項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在生物學(xué)科內(nèi)的設(shè)計(jì)與實(shí)施樣態(tài)

張 柳 陳詠梅 李 佳

（1.北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校 北京 100195）

（2.中國(guó)教育科學(xué)研究院國(guó)際與比較教育研究所 北京 100088）

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以學(xué)生為主體，師生共同解決復(fù)雜問(wèn)題或完成綜合性任務(wù)，通過(guò)親身體驗(yàn)、深刻理解來(lái)獲得核心素養(yǎng)的發(fā)展。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，是實(shí)現(xiàn)育人目標(biāo)、落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的有效途徑。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可以成為生物學(xué)常規(guī)學(xué)習(xí)的重要組成部分，教師以課程標(biāo)準(zhǔn)為核心確定項(xiàng)目主題，設(shè)計(jì)符合課程標(biāo)準(zhǔn)要求的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題并基于學(xué)科大概念進(jìn)行單元設(shè)計(jì)。下面以高中生物學(xué)教科書《必修1·分子與細(xì)胞》“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”內(nèi)容中的“設(shè)計(jì)植物工廠的光照系統(tǒng)”項(xiàng)目為例，介紹項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程。

1 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)生物學(xué)學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)時(shí)，教師需要提出真實(shí)的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題、有挑戰(zhàn)性的任務(wù)、多樣化的作品要求，組織多輪次的問(wèn)題解決過(guò)程，激發(fā)有論辯的展示交流，提供促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展和反思提升的深度指導(dǎo)、評(píng)價(jià)和總結(jié)。

1.1 確定項(xiàng)目主題

教師要尋找促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展和能力提升的主題內(nèi)容，整體規(guī)劃項(xiàng)目目標(biāo)，聚焦跨學(xué)科概念、生命觀念和概念性知識(shí)，促進(jìn)事實(shí)性知識(shí)的組織和意義化。例如，“設(shè)計(jì)植物工廠的光照系統(tǒng)”項(xiàng)目聚焦“物質(zhì)與能量觀”這一跨學(xué)科觀念和生命觀念以及“細(xì)胞的生存需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”這一學(xué)科大概念。

1.2 整合項(xiàng)目素材

教師基于課程標(biāo)準(zhǔn)，選擇能夠承載學(xué)科思想方法、有助于學(xué)生建立學(xué)科主要活動(dòng)類型的經(jīng)驗(yàn)圖式，選擇貼近生活、貼近社會(huì)、真實(shí)、有意義的項(xiàng)目素材。教師依據(jù)選取的素材，設(shè)計(jì)學(xué)生感興趣、具有挑戰(zhàn)性和可操作性的任務(wù)。例如，以設(shè)計(jì)植物工廠的光照系統(tǒng)為挑戰(zhàn)性任務(wù)，教師要求學(xué)生在構(gòu)建觀念和概念的同時(shí)，設(shè)計(jì)并搭建出智能化控制的光照系統(tǒng)。

1.3 進(jìn)行項(xiàng)目拆解

教師依據(jù)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，制訂出本項(xiàng)目的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)任務(wù)單。在本項(xiàng)目中，學(xué)生要想設(shè)計(jì)出植物工廠的光照系統(tǒng)，就需要知道人工光源生產(chǎn)蔬菜的好處、控制二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液成分和溫度的原因、不同的光照條件對(duì)植物光合作用的影響、光照系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖的繪制和優(yōu)化方法、搭建光照系統(tǒng)的所需材料、智能化控制光照系統(tǒng)的的方法等問(wèn)題。

1.4 細(xì)化實(shí)踐活動(dòng)

教師設(shè)計(jì)有梯度的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和學(xué)生任務(wù)，組織學(xué)生按照項(xiàng)目小組建立及分工、研讀學(xué)習(xí)內(nèi)容、設(shè)計(jì)活動(dòng)方案、開展系列活動(dòng)、成果展示和反饋評(píng)價(jià)的順序進(jìn)行。本項(xiàng)目中，學(xué)生要對(duì)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)、植物生長(zhǎng)特點(diǎn)、葉綠體的結(jié)構(gòu)、光合作用的原理等學(xué)科概念進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研和科學(xué)探究，通過(guò)工程設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)，選擇出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，最終搭建系統(tǒng)、形成產(chǎn)品報(bào)告并進(jìn)行展示交流。

1.5 設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)支架

教師要設(shè)計(jì)有助于學(xué)生解決問(wèn)題并獲得高階思維能力發(fā)展的各類學(xué)習(xí)支架。例如，要為學(xué)生提供認(rèn)知模型、光合作用科學(xué)史資料、科學(xué)研究設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方法、KWL表、頭腦風(fēng)暴任務(wù)單、問(wèn)題解決清單和項(xiàng)目日志等學(xué)習(xí)支架。

1.6 確定評(píng)價(jià)方案

教師應(yīng)聚焦目標(biāo)、實(shí)踐、成果和評(píng)價(jià)的一致性，評(píng)價(jià)要以終為始、逆向設(shè)計(jì)，并貫穿項(xiàng)目始終。例如，本項(xiàng)目的評(píng)價(jià)包含表現(xiàn)性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)兩種，分別評(píng)價(jià)學(xué)生在科學(xué)實(shí)踐過(guò)程中的表現(xiàn)和對(duì)跨學(xué)科觀念、生命觀念的理解程度，并對(duì)產(chǎn)品說(shuō)明書、系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)類成果以及書面說(shuō)明、口頭匯報(bào)、模型演示和科學(xué)研究報(bào)告等論證解釋類成果的完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施

2.1 入項(xiàng)探索

入項(xiàng)要讓學(xué)生產(chǎn)生解決驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的強(qiáng)烈意愿，并讓學(xué)生有探索空間，充分暴露他們對(duì)項(xiàng)目及其解決過(guò)程的理解；要讓學(xué)生產(chǎn)生與個(gè)人相關(guān)的聯(lián)系感。在本項(xiàng)目中，教師首先發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)書，師生從工程目標(biāo)、成果、產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的特征等角度拆解項(xiàng)目任務(wù)書，規(guī)劃整個(gè)項(xiàng)目的時(shí)間和內(nèi)容。然后，通過(guò)破冰活動(dòng)、角色認(rèn)定、制定團(tuán)隊(duì)規(guī)則等進(jìn)行團(tuán)隊(duì)的組建。

2.2 科學(xué)實(shí)踐

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)不是學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，而是在實(shí)踐中建構(gòu)知識(shí)和能力。知識(shí)與能力的建構(gòu)要精準(zhǔn)地指向項(xiàng)目目標(biāo)，要讓學(xué)生經(jīng)歷“有效失敗”，并不斷地迭代項(xiàng)目成果。在本項(xiàng)目中，教師設(shè)計(jì)了以下5個(gè)活動(dòng)：

（1）逆向拆解：教師通過(guò)組織學(xué)生參觀植物工廠相關(guān)企業(yè)或校園內(nèi)的植物培養(yǎng)空間，引導(dǎo)學(xué)生了解溫室栽培植物需要控制的條件，并親身體驗(yàn)栽培植物的過(guò)程。學(xué)生在此活動(dòng)中能夠了解自動(dòng)化植物工廠的運(yùn)行原理，體驗(yàn)應(yīng)用傳感器、編程等實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)條件的控制。

（2）體驗(yàn)探究：學(xué)生進(jìn)行光的色散、綠葉中色素的提取和分離以及環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響3個(gè)實(shí)驗(yàn)，直觀感受光以及探究環(huán)境因素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。

（3）定制光配方：光配方包括光照強(qiáng)度、光照均勻性、光質(zhì)、光照時(shí)間和LED光源放置位置等內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)閱讀教科書和科學(xué)史資料，調(diào)研植物進(jìn)行光合作用的條件，比較不同植物生長(zhǎng)條件的差異并進(jìn)行植物的選型，探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響，找出光照強(qiáng)度的控制參數(shù)（如光源的個(gè)數(shù)、植物與光源的距離等）以及其他環(huán)境參數(shù)。

（4）設(shè)計(jì)光照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：學(xué)生在教師引導(dǎo)下確定植物生長(zhǎng)所需的適宜條件（植物的密度、立體植物架的層高等），結(jié)合限定條件，進(jìn)行光照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并畫出三視圖；確定衡量植物生長(zhǎng)狀態(tài)的指標(biāo)。在組內(nèi)、組間和專家評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)圖后，學(xué)生再次進(jìn)行優(yōu)化。

（5）設(shè)計(jì)智能化控制系統(tǒng)：學(xué)生課后進(jìn)行溫室栽培實(shí)踐，對(duì)植物工廠建立直觀的認(rèn)識(shí)；設(shè)計(jì)不同的傳感器采集溫度、濕度、光照強(qiáng)度和二氧化碳濃度等信息，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控和遠(yuǎn)程控制植物工廠的環(huán)境、灌溉和施肥作業(yè)等要求，畫出智能光照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖或模型圖，完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和程序編程。學(xué)生需要在約束條件（如農(nóng)作物的生長(zhǎng)特性、LED光源的成本等）因素的影響下，對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析；運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，尋找最優(yōu)方案。

2.3 形成成果

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)需要通過(guò)顯性的項(xiàng)目成果展示學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。成果要能回答驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，要包含對(duì)核心知識(shí)與能力的轉(zhuǎn)化和遷移，要體現(xiàn)創(chuàng)造性，并對(duì)自己和他人有影響力。例如，教師提出“如何通過(guò)制作海報(bào)和搭建模型表達(dá)出設(shè)計(jì)思路？”這一驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題。學(xué)生搭建模型的外觀輪廓，連接軟件和硬件設(shè)備，并通過(guò)工程測(cè)試對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)撰寫產(chǎn)品說(shuō)明書，詳細(xì)描述光照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能并進(jìn)行海報(bào)設(shè)計(jì)和制作。

2.4 展示迭代

展示環(huán)節(jié)不僅要展示成果，更要反映參與者的成長(zhǎng)，給學(xué)生發(fā)自內(nèi)心的激勵(lì)和儀式感，獲得和真實(shí)世界對(duì)話、反思的機(jī)會(huì)。常見的展示形式包括創(chuàng)建主題博物館、制作海報(bào)及模型、制作PPT、錄制視頻、舉辦比賽、制作迭代產(chǎn)品、主題宣傳日、制作主題手冊(cè)和調(diào)查報(bào)告等。例如，在本項(xiàng)目中，讓學(xué)生回顧項(xiàng)目歷程，反思是否完成了項(xiàng)目的全部任務(wù)，這樣的設(shè)計(jì)可否遷移解決其他問(wèn)題等。教師舉辦公開成果展，師生和專家共同評(píng)價(jià)和優(yōu)化方案，學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行復(fù)盤并分享問(wèn)題解決策略的運(yùn)用。

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施過(guò)程中，教師要讓學(xué)生充分的實(shí)踐，提示并示范問(wèn)題解決的角度和思路，預(yù)設(shè)并捕捉學(xué)生的素養(yǎng)表現(xiàn)，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)活動(dòng)。教師要應(yīng)用信息技術(shù)提高交流的效率、深度，通過(guò)師生之間的對(duì)話和追問(wèn)，外顯雙方的思維。教師要有針對(duì)性地反饋并幫助學(xué)生，外顯問(wèn)題解決的方法和思路。

3 學(xué)習(xí)方式的變革促進(jìn)師生共同發(fā)展

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師要具備項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力、項(xiàng)目實(shí)施能力、項(xiàng)目評(píng)價(jià)能力和項(xiàng)目支持能力。項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力包括對(duì)于驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的設(shè)計(jì)、對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)的水平和邏輯的設(shè)計(jì)、對(duì)項(xiàng)目作品及展示的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目實(shí)施能力包括對(duì)于項(xiàng)目的規(guī)劃、監(jiān)控和總結(jié)。項(xiàng)目評(píng)價(jià)能力要求教師能夠設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的維度和標(biāo)準(zhǔn)，包括對(duì)于核心活動(dòng)、項(xiàng)目作品、項(xiàng)目總結(jié)的評(píng)價(jià)。項(xiàng)目支持能力是指能夠?qū)W(xué)生提供素材、技能指導(dǎo)和思路引導(dǎo)。在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行項(xiàng)目拆解，進(jìn)行多輪次指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。學(xué)生通過(guò)參與科學(xué)實(shí)踐和解決問(wèn)題，最終形成有足夠證據(jù)支撐的觀點(diǎn)或產(chǎn)品，發(fā)展科學(xué)探究能力和科學(xué)思維。有轉(zhuǎn)基因技術(shù)、埃博拉出血熱、新型冠狀病毒肺炎、試管嬰兒、基因編輯嬰兒和抗生素溢用等許多適合社會(huì)責(zé)任教育的生物學(xué)和社會(huì)問(wèn)題都可做為項(xiàng)目主題，以為學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)概念、生命觀念和學(xué)科思想方法提供項(xiàng)目式學(xué)習(xí)情境。