“無土栽培”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實(shí)踐探索

石曉紅

(江蘇省錫山高級(jí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 江蘇無錫 214100)

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》在課程內(nèi)容中增加了“跨學(xué)科實(shí)踐”主題,并提出要占總課時(shí)數(shù)的10%。在物理、化學(xué)、地理等其他學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)中,也有同樣的要求?？鐚W(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的特點(diǎn),首先是實(shí)踐性,跨學(xué)科實(shí)踐不是傳統(tǒng)課堂中單一的理論學(xué)習(xí),而是在真實(shí)情境中與客觀世界建立聯(lián)系,既要?jiǎng)幽X又要?jiǎng)邮?主動(dòng)參與,積極探索的學(xué)習(xí)活動(dòng)。在實(shí)踐過程中,學(xué)生能夠加深對(duì)生物學(xué)概念的理解,提升應(yīng)用知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。其次,跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)具有跨學(xué)科性,在實(shí)踐活動(dòng)中,學(xué)生通常需要綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程和技術(shù)等學(xué)科的概念、方法和思想,以解決真實(shí)情境中的復(fù)雜問題。通過參與跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng),學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)生物學(xué)與社會(huì)的關(guān)系,打破學(xué)科之間的壁壘,綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí),全面發(fā)展核心素養(yǎng)。

相比傳統(tǒng)的課堂教學(xué)或主題式學(xué)習(xí),項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以完成項(xiàng)目的方式組織教與學(xué),通過一系列的探究、合作等方式,最終以產(chǎn)品的形式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)成果,更加有利于跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的展開和實(shí)施,也有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和持續(xù)性,從而發(fā)展學(xué)生綜合素養(yǎng)。下文以“無土栽培”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為例,探索跨學(xué)科實(shí)踐的實(shí)施路徑。

1 確定項(xiàng)目選題

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的情境選擇過程中,教師需要考慮多方面的因素。首先,項(xiàng)目情境應(yīng)是源自真實(shí)世界的客觀問題,是出于社會(huì)需求而存在的,具有社會(huì)意義和價(jià)值的。其次,項(xiàng)目的完成不是僅靠書面知識(shí)就能解決的,而是需要通過實(shí)實(shí)在在的動(dòng)手操作、調(diào)查取證、設(shè)計(jì)制作、合作探究、跨學(xué)科實(shí)踐等一系列實(shí)踐活動(dòng)才能完成。最后,項(xiàng)目應(yīng)該適合初中生的知識(shí)能力水平,難易適度,符合學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。

近幾年,“在家種菜”成為很多家庭的選擇,很多學(xué)生也有過相關(guān)經(jīng)歷。種植的蔬菜既能夠用來食用,還有綠化環(huán)境、美化空間、凈化空氣的作用,對(duì)于緩解壓力、舒緩心情頗有益處。但是,隨著城市化進(jìn)程的加快,居民能夠栽培植物的土地面積日漸減少。因此,教師可以提供中國(guó)人首次在太空當(dāng)菜農(nóng)的新聞,展示在缺少陽光、空氣、水、土壤,并且在失重、具有多種射線的太空環(huán)境中植物生長(zhǎng)的可能性。繼而提出問題:在家能否利用有限空間來無土栽培呢?并明確項(xiàng)目選題“無土栽培”。

從學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)來看,無土栽培既能引起學(xué)生的興趣和好奇心,也是一項(xiàng)能夠滿足學(xué)生身心需要的基本技能,是一項(xiàng)具有廣闊運(yùn)用前景的未來技術(shù)。從學(xué)習(xí)過程來看,無土栽培是一項(xiàng)由任務(wù)驅(qū)動(dòng),需要學(xué)生主動(dòng)參與、動(dòng)手動(dòng)腦、多維思考的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)。

2 規(guī)劃項(xiàng)目設(shè)計(jì)

美國(guó)著名課程理論專家泰勒在《課程與教學(xué)的基本原理》一書中指出,在編制一組有效組織起來的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)時(shí),需要符合三大標(biāo)準(zhǔn),即連續(xù)性、順序性和整合性。教師在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中,不僅要保證前后連貫,符合學(xué)科邏輯順序,還要讓學(xué)生主動(dòng)參與,尤其引導(dǎo)學(xué)生積極思考,設(shè)計(jì)解決方案并實(shí)施。

2.1 進(jìn)行調(diào)查活動(dòng),了解無土栽培技術(shù)

如果僅通過教師的口頭傳授,學(xué)生對(duì)無土栽培技術(shù)未必會(huì)有很強(qiáng)烈的好奇心。由學(xué)生自己收集各種資料、開展調(diào)查活動(dòng),有利于學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的分析綜合能力。

因此,在第一課時(shí)教師主要圍繞“無土栽培”主題,組織學(xué)生展開調(diào)查活動(dòng),提出問題:無土栽培成功的秘密是什么?有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?現(xiàn)在和未來有哪些應(yīng)用領(lǐng)域?嘗試進(jìn)行無土栽培需要具備哪些條件?學(xué)生以小組為單位,分工合作,參閱生物學(xué)課本,或在圖書館查詢文獻(xiàn),或利用網(wǎng)絡(luò)搜集資料。通過該課時(shí)的學(xué)習(xí),學(xué)生基本了解無土栽培是一種根據(jù)植物生長(zhǎng)需要,將水和各種不同比例的無機(jī)鹽配制成植物培養(yǎng)液,用來栽培植物的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。它具有節(jié)省土地、提高水肥利用率、培養(yǎng)高品質(zhì)植物、避免污染、減少病蟲害等優(yōu)點(diǎn)。在荒漠、極地,甚至太空等,無土栽培都是生產(chǎn)食物非常有效的方法。

2.2 設(shè)計(jì)并安裝無土栽培設(shè)備

在眾多學(xué)生活動(dòng)中,設(shè)計(jì)裝置屬于工程技術(shù)類,是跨學(xué)科實(shí)踐的典型。學(xué)生想要設(shè)計(jì)出較好的作品,需要清楚植物生長(zhǎng)的條件,進(jìn)而促使深入學(xué)習(xí)生物學(xué)學(xué)科知識(shí),做到理論聯(lián)系實(shí)際。

因此,在第二課時(shí),教師圍繞設(shè)計(jì)“無土栽培”裝置展開教學(xué)。學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮材料和容器的選擇,保證裝置不僅能有效栽種,不漏水,能固定,而且對(duì)植物的生長(zhǎng)無害。此外,裝置材料應(yīng)該盡可能經(jīng)濟(jì),節(jié)省成本。學(xué)生在稿紙上繪出設(shè)計(jì)圖,有的在水中放入帶孔長(zhǎng)方磚,以固定植物;有的在奶粉桶中加水,以保證植物的供水。

2.3 選種并完成無土育苗工作

生物的生存依賴特定的環(huán)境,不同生長(zhǎng)時(shí)期,需求也不同。特別是種子萌發(fā)時(shí)期,對(duì)于外界條件的要求更加嚴(yán)格。因此學(xué)生需要根據(jù)種子的生長(zhǎng)需求,選擇植物品種,設(shè)計(jì)萌發(fā)裝置以達(dá)到特定的萌發(fā)條件。

因此,第三課時(shí)教師主要圍繞無土育苗工作展開教學(xué)?？紤]到植物生長(zhǎng)的氣候、生長(zhǎng)速度、可食用部分及成本等因素,教師分發(fā)給學(xué)生青菜種子嘗試開展無土育苗。首先,教師引導(dǎo)學(xué)生在育苗盤底部放入水,將立方體海綿(低密度聚氨酯)浸入其中以吸收水分。然后,學(xué)生將青菜種子輕輕塞入每一塊海綿的十字縫中,深度適中。此后,學(xué)生每天為植物噴灑營(yíng)養(yǎng)液,以少量多次為原則,并且注意保溫保濕。

2.4 學(xué)習(xí)并配置無土栽培營(yíng)養(yǎng)液

無土栽培成功的關(guān)鍵之一是營(yíng)養(yǎng)液的配制。為了研究營(yíng)養(yǎng)液的成分,教師可以取一滴培養(yǎng)液滴在載玻片上,利用加熱蒸發(fā)的方法,觀察留下的白色結(jié)晶物質(zhì)。不同的植物對(duì)無機(jī)鹽的種類和數(shù)量需求不同,因此在配制營(yíng)養(yǎng)液前學(xué)生需要調(diào)查青菜生長(zhǎng)所需的無機(jī)鹽。

因此,第四課時(shí)教師主要圍繞稱量藥品展開教學(xué)。營(yíng)養(yǎng)液中必須含有植物生長(zhǎng)所必需的全部礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素,學(xué)生需要計(jì)算無機(jī)鹽和水的比例,稱量藥品,學(xué)習(xí)使用天平。然而,稱量等技術(shù)對(duì)七年級(jí)還未學(xué)習(xí)化學(xué)的學(xué)生來說,難度較大。故需要教師補(bǔ)充相關(guān)知識(shí),為學(xué)生做出示范,并給學(xué)生練習(xí)規(guī)范操作的機(jī)會(huì)。

2.5 分工并完成無土栽培管理

跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)是一項(xiàng)綜合性的活動(dòng),需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完成作品,僅僅依靠課上的有限時(shí)間不足以完成任務(wù)。所以,教師需要將課內(nèi)和課外有機(jī)結(jié)合,組織學(xué)生小組分工合作。學(xué)生需要做好無土栽培過程中移植、保溫、篩選、記錄、營(yíng)養(yǎng)液監(jiān)測(cè)、清潔等管理工作。

3 跨學(xué)科實(shí)踐,突破項(xiàng)目難題

在項(xiàng)目實(shí)施過程中,不可避免地會(huì)衍生出很多二級(jí)問題。在限的時(shí)間不可能對(duì)每一個(gè)細(xì)枝末節(jié)都深度細(xì)究。教師所選擇深度探究的問題,應(yīng)該具有普遍性、實(shí)踐性,有利于高階思維和綜合思維的培養(yǎng),有利于核心素養(yǎng)的提升。

3.1 解決問題一:根部缺氧——設(shè)計(jì)循環(huán)裝置

面對(duì)無土栽培一段時(shí)間后,植株生長(zhǎng)矮小的問題,學(xué)生通過商討發(fā)現(xiàn)其可能原因?yàn)橹参锔等毖?。因?需要對(duì)裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并調(diào)整,有的學(xué)生增加了循環(huán)管道,有的則增加了氣霧器。學(xué)生在課后根據(jù)設(shè)計(jì)圖,尋找合適的材料拼裝,及時(shí)調(diào)整。針對(duì)循環(huán)管道和氣霧器都需要電源的現(xiàn)實(shí)問題,學(xué)生提議用太陽能板蓄電以節(jié)省人力、物力、財(cái)力。

3.2 解決問題二:光線不足——自制補(bǔ)光燈

面對(duì)無土栽培一段時(shí)間后,有的植物葉色泛黃的問題。學(xué)生推測(cè),很有可能是植物長(zhǎng)期在室內(nèi),缺乏充足的陽光。教師可以引導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)查資料,了解光合作用中植物對(duì)不同波長(zhǎng)光的需求,自制補(bǔ)光燈,并購(gòu)置LED 燈珠、紅光和藍(lán)光燈珠等,學(xué)習(xí)電烙鐵技術(shù)。

3.3 解決問題三:病蟲害——配置波爾多液

面對(duì)無土栽培一段時(shí)間后,有的植株出現(xiàn)病蟲害的問題。教師可以指導(dǎo)學(xué)生自制大蒜水、洋蔥水、辣椒水等,成本低、效果好、對(duì)人無害的溶液進(jìn)行病蟲害的防治。教師還可以介紹并指導(dǎo)配置保護(hù)性的殺菌劑波爾多液,引導(dǎo)學(xué)生在此過程中學(xué)習(xí)使用天平、量筒,并鍛煉數(shù)學(xué)計(jì)算能力。

4 全面多元化開展項(xiàng)目評(píng)價(jià)

新課標(biāo)中關(guān)于評(píng)價(jià)的理念是學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)促發(fā)展?？鐚W(xué)科實(shí)踐活動(dòng)不同于常規(guī)課堂教學(xué)活動(dòng),持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、與其他學(xué)科關(guān)聯(lián)大,所以及時(shí)、全面、有效的評(píng)價(jià)有利于學(xué)生反思、調(diào)整與提高,有利于學(xué)生更加積極主動(dòng)地參與到活動(dòng)中,提高綜合素養(yǎng)。

4.1 評(píng)價(jià)內(nèi)容應(yīng)全面

跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)評(píng)價(jià)應(yīng)包含過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià),并以過程性評(píng)價(jià)為主。其中,過程性評(píng)價(jià)可以包括在整個(gè)無土栽培實(shí)踐過程中。教師需要對(duì)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性、勞動(dòng)能力、科學(xué)思維能力以及遇到困難反思與改進(jìn)的能力等多方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。對(duì)于無土栽培的終結(jié)性評(píng)價(jià),可以涉及裝置的設(shè)計(jì)思路、安裝的精細(xì)程度,植物生長(zhǎng)的狀態(tài)、收獲產(chǎn)品的多少等方面。

4.2 評(píng)價(jià)主體應(yīng)多元

在一段時(shí)間的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)中,學(xué)生本人在反思、同伴在合作、家長(zhǎng)在參與、老師在指引。不同角度的綜合評(píng)價(jià)更客觀、公正。教師可以從生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)評(píng)價(jià),即生命觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等不同的角度評(píng)價(jià),從而檢測(cè)教學(xué)目標(biāo)是否實(shí)現(xiàn),哪些方面是有效的,哪些方面還需要改進(jìn)。學(xué)生可以書寫學(xué)習(xí)心得,總結(jié)無土栽培的經(jīng)驗(yàn)與不足等方式進(jìn)行自評(píng)。在學(xué)生展示作品后,教師可以引導(dǎo)其他學(xué)生點(diǎn)評(píng)作品的優(yōu)點(diǎn)和不足,并給出建議。此外,家長(zhǎng)可以在帶孩子售賣無土栽培的青菜時(shí)結(jié)合其銷售情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。