基于項目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實踐設(shè)計探索

摘要：本文圍繞“電子煙對人體健康是否有害”這一驅(qū)動性問題，引導(dǎo)學(xué)生在完成“辨煙”“探煙”“禁煙”三個任務(wù)的過程中，綜合運用生物學(xué)、物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等多學(xué)科知識，解決真實情境下的實際問題，從而提高學(xué)生知識遷移和問題解決的能力，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維和核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：項目式學(xué)習(xí)；跨學(xué)科實踐；電子煙；人體健康

文章編號；1003-7586（2024）05-0025-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1主題的確立

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022年版）》在課程設(shè)計思路上以“學(xué)習(xí)主題為框架”，設(shè)置了“生物學(xué)與社會·跨學(xué)科實踐”學(xué)習(xí)主題，旨在引導(dǎo)學(xué)生綜合運用生物學(xué)、化學(xué)、物理、地理、數(shù)學(xué)等學(xué)科的相關(guān)知識和方法，嘗試分析和解決實際問題。而項目式學(xué)習(xí)是打破學(xué)科壁壘，實現(xiàn)學(xué)科融合，開展跨學(xué)科實踐的良好載體。

隨著電子煙市場的快速開拓與發(fā)展，學(xué)生發(fā)現(xiàn)身邊出現(xiàn)很多吸食電子煙的例子，甚至私下有學(xué)生購買電子煙來吸食。探究電子煙對人體健康的危害既能幫助學(xué)生形成“人體通過呼吸系統(tǒng)完成與外界的氣體交換”“人體通過循環(huán)系統(tǒng)進行體內(nèi)物質(zhì)的運輸”“生活習(xí)慣以及行為選擇能夠影響人體健康”等生物學(xué)重要概念，又能提升學(xué)生利用多學(xué)科的知識與方法解決實際問題的能力。

基于以上理念，本文圍繞“電子煙對人體健康是否有害”這一驅(qū)動性問題設(shè)計項目活動，通過豐富的活動內(nèi)容和多樣的活動形式，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動力，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，促進學(xué)科知識深度融合，在解決真實的問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維和核心素養(yǎng)。

2學(xué)情調(diào)研與子問題的確定

2.1學(xué)生問卷調(diào)查

學(xué)生設(shè)計調(diào)查問卷，并發(fā)布給初二級部學(xué)生，調(diào)查問卷及數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

2.2調(diào)查結(jié)果分析與子問題的確定

通過調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)81.05％的受訪學(xué)生知曉電子煙的存在，但66.01％的學(xué)生表示并不了解電子煙的具體情況。此外，87.58％的學(xué)生認為電子煙會對人體健康產(chǎn)生影響，但61.88％的學(xué)生并不清楚電子煙的具體危害。此外，45.1％的學(xué)生不清楚電子煙與傳統(tǒng)香煙相比，哪一種更具危害性。可見，通過問卷分析可知，部分學(xué)生并不了解電子煙對人體健康的具體危害，只是通過新聞報道等渠道了解到電子煙對人體健康有影響，同時對香煙與電子煙對人體健康危害的區(qū)別并不了解。基于以上分析，結(jié)合學(xué)生興趣，本項目將驅(qū)動性問題分解為三個子問題：電子煙與香煙的區(qū)別是什么？電子煙對身體健康的具體危害有哪些？在校園內(nèi)如何有效開展“禁煙行動”？

3項目學(xué)科融合點

要探究電子煙對人體健康的具體危害，需要學(xué)生設(shè)計并制作煙霧收集裝置，同時需要測定煙油溶液與煙草浸出液對水蚤心率的影響。該項目除了涉及生物學(xué)相關(guān)知識外，還涉及數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、化學(xué)、物理等學(xué)科的相關(guān)知識，學(xué)生確定項目主題后，梳理出該項目涉及的各學(xué)科任務(wù)（見表2）。

4項目活動設(shè)計與成果呈現(xiàn)

4.1項目設(shè)計框架

該項目充分考慮項目式學(xué)習(xí)的特點與該項目的學(xué)習(xí)目標，圍繞驅(qū)動問題，在三個子問題的指引下，設(shè)計了層層遞進的項目任務(wù)——“辨煙”“探煙”“禁煙”，引導(dǎo)學(xué)生跨學(xué)科運用知識與技術(shù)，親身體驗問題解決的過程，學(xué)會在任務(wù)中遷移知識，從而培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。項目整體設(shè)計如圖1所示。

4.2項目實施中遇到的問題與項目方案的修訂

4.2.1實驗材料的選擇

學(xué)生經(jīng)過查閱資料，發(fā)現(xiàn)香煙與電子煙煙霧中的尼古丁可溶于水，香煙煙霧中的主要有害物質(zhì)一氧化碳、焦油不溶于水，所以使用煙霧溶解液的意義不大，最后選取煙草浸出液與煙油溶液進行實驗。

4.2.2實驗對象的選擇

初次實驗中，研究小組選擇了通體透明的玻璃拉拉魚作為研究對象，主要基于其身體透明、體型較大以及心臟跳動明顯的特點，有利于簡單快速地進行心率計數(shù)。然而，在實施實驗過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)玻璃拉拉魚對水質(zhì)要求較高，在煙草提出液和不同濃度的煙油溶液中，生存時間不足30s，顯微鏡觀察下心率明顯下降，甚至出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。學(xué)生通過預(yù)實驗選用環(huán)境敏感性更低的水蚤作為實驗對象，以提高實驗的可靠性與可重現(xiàn)性。經(jīng)驗證，發(fā)現(xiàn)水蚤在煙草浸出液與不同濃度的煙油溶液中5min仍然活動如常，滿足實驗要求。

4.2.3溶液濃度的選擇

學(xué)生經(jīng)詢問化學(xué)教師，利用化學(xué)中的定容法配制體積分數(shù)分別為1％、5％的煙油溶液。將水蚤置于兩種濃度的煙油溶液中5 min，顯微鏡下觀察心率，發(fā)現(xiàn)在5％煙油溶液中的水蚤心跳停止、死亡，而1％煙油溶液中的水蚤狀況良好且比在清水中時心率明顯升高。于是，項目組成員確定實驗用煙油溶液的體積分數(shù)分別為0.1％、0 2％、0.4％、0.6％、1％。

4.2.4水蚤心率的計數(shù)

項目組成員在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)水蚤個體只有2-3 mm，同時心臟跳動很快，不易計數(shù)。學(xué)生查閱資料發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)記錄水蚤心率的方法是打點計數(shù)法。學(xué)生經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)在快速打點時，有的點會重疊在一起，有的點沒有在紙上留下明顯痕跡，從而造成實驗誤差。有學(xué)生提出，可以用手機拍攝水蚤10 s，然后使用手機上慢倍速播放功能播放錄下的視頻，根據(jù)視頻來數(shù)出水蚤心率。成員們經(jīng)過實踐，發(fā)現(xiàn)這種方法既能記錄實驗實時數(shù)據(jù)，又能較精準地記錄水蚤心率，于是確定了用該方法為水蚤心率計數(shù)。

4.3項目關(guān)鍵成果呈現(xiàn)

4.3.1煙霧收集器

如何設(shè)計并制作煙霧收集器呢？學(xué)生運用物理學(xué)中的壓力差和容積變化的原理，想到可以通過不斷增大裝置內(nèi)氣體的體積，減小裝置內(nèi)氣壓，使得裝置內(nèi)氣壓小于外界氣壓，從而使空氣經(jīng)過香煙和電子煙進入裝置中，實現(xiàn)抽吸的效果。在這一理論的指導(dǎo)下，學(xué)生設(shè)計并制作了煙霧收集器，如圖2所示。

在實驗過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，煙霧收集器的密封效果直接影響實驗效果，所以瓶蓋開口應(yīng)盡量與香煙、電子煙直徑相近，瓶底下方開口應(yīng)與軟管直徑相近，最好用熱熔膠槍將礦泉水瓶與軟管接口處密封。使用時，用止水夾夾住下方軟管，在瓶內(nèi)接人適量的水，瓶蓋上方插入香煙或電子煙，打開止水夾，隨著瓶內(nèi)水的流出，瓶內(nèi)氣壓減小，從而將煙霧“吸”人瓶中。

4.3.2實驗分析報告

學(xué)生對比觀察煙霧收集器瓶口的棉花，發(fā)現(xiàn)電子煙中由于不含焦油，沒有在棉花上留下痕跡，而香煙由于含有焦油，在棉花上留下明顯的黃色痕跡。成員們結(jié)合所學(xué)知識，分析焦油會沿呼吸道附著于肺泡，進而影響肺泡與血液的氣體交換過程，從而導(dǎo)致肺換氣功能障礙，長期大量吸煙所產(chǎn)生的焦油甚至?xí)T發(fā)肺癌。

那么，電子煙不含焦油，就對呼吸系統(tǒng)沒有影響了嗎？學(xué)生通過查閱資料，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)電子煙都通過添加二乙酰增味劑，使電子煙具有類似黃油的口味，這種化學(xué)物質(zhì)會通過呼吸道進入肺部，造成閉塞性細支氣管炎——“爆米花肺”。這一疾病輕則導(dǎo)致患者呼吸受阻，重則導(dǎo)致肺組織纖維化，使肺功能喪失，甚至致人死亡。因此，吸食電子煙同樣會危害人的呼吸系統(tǒng)。

學(xué)生對水蚤進行實驗，發(fā)現(xiàn)在煙草浸出液與1％煙油溶液中，水蚤心率有不同程度的加快。在一定范圍內(nèi)，隨煙油溶液濃度的增加，水蚤心率呈現(xiàn)上升趨勢，但高濃度煙油溶液會導(dǎo)致水蚤死亡（見圖3）。即香煙與電子煙都會影響循環(huán)系統(tǒng)，其中所含的尼古丁會加快心率，增高血壓，過量的尼古丁會致人死亡。

4.4項目活動評價

項目組成員根據(jù)項目開始前制定的評價量規(guī)進行自評，并上臺交流分享參與跨學(xué)科實踐項目的經(jīng)驗與反思，筆者也基于評價量規(guī)對成員們的表現(xiàn)進行評價，并針對項目任務(wù)進程中成員們表現(xiàn)的優(yōu)勢與不足進行總結(jié)，評價量規(guī)如表3所示。

5反思

優(yōu)秀的驅(qū)動問題是跨學(xué)科實踐項目成功的重要條件。驅(qū)動問題的設(shè)計要基于各學(xué)科的課程標準，能夠反映學(xué)生需要掌握的基本知識和技能，具有發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)和學(xué)科能力的價值。同時，問題的選取要貼合學(xué)生的生活實際，找準學(xué)生的興趣點，具有一定的開放性和挑戰(zhàn)性。驅(qū)動問題確定后，教師要精心思索如何將其分解為相關(guān)的子問題鏈并轉(zhuǎn)化為任務(wù)鏈。

在項目實踐過程中，教師要做好“觀察者”，根據(jù)學(xué)生的實際體驗和項目實踐需求，為學(xué)生提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)生順利完成項目，形成物化的產(chǎn)品和成果并進行展示交流。教師通過項目成果來判斷學(xué)生在項目學(xué)習(xí)中對知識、概念的掌握程度以及關(guān)鍵能力的發(fā)展?fàn)顩r，通過評價來促進學(xué)生的總結(jié)與反思。學(xué)生在項目活動中，除了應(yīng)用本學(xué)科的核心知識外，還要自主調(diào)用多學(xué)科的知識與方法，在真實情境中體驗解決問題的過程，最終促進其核心素養(yǎng)的發(fā)展。