卿 旭 ,劉 軍
(1.天津市南倉中學(xué),天津300191;2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,遼寧沈陽110866;3.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草地與生態(tài)研究所,吉林長春130033)
校本課程是我國基礎(chǔ)教育方案中重要的組成部分,校本課程與國家課程不同,在一定意義上可以說校本課程具有“第二性”,它是為國家課程的有效實(shí)施服務(wù)的。主要體現(xiàn)在如下兩方面:一方面,中小學(xué)可以在“‘預(yù)留地’自主開發(fā)”,以更好地落實(shí)國家課程指向的學(xué)生全面發(fā)展目標(biāo);另一方面,國家課程由于是立足整體、全國統(tǒng)一的,其內(nèi)容難度與梯度難免與中小學(xué)校學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)存有落差,為此我們需要將國家課程進(jìn)行校本轉(zhuǎn)化,以解決“吃不飽”“吃不了”問題。研發(fā)高中生物校本課程有利于挖掘?qū)W生的個(gè)性潛能和優(yōu)勢,培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng),也有利于教師更新知識結(jié)構(gòu),擴(kuò)展視野。本校作為沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)優(yōu)質(zhì)生源基地,為培養(yǎng)更多具有生物科研能力的學(xué)生,投入上百萬組建水培和組培實(shí)驗(yàn)室,大力發(fā)展校本課程。
為了更好地開展本校的實(shí)驗(yàn)教學(xué),對天津市北辰區(qū)四所高中校(天津市四十七中學(xué)、天津市南倉中學(xué)、天津市九十六中學(xué)、天津市青光中學(xué))高一、高二部分學(xué)生,共1273 人進(jìn)行問卷調(diào)查,對部分生物教師進(jìn)行訪談,了解本區(qū)高中生物教學(xué)的部分現(xiàn)狀。調(diào)查發(fā)現(xiàn):教師教學(xué)方式多樣,但主要停留在教的層面;實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生缺少設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);學(xué)生課外缺少實(shí)驗(yàn)體驗(yàn);學(xué)生期望參與生物實(shí)驗(yàn),認(rèn)為生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)能提高生物學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)各種能力。
針對目前本區(qū)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀,筆者在課外實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式以學(xué)生為中心開展實(shí)踐型生物實(shí)驗(yàn)課程,培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)(project based learning)是學(xué)習(xí)者針對具體感興趣的學(xué)習(xí)項(xiàng)目,最優(yōu)化地合理利用學(xué)習(xí)資料來解決項(xiàng)目的相關(guān)問題,在解決問題中獲得較為完整而具體的知識,形成專門技能并獲得發(fā)展性的學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo),強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)問題情境中探究學(xué)習(xí),從而提升學(xué)生多元能力的教學(xué)模式,是適合培養(yǎng)中小學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)模式之一,在中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用越來越廣泛。石進(jìn)德認(rèn)為“在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動中,學(xué)生能夠?qū)W習(xí)生物學(xué)知識,還能掌握有關(guān)生物科學(xué)探究方法,運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決生物學(xué)問題,提高科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力,能夠發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)?!睆埥』垡浴肮啤⒐?、腐乳和泡菜的制作”為例,在真實(shí)情境下,深度探究制作高品質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)品的方法,能夠培養(yǎng)學(xué)生高階思維、知識遷移和問題解決等能力。本文以“探究塑料污染對生菜生長發(fā)育的影響”為例,闡述如何運(yùn)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)探究。
高中生物選擇性必修二《生物與環(huán)境》第四章第一節(jié)“人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響”要求學(xué)生探討人類活動對環(huán)境的影響,關(guān)注全球氣候變化、酸雨、臭氧層破壞、荒漠化、塑料污染對生物圈的威脅和人類可持續(xù)發(fā)展的影響。我國出臺的“限塑令”明確規(guī)定到2020 年底,包括天津在內(nèi)的直轄市等城市,首先實(shí)現(xiàn)超市等場所禁止使用不可降解塑料袋,這一規(guī)定無疑會推動可降解塑料及其他替代品的使用。“可降解塑料”被誤認(rèn)為是一種優(yōu)良的環(huán)保材料,但是可降解性是有條件的,需要滿足一定的濕度和溫度。如果達(dá)不到降解條件,“可降解塑料”將帶來新的“白色污染”。墨西哥國立自治大學(xué)化學(xué)系的危險(xiǎn)廢棄物專家本哈明·魯耶斯指出:可生物降解的塑料袋是一個(gè)被人們忽視的環(huán)境問題,雖然這些塑料袋只需一年時(shí)間就可降解,但在這個(gè)過程中會產(chǎn)生肉眼看不到的聚合物碎片。因此比起循環(huán)再利用,將其降解將更加污染環(huán)境??山到獾乃芰蠈χ参锷L是否有害需要實(shí)驗(yàn)證明。
實(shí)驗(yàn)小組為解決以上問題,查閱文獻(xiàn),尋找解決問題的方法。在生物科學(xué)研究過程中,文獻(xiàn)檢索有著極其重要的作用,它是獲取新的科學(xué)技術(shù)和科學(xué)思維的捷徑,能節(jié)約研究者的時(shí)間,避免重復(fù)性研究。高中階段課本實(shí)驗(yàn)大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),學(xué)生按部就班做就可以,缺少了查閱思考的過程,限制了發(fā)散性思維。本實(shí)驗(yàn)屬于實(shí)踐型生物學(xué)研究項(xiàng)目,它是一種開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué),結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,將實(shí)踐活動和學(xué)科教學(xué)有機(jī)整合起來。采用圖1所示的過程,學(xué)生在教師的指導(dǎo)下通過文獻(xiàn)檢索及文獻(xiàn)閱讀,從文獻(xiàn)中獲取實(shí)驗(yàn)思路,設(shè)計(jì)適合高中生完成的實(shí)驗(yàn)。
圖1 文獻(xiàn)檢索與閱讀
學(xué)生在中國知網(wǎng)搜索關(guān)鍵詞“塑料污染”,篩選下載文獻(xiàn)綜述,通過閱讀朱永官教授發(fā)表的文獻(xiàn)綜述《(微)塑料污染對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響:進(jìn)展與思考》獲得塑料污染的研究方向和最新進(jìn)展。再根據(jù)綜述中提到的關(guān)鍵詞搜索具體文獻(xiàn),通過教師和學(xué)生精心篩選,確定小組研讀以下兩篇文獻(xiàn):第一篇為《聚乙烯微塑料對綠豆發(fā)芽的毒性研究》,該文發(fā)現(xiàn)高濃度(100mg/g)的微塑料顯著影響綠豆的根長,粒徑0.023-0.038mm 的微塑料表現(xiàn)出顯著抑制作用;第二篇為《Phytotoxicity assessment of conventional and biodegradable plastic bags using seed germination test》,采用塑料袋浸泡液的方法進(jìn)行種子生長發(fā)育的實(shí)驗(yàn)探究。經(jīng)過教師和學(xué)生共同研討,結(jié)合本校實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)中不僅需要準(zhǔn)確無誤的操作,還需要掌握設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法,它體現(xiàn)了一種思維方式。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循一定的原則和方法,掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾緩健?/p>
實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要遵循以下五個(gè)原則:第一,科學(xué)性原則,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,?shí)驗(yàn)原理要正確,實(shí)驗(yàn)材料和方法要得當(dāng)。第二,可行性原則,綜合考慮各個(gè)因素,比如實(shí)驗(yàn)材料是否容易獲取,藥品價(jià)格是否過高,是否容易購買,實(shí)驗(yàn)周期長短,實(shí)驗(yàn)操作難易,本校的實(shí)驗(yàn)條件是否達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求等。第三,對照性原則,實(shí)驗(yàn)要求嚴(yán)格控制無關(guān)變量,采用對照實(shí)驗(yàn)可以消除無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性,增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說服力。常見的對照實(shí)驗(yàn)有:空白對照、自身對照、互相對照、條件對照等,其中空白對照和自身對照在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中較為常用。第四,單一變量原則,無論一個(gè)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)變量,都應(yīng)確定一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量對應(yīng)一個(gè)觀測反應(yīng)變量。實(shí)驗(yàn)者操作的給定因素或者條件稱為自變量,反應(yīng)變量稱為因變量,它是由自變量引起的變化和結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中要控制無關(guān)變量一致,保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。第五,平行重復(fù)性原則,實(shí)驗(yàn)過程都具有相對誤差,需要平行重復(fù)避免實(shí)驗(yàn)的偶然性,減少實(shí)驗(yàn)誤差,保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,結(jié)合實(shí)際生活,實(shí)驗(yàn)小組選用四種塑料袋:生物降解塑料袋、普通塑料袋、垃圾袋、保鮮膜,后三種屬于不可生物降解塑料袋,都是生活中常用的,也是常見塑料污染,探究四種塑料污染對豌豆生長發(fā)育的影響。教師進(jìn)一步設(shè)問,讓學(xué)生思考:塑料污染主要成分是什么?如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量?如何控制無關(guān)變量?如何測因變量?還需要什么儀器和試劑?引導(dǎo)學(xué)生思考,并將思考過程和結(jié)果繪制成思維導(dǎo)圖,圖2可作為參考。
圖2
實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)思維導(dǎo)圖,細(xì)化實(shí)驗(yàn)步驟,確定操作,并繪制直觀而有條理的表格(見表1),提升學(xué)生分析和歸納能力。
表1 “塑料污染對生菜生長發(fā)育的影響”實(shí)驗(yàn)步驟
學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)用去離子水做空白對照,自變量為不同塑料袋浸泡液,因變量為浸泡液PH 值變化、生菜種子發(fā)芽率、植株株高和葉寬,其他無關(guān)變量保持一致,比如稱量的塑料袋質(zhì)量相同(3g),用相同體積的去離子水浸泡(300ml),放置在相同條件下,處理相同時(shí)間等。
在測定PH 值時(shí),實(shí)驗(yàn)小組采用PH 計(jì)進(jìn)行測定,測定之前要用標(biāo)準(zhǔn)液對儀器進(jìn)行校準(zhǔn),同時(shí)用PH 精密試紙輔助,保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。種子發(fā)芽過程中放在人工恒溫氣候培養(yǎng)箱中,設(shè)置黑暗,25攝氏度,濕度為70%,必須要塑料膜封口,以免水分蒸發(fā),處理72 小時(shí)后進(jìn)行測量統(tǒng)計(jì)。種子發(fā)芽后需要放在珍珠巖中生長發(fā)育,人工恒溫氣候培養(yǎng)箱的條件調(diào)節(jié)為:光照2000 勒克斯,25 攝氏度,濕度為70%,培養(yǎng)到15天,測量株高和葉寬,計(jì)算平均值。
實(shí)驗(yàn)過程中涉及數(shù)理邏輯能力的主要是對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、假說的推理、實(shí)驗(yàn)的整體設(shè)計(jì)等方面。學(xué)生對所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,需要運(yùn)用到數(shù)學(xué)方法,用曲線圖和柱形圖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析,排除主觀和客觀因素造成的誤差,總結(jié)出正確的結(jié)論。同時(shí)根據(jù)邏輯分析還能檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中各個(gè)環(huán)節(jié)的科學(xué)性,完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)小組對實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,用Excel繪制柱形圖(圖3)。
圖3 不同塑料袋浸泡對PH值影響
圖3 是四種塑料袋在去離子水中浸泡三天后PH 值的變化,PH 是根據(jù)三組平行實(shí)驗(yàn)所求的平均值,發(fā)現(xiàn)四種塑料袋對水的PH 值都有一定影響,其中可生物降解塑料袋和普通塑料袋影響最大,保鮮膜影響較小。學(xué)生在分析這個(gè)結(jié)果以及如何通過對照實(shí)驗(yàn)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí),更加深入的理解對照組的作用以及通過平行實(shí)驗(yàn)避免實(shí)驗(yàn)的偶然性。
圖4 是不同塑料袋浸泡液對生菜發(fā)芽率的影響。芽長超過種子2倍視為發(fā)芽,每個(gè)培養(yǎng)皿中放10顆種子,做三組重復(fù),統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率取平均值,數(shù)據(jù)顯示:塑料袋浸泡液對生菜種子發(fā)芽有明顯的抑制作用,不同塑料袋浸泡液抑制作用不同,影響最大的是垃圾袋浸泡液。
圖4 不同塑料袋浸泡液對生菜發(fā)芽率的影響
圖5是不同塑料浸泡液處理15天后生菜葉寬情況,可生物降解袋、垃圾袋、保鮮袋浸泡液有不同程度的抑制作用,可生物降解袋浸泡液抑制作用更明顯,普通塑料袋浸泡液與對照組比,沒有明顯差異。
圖5 不同塑料袋浸泡液處理15天生菜葉寬
撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中重要的環(huán)節(jié),是為了科學(xué)系統(tǒng)地總結(jié)實(shí)驗(yàn)研究中的原理、思路、方法、操作等,闡明實(shí)驗(yàn)的結(jié)論和價(jià)值。在目前高中生物教學(xué)中,師生過于關(guān)注結(jié)論性的知識和考點(diǎn),忽視了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫,即使有完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)節(jié),往往是簡單的填空,這都與國家提倡的“培養(yǎng)學(xué)生的生物核心素養(yǎng)”不符。本文采用張大海等提倡的實(shí)驗(yàn)寫作方式(見表2),培養(yǎng)學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。
表2 高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)工作單
學(xué)生在統(tǒng)計(jì)分析完數(shù)據(jù)后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)工作單撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,以實(shí)驗(yàn)日記、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、微視頻等形式進(jìn)行成果展示,與其他實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行探討。在研討過程中教師和其他同學(xué)進(jìn)行提問,例如:如果把去離子水換成自來水或者是土壤,是不是更接近于現(xiàn)實(shí)情況?換成其他種子會不會得到相同的結(jié)果?在北方地區(qū)雨水少,缺水時(shí),塑料暴露在空氣風(fēng)化會不會對植物生長有影響?塑料中什么成分會影響水的PH 值?塑料污染是否對植物有其他毒害作用?如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去探究?如果塑料袋被焚燒,產(chǎn)物會不會對水質(zhì)和植物生長發(fā)育有影響?通過學(xué)生的展示,培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)能力,同時(shí)通過提問引發(fā)學(xué)生深度思考,設(shè)計(jì)下一步研究,逐漸形成系統(tǒng)的科學(xué)思維。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是為了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、探究能力和精神、觀察和分析能力,不能把實(shí)驗(yàn)的成敗作為評價(jià)的唯一標(biāo)準(zhǔn),這樣會打擊部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和自信心,不利于學(xué)生全面發(fā)展。本文采用的表現(xiàn)性評價(jià)包括過程性評價(jià)和結(jié)果評價(jià),兩者并重能夠更加客觀的反映出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn),也有利于重知識評價(jià)轉(zhuǎn)向重技能評價(jià),促進(jìn)學(xué)生動手操作能力的提高,養(yǎng)成實(shí)事求是、一絲不茍的科學(xué)品質(zhì)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求確定評價(jià)的目標(biāo),設(shè)計(jì)評價(jià)內(nèi)容,確定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制定出本實(shí)驗(yàn)的表現(xiàn)性評價(jià)表(見表3)。實(shí)驗(yàn)過程中,通過學(xué)生互評、學(xué)生自評、教師評價(jià)等多種方式結(jié)合,對學(xué)生的參與意識、合作精神、觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、論證能力、分析問題的思路、知識的理解和應(yīng)用水平以及表達(dá)交流等進(jìn)行評價(jià)。重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力,主要包括實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范,對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察,準(zhǔn)確獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),正確依據(jù)數(shù)據(jù)處理的方法分析數(shù)據(jù),根據(jù)對數(shù)據(jù)的分析推斷出合理的結(jié)論,恰當(dāng)?shù)赜梦淖趾蛿?shù)字科學(xué)地表述和報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果??偡职凑諏W(xué)生自評占30%,學(xué)生互評占30%,教師評價(jià)占40%進(jìn)行合計(jì),85 分以上為優(yōu)秀,70~85 分為良好,60~69 分為及格,60 分以下為不及格。學(xué)生根據(jù)自己的各項(xiàng)得分進(jìn)行反思和改正,教師對小組成員在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的共性問題進(jìn)行分析和總結(jié),提出改進(jìn)的辦法,促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣摺?/p>
表3 探究塑料污染對生菜生長發(fā)育影響實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)性評價(jià)表
在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中,學(xué)生都能積極參與進(jìn)來,充分體現(xiàn)學(xué)生的中心地位,積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生融入實(shí)驗(yàn)探究中,分析解決問題。培養(yǎng)解決實(shí)際問題和表達(dá)的能力,形成系統(tǒng)的生物科學(xué)思維。項(xiàng)目學(xué)習(xí)中采用表現(xiàn)性評價(jià)能夠提高學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)的主動性,能夠引導(dǎo)學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn),而不是教師手把手教學(xué)生做實(shí)驗(yàn),也能規(guī)范學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)操作,課前將評分細(xì)則發(fā)給學(xué)生,使學(xué)生知道怎么做才能得高分,更加嚴(yán)格的要求自己。在評價(jià)表的引導(dǎo)下,學(xué)生進(jìn)行觀察、記錄、制表、分析結(jié)果、交流討論,學(xué)生從塑料碎片浸泡液變化,種子萌發(fā)的形態(tài)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上直觀的觀察到塑料污染對植物生長發(fā)育的影響,意識到日常生活使用的塑料袋對環(huán)境中生物有毒害作用,并且會影響水質(zhì),影響土壤生態(tài)環(huán)境,形成減少塑料袋使用的保護(hù)環(huán)境意識,培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。學(xué)生在完成項(xiàng)目的每一項(xiàng)步驟過程中,會增加成就感,更愿意參與實(shí)驗(yàn)探究,更愿意與人交流,發(fā)現(xiàn)問題,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提高科學(xué)思維和探究能力。
項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以學(xué)生為主體,教師輔助引導(dǎo),看似減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān),實(shí)則是增加了教師的教學(xué)壓力。查閱文獻(xiàn)對于高中生來說難度很大,教師需要教會學(xué)生查找文獻(xiàn)及閱讀文獻(xiàn)的方法,在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。學(xué)生剛接觸到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)會沒有頭緒,需要教師進(jìn)行提問引導(dǎo),在學(xué)生設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)后需要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)表象性評價(jià)表,設(shè)置任務(wù)和評分細(xì)則,會占用教師很長的時(shí)間。雖然采用了多元評價(jià)方式,但是不管是自評和他評都存在很大的主觀性,如何進(jìn)行改進(jìn)更能客觀反映學(xué)生的情況仍需要在后期的教學(xué)中不斷探索。