核心素養(yǎng)視域下初中科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的策略及有效性研究
——以“腐殖酸濃度對(duì)青菜幼苗生長(zhǎng)的影響”為例

浙江省杭州市丁荷中學(xué) 王豪鐘

中學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容量大、覆蓋面廣，但受到教學(xué)課時(shí)、教學(xué)進(jìn)度等因素限制，課堂的科學(xué)實(shí)驗(yàn)等深度體驗(yàn)式學(xué)習(xí)開(kāi)展受限，進(jìn)而影響到學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)亦是一種教學(xué)方法，即學(xué)生在一定時(shí)間段內(nèi)通過(guò)對(duì)真實(shí)的、復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行探究，并從中獲得知識(shí)、技能、態(tài)度，實(shí)現(xiàn)自我發(fā)展的過(guò)程。科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的不足，給學(xué)生搭建了展現(xiàn)自我的平臺(tái)，以建構(gòu)主義教學(xué)理論為基礎(chǔ)，以創(chuàng)設(shè)情境、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、探究問(wèn)題、自主學(xué)習(xí)來(lái)驅(qū)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)和技能的掌握，有利于落實(shí)核心素養(yǎng)的培育。

一、科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的育人價(jià)值

（一）是課堂教學(xué)延伸的有效補(bǔ)充

科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是學(xué)生基于真實(shí)情境、通過(guò)已學(xué)知識(shí)主動(dòng)探索現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題和挑戰(zhàn)的學(xué)習(xí)。由于實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)完成的實(shí)驗(yàn)等學(xué)習(xí)內(nèi)容亟須科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的補(bǔ)充。例如“探究食物的腐敗和霉菌的形成”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，僅靠課堂教學(xué)時(shí)間實(shí)驗(yàn)效果不佳，但在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生可將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外探究活動(dòng)有機(jī)結(jié)合，以課內(nèi)知識(shí)驅(qū)動(dòng)課外實(shí)驗(yàn)，持續(xù)觀察霉菌的形成過(guò)程，解決了教學(xué)內(nèi)容與課時(shí)有限之間的矛盾，能為課堂教學(xué)做有益的補(bǔ)充與延伸。

（二）是學(xué)科素養(yǎng)培育的有效路徑

“科學(xué)觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度”是初中科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)維度。其中，通過(guò)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)而開(kāi)展的科學(xué)探究是落實(shí)核心素養(yǎng)、激發(fā)學(xué)生求知欲、培養(yǎng)高階思維的重要途徑。學(xué)生參與學(xué)習(xí)的過(guò)程要將學(xué)科素養(yǎng)滲透在“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方案設(shè)計(jì)與實(shí)施、學(xué)習(xí)報(bào)告撰寫(xiě)、學(xué)習(xí)交流與評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)。如在學(xué)校的農(nóng)場(chǎng)中測(cè)量山羊質(zhì)量的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，第一步是學(xué)生尋找方案實(shí)施的理論依據(jù)，從成本、便捷程度等因素綜合分析方案的可行性，并完成學(xué)習(xí)方案設(shè)計(jì)；第二步是學(xué)生以小組為單位交流學(xué)習(xí)方案，并重點(diǎn)闡述方案的可行性；第三步是在交流基礎(chǔ)上，通過(guò)比較、分析和論證獲得最佳學(xué)習(xí)方案并按計(jì)劃實(shí)施。綜上所述，學(xué)習(xí)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、綜合分析、語(yǔ)言表達(dá)、實(shí)踐操作能力，有利于促進(jìn)學(xué)生科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。

（三）是學(xué)科育人浸潤(rùn)的有效生成

科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)亦是實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人的重要途徑，其能在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和自信心的培養(yǎng)方面完善學(xué)生的人格發(fā)展?？茖W(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)真正做到了從形式到內(nèi)涵的“因材施教”，通過(guò)激發(fā)初中生的求知欲和好奇心，轉(zhuǎn)變灌輸式教學(xué)為主動(dòng)性學(xué)習(xí)，學(xué)生可以自我創(chuàng)造地展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性的發(fā)展，并從中增強(qiáng)自我認(rèn)同感和歸屬感。學(xué)科自信促成學(xué)習(xí)自信，進(jìn)而延展了學(xué)習(xí)的積極影響。另外，通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)還可以滲透環(huán)保、綠色等其他教育。如開(kāi)展“空氣中固體塵埃顆粒調(diào)查”“區(qū)域水資源調(diào)查活動(dòng)”，學(xué)生從中通過(guò)走訪環(huán)保部門(mén)、周邊居民等形式進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的宣傳與調(diào)查，在“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、尋找原因、問(wèn)題解決”的過(guò)程中做到了學(xué)以致用，并達(dá)成環(huán)保教育的目標(biāo)。

二、科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)原則

（一）契合初中生的身心發(fā)展特點(diǎn)

皮亞杰認(rèn)為，“認(rèn)知發(fā)展是指?jìng)€(gè)體自出生后在適應(yīng)環(huán)境的活動(dòng)中，對(duì)事物的認(rèn)知及面對(duì)問(wèn)題情境時(shí)的思維方式與能力表現(xiàn)，隨年齡增長(zhǎng)而改變的歷程”。初中生的思維已發(fā)展到抽象邏輯水平層面，對(duì)科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的過(guò)程不是單一的教師向?qū)W生傳遞知識(shí)的過(guò)程，更重要的是學(xué)生通過(guò)教師的指導(dǎo)自主構(gòu)建知識(shí)的過(guò)程。因此，科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)應(yīng)凸顯學(xué)生的主體地位，符合初中生的認(rèn)知水平。應(yīng)符合學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”原則，既讓學(xué)生可以通過(guò)自主參與活動(dòng)實(shí)現(xiàn)發(fā)展，又體現(xiàn)一定層次的發(fā)展目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)習(xí)的育人價(jià)值。如“鐵絲生銹條件”項(xiàng)目，是學(xué)生較為熟悉的探究課題，符合學(xué)生的已有認(rèn)知水平。通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生可在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上形成系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)識(shí)，進(jìn)而達(dá)成目標(biāo)。

（二）順應(yīng)初中生的生活經(jīng)驗(yàn)邏輯

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開(kāi)展的目的是引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)課堂教學(xué)內(nèi)容去深度理解日常生活中的現(xiàn)象，能夠發(fā)揮“橋梁式”的銜接作用。因此，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)來(lái)源于學(xué)生的生活邏輯，以現(xiàn)實(shí)生活提供活動(dòng)來(lái)源，以凝練生活升華活動(dòng)價(jià)值。如探究如何使花的顏色發(fā)生變化、自制汽水、種子發(fā)芽率的測(cè)定、酸堿指示劑的制作、草木灰中提取碳酸鉀等項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。上述學(xué)習(xí)均可以在學(xué)生的生活中找到仿真的情境和現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)來(lái)源，家校的聯(lián)系緊密，實(shí)驗(yàn)資源的整合難度小、成本低，進(jìn)而能讓學(xué)生貼近生活，在生活中深度領(lǐng)悟科學(xué)，在感性體驗(yàn)中獲得高于生活的理性認(rèn)知。

（三）著眼初中生的創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)

創(chuàng)新意識(shí)是決定一個(gè)國(guó)家、民族創(chuàng)新能力最直接的精神力量，更是個(gè)人生存與發(fā)展的重要標(biāo)識(shí)。而科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施應(yīng)著眼于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。杜威主張從“做中學(xué)”培養(yǎng)人的創(chuàng)新意識(shí)，這與科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)不謀而合。創(chuàng)新意識(shí)在學(xué)習(xí)中可表現(xiàn)為學(xué)生不滿(mǎn)足于現(xiàn)有狀態(tài)，敢于打破原有框架，探索新的認(rèn)知路徑或方法。因此，科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)應(yīng)抓住基于學(xué)習(xí)本身的某種“狀態(tài)”“框架”“路徑”“方法”等點(diǎn)位創(chuàng)新，并以此為突破口，以“點(diǎn)”連“線”、以“點(diǎn)”蓋“面”，通過(guò)整體性的學(xué)習(xí)方案設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

（四）守住初中生的健康成長(zhǎng)底線

科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)難免存在一定的危險(xiǎn)因素，這是設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的首要考慮因素，是必須守住的底線。因此，在設(shè)計(jì)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)時(shí)要預(yù)設(shè)潛在的危險(xiǎn)狀況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育和急救知識(shí)培訓(xùn)，對(duì)家庭環(huán)境做好預(yù)案。如涉及使用易腐藥品時(shí)，要強(qiáng)調(diào)防護(hù)措施的重要性，如戴上橡膠手套、護(hù)目鏡等。如果是校內(nèi)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，則應(yīng)有教師在旁指導(dǎo)。家庭項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開(kāi)展，則要發(fā)放《安全操作事項(xiàng)告家長(zhǎng)書(shū)》，必要時(shí)需家長(zhǎng)陪同完成。

三、科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)和實(shí)施

基于科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的育人價(jià)值和設(shè)計(jì)的原則，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，設(shè)計(jì)和實(shí)施科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可遵循一定的實(shí)施流程（見(jiàn)圖1），具體步驟分為概念確定、解構(gòu)理解、關(guān)鍵問(wèn)題、活動(dòng)設(shè)計(jì)、活動(dòng)評(píng)價(jià)五個(gè)環(huán)節(jié)。

筆者曾針對(duì)八年級(jí)學(xué)生做了如下教學(xué)嘗試，在學(xué)習(xí)了“生長(zhǎng)素濃度對(duì)植物生長(zhǎng)的影響”的教材內(nèi)容后，開(kāi)展以校內(nèi)屋頂農(nóng)場(chǎng)為研究基地的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)。該活動(dòng)的設(shè)計(jì)基于“自然界中的物質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響”這一學(xué)科大概念，設(shè)計(jì)了“腐殖酸濃度對(duì)青菜幼苗生長(zhǎng)的影響”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，下文以此為例具體闡述實(shí)施流程（見(jiàn)表1）。

表1 “腐殖酸濃度對(duì)青菜幼苗生長(zhǎng)的影響”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)施流程

四、科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)有效性研究

在該項(xiàng)目式學(xué)習(xí)完成后，筆者選取同年級(jí)、班級(jí)人數(shù)相同、班內(nèi)男女生人數(shù)一致且期末科學(xué)學(xué)科總分統(tǒng)測(cè)成績(jī)相近的兩個(gè)班級(jí)作為研究對(duì)象，一個(gè)班級(jí)采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，另一個(gè)班級(jí)實(shí)施科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)模式，對(duì)實(shí)施結(jié)果，包括遷移效果、認(rèn)知負(fù)荷和主觀收獲進(jìn)行比較研究。

（一）研究方法和工具

表2 噴灑不同濃度煙草浸出液對(duì)平均芽長(zhǎng)和萌發(fā)率的影響

一是進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)遷移后測(cè)題的測(cè)量。遷移能力被認(rèn)為是“將在一個(gè)情境中學(xué)到的東西遷移到新情境”的能力。因此，根據(jù)“自然界中的物質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響”的主要大概念，筆者設(shè)計(jì)了“煙草浸出液對(duì)玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響”這一實(shí)驗(yàn)探究遷移后測(cè)題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行紙筆測(cè)驗(yàn)。遷移后測(cè)題：小明通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究“煙草浸出液濃度對(duì)玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響”，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用煙草、蒸餾水配置煙草浸出液（原液），視濃度為100%，再通過(guò)蒸餾水對(duì)原液進(jìn)行稀釋得到濃度為70%、40%的煙草浸出液；②取四個(gè)相同規(guī)格的培養(yǎng)皿，分別編號(hào)A、B、C、D，并在培養(yǎng)皿內(nèi)鋪等量消毒后的干棉花；③每個(gè)培養(yǎng)皿中放入20 粒玉米種子并蓋上蓋子；④每天同一時(shí)間向培養(yǎng)皿中噴灑等量、對(duì)應(yīng)濃度的煙草浸出液，記錄數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)5 天的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

回答問(wèn)題：（1）培養(yǎng)皿編號(hào) （選填字母）組是本實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組。（2）步驟②中不預(yù)先濕潤(rùn)棉花的原因是 。步驟③中培養(yǎng)皿中放的玉米種子，選擇時(shí)，除考慮飽滿(mǎn)程度、大小、形態(tài)相似外，還必須要求其不處于 期。（3）本實(shí)驗(yàn)通過(guò) 來(lái)判斷煙草浸出液濃度對(duì)玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響；分析表中數(shù)據(jù)，你能得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論有 （寫(xiě)出一條）。

二是進(jìn)行認(rèn)知負(fù)荷問(wèn)卷的測(cè)量，即就“腐殖酸濃度對(duì)青菜幼苗生長(zhǎng)的影響”主題，采用傳統(tǒng)講授和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式對(duì)于心理認(rèn)知負(fù)荷上的影響進(jìn)行調(diào)查。筆者使用的測(cè)量工具是以約翰·斯威勒（John Sweller）和弗雷德G·W·C·帕斯（Fred G.W.C.Paas）等人已有的量表為基礎(chǔ)，結(jié)合李克特五點(diǎn)積分法改編的量表，涵蓋心理努力、心理負(fù)荷兩個(gè)維度，共計(jì)8 道題目。兩個(gè)維度的克隆巴赫系數(shù)值分別為0.81 和0.83，題項(xiàng)分別為：“本主題學(xué)習(xí)內(nèi)容在我看來(lái)很難”“我要花費(fèi)很多精力解決本主題內(nèi)容中的問(wèn)題”“對(duì)我來(lái)說(shuō)，解決本主題中的問(wèn)題很麻煩”“在本主題學(xué)習(xí)中解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，我感到無(wú)比沮喪”“我沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)解決本主題學(xué)習(xí)中的問(wèn)題”和“本主題學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式和教學(xué)方式，給我造成了極大的負(fù)擔(dān)”“本主題學(xué)習(xí)中，為完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，我必須付出更多的努力”“本主題學(xué)習(xí)中的教學(xué)方式我無(wú)法理解”。

表3 獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)匯總表

三是進(jìn)行主觀收獲調(diào)查。通過(guò)開(kāi)放題“學(xué)習(xí)了‘腐殖酸濃度對(duì)青菜幼苗生長(zhǎng)的影響’這節(jié)課后，你有何感想和收獲？”收集學(xué)生的主觀感受，并對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行歸類(lèi)統(tǒng)計(jì)。

（二）研究結(jié)果

1.遷移效果評(píng)價(jià)。選取同年級(jí)、班級(jí)人數(shù)相同、班內(nèi)男女生人數(shù)一致的兩個(gè)班級(jí)為研究對(duì)象，通過(guò)前述3 道反饋檢測(cè)題，對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)班與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)班進(jìn)行了獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

上述檢驗(yàn)結(jié)果，Sig 值為0.027，小于0.05，說(shuō)明兩者間存在顯著性差異，這就說(shuō)明項(xiàng)目式教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生的遷移能力具有正向影響作用。

2.認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量結(jié)果。筆者通過(guò)方差分析發(fā)現(xiàn)，在認(rèn)知負(fù)荷上，2 個(gè)班級(jí)的學(xué)生沒(méi)有顯著差異。就整體而言，2 個(gè)班級(jí)的學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷都相對(duì)較低（小于 3 分，共 5 分）。但是，筆者通過(guò)比較均值發(fā)現(xiàn)，心理負(fù)荷維度上，進(jìn)行科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)班級(jí)分?jǐn)?shù)為1.85，傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)分?jǐn)?shù)為1.97；在心理努力維度上，進(jìn)行科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)班級(jí)分?jǐn)?shù)（0.74）低于傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)分?jǐn)?shù)（0.76）。

3.主觀收獲評(píng)價(jià)。在課后對(duì)學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，讓學(xué)生用幾個(gè)關(guān)鍵詞談?wù)務(wù)n后感受。排名前三的關(guān)鍵詞如表4 所示。

表4 主觀感受的關(guān)鍵詞和人次

傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生首要關(guān)注的是“學(xué)習(xí)知識(shí)”和“思考”這兩個(gè)關(guān)鍵詞，這反映了學(xué)生心中對(duì)“知識(shí)認(rèn)知”的理解程度較高。而“難”這一關(guān)鍵詞，反映了學(xué)生對(duì)科學(xué)探究等高階思維活動(dòng)的畏難心理。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中學(xué)生首要關(guān)注的是“合作”“實(shí)踐動(dòng)手”這兩個(gè)關(guān)鍵詞，這是學(xué)生基于“元認(rèn)知和情感系統(tǒng)支持”的學(xué)習(xí)過(guò)程。而關(guān)鍵詞“思考”則證明了認(rèn)知的過(guò)程是“螺旋式上升”的，這種學(xué)習(xí)過(guò)程的“反復(fù)”有利于高階思維的培養(yǎng)。

科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，其對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育具有重要的意義。教師在設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持以生為本的原則，注重活動(dòng)設(shè)計(jì)與學(xué)生的生活邏輯的一致性，著眼創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，守住“安全”這一學(xué)習(xí)的底線。實(shí)施的過(guò)程可參考“概念確定、解構(gòu)理解、關(guān)鍵問(wèn)題、活動(dòng)設(shè)計(jì)、活動(dòng)評(píng)價(jià)”的流程，并注重關(guān)注項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的有效性，最終讓學(xué)科育人得以落地，促進(jìn)科學(xué)教學(xué)。