聚焦跨學(xué)科概念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)施-以初中生物學(xué)“墨池華麗轉(zhuǎn)身”為例

聚焦跨學(xué)科概念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)施--以初中生物學(xué)“墨池華麗轉(zhuǎn)身”為例2022年4月21日,《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”)正式發(fā)布。本次課標(biāo)修訂中,課程理念的最大變化是內(nèi)容聚焦大概念、教學(xué)過程重實(shí)踐、學(xué)習(xí)主題為框架,呈現(xiàn)出內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、活動(dòng)實(shí)踐化、學(xué)科融合化的特點(diǎn)，特別需要關(guān)注的是不僅單列出了跨學(xué)科實(shí)踐主題，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用生物學(xué)、物理、技術(shù)和工程學(xué)等學(xué)科概念，以及“結(jié)構(gòu)與功能”“尺度、比例以及數(shù)量”“系統(tǒng)與模型”“物質(zhì)與能量”“因果關(guān)系”等跨學(xué)科概念，提升學(xué)生在真實(shí)情境中解決實(shí)際問題的綜合能力，并且要求將10%的國(guó)家課程時(shí)間用于跨學(xué)科的實(shí)踐提升。而聚焦跨學(xué)科概念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，可以為學(xué)生提供良好的跨學(xué)科實(shí)踐經(jīng)歷和體驗(yàn)，從上位的視角實(shí)現(xiàn)學(xué)科之間的深度融合，幫助學(xué)生建構(gòu)相應(yīng)的學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念，提升學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力，進(jìn)而發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)?？鐚W(xué)科概念是指在兩門或兩門以上的數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)學(xué)科中所涉及的共同概念。聚焦跨學(xué)科概念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)旨在打破學(xué)科壁壘，以跨學(xué)科概念為統(tǒng)領(lǐng),組織學(xué)生的跨學(xué)科實(shí)踐與探究，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)和素養(yǎng)發(fā)展。本文以“墨池華麗轉(zhuǎn)身”這一項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為例，圍繞“穩(wěn)定與變化”和“因果關(guān)系”兩個(gè)跨學(xué)科概念，從項(xiàng)目來源、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施、項(xiàng)目評(píng)價(jià)與反思等方面進(jìn)行項(xiàng)目回顧和分需要考慮多方面的因素,如課程標(biāo)準(zhǔn)的具體要求、相關(guān)的學(xué)科核心概念、學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展和能力水平、項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)意義和可操作性等。因此，本項(xiàng)目基于初中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中“生物與環(huán)境”學(xué)習(xí)主題的要求，選擇成都市第七中學(xué)校園文化因子之一——墨池，作為真實(shí)情境，將相關(guān)的核心概念“生態(tài)系統(tǒng)的組成及功能”“生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)”“生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)”按照其內(nèi)在邏輯關(guān)系，融入墨池改造的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，如圖1所示。期望學(xué)生在研究和改造墨池的項(xiàng)目活動(dòng)中深入學(xué)習(xí)“生物與環(huán)境”的相關(guān)知識(shí)，并進(jìn)一步聚焦跨學(xué)科概念——“因果關(guān)系”“穩(wěn)定與變化”的建構(gòu)，應(yīng)用生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科的方法改造墨池，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的深度學(xué)習(xí)。02項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施項(xiàng)目設(shè)計(jì)是指規(guī)劃整個(gè)項(xiàng)目的藍(lán)圖，包括明確項(xiàng)目目標(biāo)、規(guī)劃項(xiàng)目程序、定義項(xiàng)目產(chǎn)品、設(shè)計(jì)項(xiàng)目支架等。本項(xiàng)目借助“如何構(gòu)建相對(duì)穩(wěn)定平衡的生態(tài)系統(tǒng)”這一本質(zhì)問題，融合多學(xué)科概念和方法，用“如何讓墨池中的生物與周圍環(huán)境和諧共生?”這一驅(qū)動(dòng)問題，引發(fā)學(xué)生的科學(xué)調(diào)查、科學(xué)思考、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐探索和創(chuàng)造性的規(guī)劃。項(xiàng)目實(shí)施過程分為確定問題、借鑒經(jīng)驗(yàn)、考察分析、模型探究、實(shí)驗(yàn)探究、形成觀念、成果展示7個(gè)階段，以方法為手段，以跨學(xué)科概念為載體,以核心素養(yǎng)為內(nèi)涵，以成果為反饋，完成了此項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)，如圖2所示。一、確定問題，構(gòu)建問題系統(tǒng)高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)性問題是高質(zhì)量項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的基礎(chǔ)。從真實(shí)情境中的深度體驗(yàn)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生自發(fā)性問題——墨池的生態(tài)為什么不好？進(jìn)而剖析出本質(zhì)問題——如何構(gòu)建相對(duì)穩(wěn)定平衡的生態(tài)系統(tǒng)？最后形成驅(qū)動(dòng)性問題——如何讓墨池中的生物與周圍環(huán)境和諧共生？接著細(xì)化驅(qū)動(dòng)問題，對(duì)問題層層分解，形成問題系統(tǒng)：墨池中有哪些生物?墨池的水質(zhì)受哪些因素影響？墨池中的生物與環(huán)境有著怎樣的關(guān)系？如何提升墨池生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力?通過構(gòu)建問題系統(tǒng)，聚焦“因果關(guān)系”和“穩(wěn)定與變化”這兩個(gè)跨學(xué)科概念，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和發(fā)現(xiàn)問題的能力，,形成問題清單的成果。問題清單設(shè)計(jì)：（1）問題：確定研究的主問題，收集所有問題。（2）確定研究的子問題，根據(jù)研究方法（觀察法、實(shí)驗(yàn)法、調(diào)查法、分類法、文獻(xiàn)法等)對(duì)子問題進(jìn)行分類。二、借鑒經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建學(xué)科核心知識(shí)通過閱讀等多種方式獲取資源是構(gòu)建學(xué)科核心概念的重要手段。本項(xiàng)目實(shí)施過程中，首先借鑒城市湖泊生態(tài)修復(fù)典范——四川省成都市興隆湖的經(jīng)驗(yàn)，開展興隆湖調(diào)查訪談活動(dòng)。通過問題串引導(dǎo)、任務(wù)串驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生能夠多角度、多學(xué)科闡明并理解生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)整體，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用圖示或模型表示生態(tài)系統(tǒng)中各成分間的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系等，學(xué)生在建模生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)關(guān)系的過程中可以深入感悟“因果關(guān)系”和“穩(wěn)定與變化”的內(nèi)涵，認(rèn)識(shí)到生物與環(huán)境相互影響，相互依賴，互為因果，共同作用，以保證生態(tài)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)變化中保持相對(duì)的穩(wěn)定，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維、分類思想、系統(tǒng)觀念,最后形成興隆湖生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)查訪談任務(wù)單、調(diào)查分析報(bào)告等項(xiàng)目成果，見圖3、圖4、圖5。三、考察分析，多元化實(shí)踐調(diào)查、訪談等多元化實(shí)踐是豐富項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中學(xué)生實(shí)踐體驗(yàn)的有效途徑。通過訪談興隆湖水質(zhì)檢測(cè)中心的工作人員,學(xué)生知道了哪些生物可以清潔水源、如何抑制藻類過度繁殖、如何解決水中沉淀物等問題，有利于學(xué)生深入理解水生生物與水質(zhì)的關(guān)系，以及非生物因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。通過水質(zhì)檢測(cè)的深度體驗(yàn)，學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)了水質(zhì)檢測(cè)過程，能夠有意識(shí)地綜合運(yùn)用化學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)等多種學(xué)科方法解決實(shí)際問題，進(jìn)而讓學(xué)生遷移運(yùn)用相關(guān)知識(shí)和技能對(duì)學(xué)校墨池的水質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)和調(diào)查，在這個(gè)環(huán)節(jié)形成了訪談實(shí)踐報(bào)告等項(xiàng)目成果。由此可見，在調(diào)查和訪談過程中，學(xué)生不僅對(duì)生物學(xué)的核心概念“生態(tài)系統(tǒng)”有了更深入的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也感知體悟了“因果關(guān)系”“穩(wěn)定與變化”等跨學(xué)科概念。四、模型探究，提升學(xué)科核心能力“做中學(xué)”是高質(zhì)量項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的常態(tài)。在進(jìn)行大規(guī)模改造墨池生態(tài)系統(tǒng)之前，先讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)如何構(gòu)建穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)——自制生態(tài)瓶。在制作生態(tài)瓶的活動(dòng)中，通過自選材料，制作一個(gè)維持時(shí)間盡可能長(zhǎng)的生態(tài)瓶，應(yīng)用“穩(wěn)定與變化”等跨學(xué)科概念，引發(fā)學(xué)生思考：用什么材料和裝置來制作生態(tài)瓶？為什么？怎樣使生態(tài)瓶維持得更久？深度認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)的組成、生態(tài)系統(tǒng)的功能等本質(zhì)問題。學(xué)生嘗試應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性相關(guān)概念,結(jié)合生物學(xué)、工程學(xué)等跨學(xué)科概念設(shè)計(jì)并制作實(shí)物模型，在遷移中模仿解決真實(shí)情境中的實(shí)際問題。五、實(shí)驗(yàn)探究，滲透跨學(xué)科概念滲透跨學(xué)科概念是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的燈塔。遷移“因果關(guān)系”和“穩(wěn)定與變化”這兩個(gè)跨學(xué)科概念以及學(xué)科核心知識(shí)。通過借鑒興隆湖案例經(jīng)驗(yàn)，制作模型模仿真實(shí)情境后，學(xué)生開始利用顯微鏡、測(cè)量尺等工具對(duì)墨池開展宏觀和微觀的實(shí)踐探究。學(xué)生需要應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)和技能收集墨池的數(shù)據(jù)，如墨池的面積、地勢(shì)、光照、生物種類、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，為優(yōu)化墨池提供證據(jù)支持。在此過程中學(xué)生需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)計(jì)算不規(guī)則墨池的面積和體積,運(yùn)用地理學(xué)知識(shí)了解墨池的光照、地勢(shì)等環(huán)境條件，運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)了解墨池的生物種類，運(yùn)用化學(xué)知識(shí)檢測(cè)墨池的水體質(zhì)量。在實(shí)踐探究過程中培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)證據(jù)，基于證據(jù)和邏輯辯證地分析問題的實(shí)證精神，形成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、墨池分析報(bào)告等項(xiàng)目成果。六、形成觀念，發(fā)展高階認(rèn)知發(fā)展高階認(rèn)知是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的精髓。高階認(rèn)知包括問題解決、系統(tǒng)分析、決策、調(diào)研、實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)見等，其中創(chuàng)見是高階認(rèn)知的最高層次。認(rèn)同生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，且這種自我調(diào)節(jié)能力是有限的基礎(chǔ)上,將墨池與興隆湖相關(guān)數(shù)據(jù)比對(duì)，綜合“因果關(guān)系”和“穩(wěn)定與變化”的內(nèi)涵，根據(jù)實(shí)地考察的情況實(shí)施調(diào)控,在評(píng)價(jià)和修訂的過程中，利用工程學(xué)的知識(shí)對(duì)墨池進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，利用生物學(xué)的知識(shí)改善生物的種類和比例，利用物理和化學(xué)的方法改造墨池的水質(zhì)等，創(chuàng)造性地提出墨池生態(tài)系統(tǒng)的分析報(bào)告及優(yōu)化建議方案等，如圖6所示。七、成果展示，以終為始項(xiàng)目成果是學(xué)生認(rèn)知的外在表現(xiàn)形式，主要表現(xiàn)形式為個(gè)人成果和團(tuán)體成果結(jié)合，階段性成果和終結(jié)性成果結(jié)合，意識(shí)成果和實(shí)物成果結(jié)合。教師可以為學(xué)生設(shè)計(jì)預(yù)期成果，比如生物分類圖、生態(tài)系統(tǒng)各組成關(guān)系圖、生態(tài)瓶的制作、調(diào)查報(bào)告、墨池優(yōu)化方案等；還可以鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)設(shè)其他成果，比如該項(xiàng)目中學(xué)生探究形成了“不同土壤對(duì)水質(zhì)的影響”實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。以終為始是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)理念，通過評(píng)價(jià)對(duì)接學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果，以成果發(fā)布會(huì)的形式，將學(xué)生的全部或者部分成果進(jìn)行展示。在成果展示的過程中鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行鑒定、評(píng)價(jià)和復(fù)盤，提升項(xiàng)目實(shí)施的能力；通過繪圖、寫作、表達(dá)交流等方法，進(jìn)行保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)宣傳活動(dòng),使學(xué)生理解并認(rèn)同人類活動(dòng)可能對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響形成保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)識(shí)，并通過各種各樣的宣傳活動(dòng)傳播正確的生態(tài)觀，培養(yǎng)學(xué)生樂于探索、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，提升學(xué)生愛護(hù)生態(tài)、保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。03項(xiàng)目評(píng)價(jià)與反思遵循課標(biāo)中以評(píng)促學(xué)、以評(píng)促教，多元多樣的評(píng)價(jià)原則，將“穩(wěn)定與變化”“因果關(guān)系”等跨學(xué)科概念作為生發(fā)點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)出個(gè)人評(píng)價(jià)量表和團(tuán)體評(píng)價(jià)量表，如表1、表2所示。過程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相統(tǒng)一，個(gè)人評(píng)價(jià)量表分為項(xiàng)目成果和項(xiàng)目過程兩個(gè)方面，項(xiàng)目成果以項(xiàng)目產(chǎn)品作為量化的載體，以分層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施評(píng)價(jià)；項(xiàng)目過程旨在對(duì)思維、情感、意志、動(dòng)機(jī)、精神乃至身體等全方位投入的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，即從責(zé)任擔(dān)當(dāng)、幫助團(tuán)隊(duì)、尊重他人、研究方法和反思5個(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。遵循教育共同體的理念，自我評(píng)價(jià)和他人評(píng)價(jià)相統(tǒng)一，設(shè)置了自評(píng)、他評(píng)和師評(píng)多元的評(píng)價(jià)主體，不僅體現(xiàn)了學(xué)生的個(gè)體化、差異化、多樣化，還考慮到了小組間的團(tuán)