǔ)知識和技能。

適用學(xué)段

小學(xué)高年級、初中。

教學(xué)目標(biāo)

本活動的核心目標(biāo)并非讓學(xué)生掌握養(yǎng)魚的相關(guān)知識和技巧，而是讓學(xué)生在探究、制作的過程中經(jīng)歷完整的科學(xué)探究和科技制作的過程，掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)思維能力;學(xué)會利用設(shè)計實驗的基本原則科學(xué)有效地設(shè)計、實施對照實驗;在“自我質(zhì)疑、自我否定、自我完善、堅持不懈最終獲得真相”的過程中培養(yǎng)堅韌不拔、勇于戰(zhàn)勝困難的科學(xué)精神;明白科學(xué)進步的道路充滿局限、片面、錯誤，不斷實驗、假設(shè)、試錯構(gòu)成了科學(xué)史的連續(xù)步伐，是科學(xué)進步的必經(jīng)之路，提高學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)觀的理解。

教學(xué)過程

階段 1：我養(yǎng)的魚為什么總是死？

活動內(nèi)容：該階段分為初探、再探兩輪探究。分析討論“把魚養(yǎng)死”的原因，將問題聚焦在“魚會不會被撐死”。作出假設(shè)，設(shè)計對照實驗驗證，實驗組飽和投喂，對照組正常投喂，觀察、記錄并分析數(shù)據(jù)。飽和投喂實驗魚死亡，但剖檢發(fā)現(xiàn)消化道并未因充滿食物而漲破，甚至是空的。對“魚被撐死”這個假設(shè)產(chǎn)生質(zhì)疑，結(jié)合實驗中發(fā)現(xiàn)的水渾濁等反?，F(xiàn)象推測，提出可能由于水質(zhì)敗壞引發(fā)死亡。據(jù)此設(shè)計第2 輪實驗，實驗組飽和投喂但通過大量換水維持水質(zhì)清潔，對照組飽和投喂且不換水。發(fā)現(xiàn)對照組魚死亡，氨氮、亞硝酸鹽等污染物達到致死量，而實驗組存活且水質(zhì)良好。實驗說明魚不會被過量投喂直接撐死，而是因為餌料、排泄物等大量有機物分解導(dǎo)致有毒污染物（氨氮、亞硝酸鹽等）累積至致死濃度導(dǎo)致。因此，控制好水質(zhì)是養(yǎng)魚的必要條件。

學(xué)情分析及教學(xué)策略：該階段本身即為一個完整的科學(xué)探究過程，該學(xué)段學(xué)生很少具備完整的科學(xué)探究實踐經(jīng)歷，不熟悉探究的過程，不熟悉科學(xué)思維、科學(xué)方法的運用，難以做到高度自主完成實驗，這需要教師不僅要逐個步驟引導(dǎo)，更重要的是思維層面的引導(dǎo)，學(xué)生只有真正明白了探究過程的整體邏輯思維推導(dǎo)過程，才能真正理解為什么要進行這一系列操作，讓學(xué)生在這一過程中體驗并學(xué)會科學(xué)探究的一般過程，學(xué)會運用設(shè)計對照實驗的幾個重要原則，如控制變量、設(shè)置對照、設(shè)置重復(fù)等。

階段 2：探索影響魚生存的水質(zhì)指標(biāo)及如何控制

活動內(nèi)容：每種魚對水質(zhì)的要求都是有差別的，因此養(yǎng)好一種魚需要探索適合它的氨氮、亞硝酸鹽、水溫、溶解氧、余氯等水質(zhì)指標(biāo)，并且通過人工控制手段將這些指標(biāo)調(diào)整至適宜范圍。學(xué)生通過自主實驗探究、查閱資料，或通過教師傳授，明確如何將各種水質(zhì)指標(biāo)控制在適宜的范圍。

學(xué)情分析及教學(xué)策略：在上一環(huán)節(jié)的探究中學(xué)生明白了水質(zhì)指標(biāo)的重要意義，緊接著需知道究竟要將這些指標(biāo)控制在什么范圍、如何控制。每種水質(zhì)指標(biāo)的探索都可以設(shè)計一個探究實驗，但實踐中既沒有時間精力也沒有必要逐一自主探索。教師可通過這一步讓學(xué)生嘗試自主構(gòu)思設(shè)計實驗以評估上一輪的教學(xué)成果，在學(xué)生有余力或有興趣的情況下開展實驗，多數(shù)水質(zhì)指標(biāo)的信息可通過間接經(jīng)驗的傳授完成。

階段 3：構(gòu)建水族箱生態(tài)系統(tǒng)

活動內(nèi)容：水質(zhì)指標(biāo)的控制需要通過硬件設(shè)備實現(xiàn)，也就是需要構(gòu)建一個循環(huán)維生系統(tǒng)，學(xué)生按照飼養(yǎng)品種、數(shù)量、場地等條件選擇適合自己的維生系統(tǒng)類型并組裝搭建，有針對性地選配器材以滿足各種水質(zhì)指標(biāo)的控制。

學(xué)情分析及教學(xué)策略：經(jīng)過前2 個環(huán)節(jié)學(xué)生雖已掌握一定理論基礎(chǔ)，但實踐操作仍缺乏經(jīng)驗，維生系統(tǒng)的選擇、采購、搭建、調(diào)試及運行過程中難免會遇到問題，這需要教師及時溝通指導(dǎo)，幫助學(xué)生總結(jié)、思考并解決各種各樣的問題和困難。

階段 4：放入觀賞魚并進行養(yǎng)護操作

活動內(nèi)容：理論基礎(chǔ)和硬件條件都已經(jīng)滿足，這一步就要進入飼養(yǎng)、維護的實踐操作環(huán)節(jié)，學(xué)生需學(xué)習(xí)觀賞魚轉(zhuǎn)運的技術(shù)和日常養(yǎng)護的主要原則，開始正式飼養(yǎng)觀賞魚。

學(xué)情分析及教學(xué)策略：學(xué)生普遍缺乏轉(zhuǎn)移并飼養(yǎng)觀賞魚的經(jīng)驗和技術(shù)，技術(shù)和方法的傳授不僅要讓學(xué)生知其然，還要知其所以然，了解背后的科學(xué)原理。

階段 5：實踐中不斷調(diào)整改進養(yǎng)護方案

活動內(nèi)容：學(xué)生在日常飼養(yǎng)過程中不斷探索、實驗、調(diào)整，摸索出適應(yīng)自身情況的喂食頻率和喂食量、換水頻率和換水量，逐漸形成適當(dāng)?shù)娜粘ｐB(yǎng)護方案。了解幾種最常見的觀賞魚疾病，簡單了解病因、病理和防治手段。

學(xué)情分析及教學(xué)策略：飼養(yǎng)活體生物的人工生態(tài)系統(tǒng)是復(fù)雜多變的，實踐過程中遇到的很多問題即使有再完備的前期理論教學(xué)也難以完美解決，學(xué)生在實踐摸索中需要教師及時給予指導(dǎo)、解惑，讓學(xué)生懂得理論和實踐是有差距的，實踐才是檢驗真理的唯一標(biāo)準。

階段 6：總結(jié)、評估

活動內(nèi)容：學(xué)生經(jīng)過一段時間的飼養(yǎng)實踐，總結(jié)形成養(yǎng)護方案，可以涉及觀賞魚的生存狀態(tài)，飼養(yǎng)過程中遇到的問題，獲得的經(jīng)驗教訓(xùn)，改進措施及改進后效果等。

學(xué)情分析及教學(xué)策略：在飼養(yǎng)過程中，學(xué)生肯定會遇到各種各樣的問題、困難、失敗，甚至出現(xiàn)觀賞魚全軍覆沒的情況，教師需要及時給予充分的鼓勵、開導(dǎo)，讓學(xué)生明白失敗可以暴露不足，是邁向進步的起點，并引導(dǎo)學(xué)生找出問題、查漏補缺、提高水平。

總結(jié)與思考

本活動最大的亮點是以“如何養(yǎng)好一缸魚”作為項目總目標(biāo)，將科學(xué)探究實驗與動手制作結(jié)合起來，讓學(xué)生在科學(xué)探究中運用科學(xué)思維和方法，在反復(fù)探索和試錯的過程中培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和實證意識?？茖W(xué)方法、科學(xué)思維和科學(xué)精神的傳遞是比學(xué)會如何養(yǎng)魚更加重要的、能讓孩子獲益終生的寶貴財富。

活動避開場館服務(wù)能力有限的不足，可借助網(wǎng)絡(luò)平臺搭建教師和學(xué)生溝通渠道，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)購得活動所需材料，在家中即可方便地完成所有探究和制作，是新冠疫情時期探索不聚集、無接觸開展項目式學(xué)習(xí)的有益探索。