理化生融合項目式學習實踐可行性研究

□穆 銘

項目式學習將理論與實踐相結合，讓學生學習相關概念、知識、原理，同時指向問題解決，在不斷地探索、發現、解決問題的過程中發展學生的綜合能力，培育學生的精神品質，其培養目標可解構為基礎知識、綜合能力、精神品質三個方面，科學領域物理、化學、生物三門學科的核心素養有很多共通之處，可將其解構整合為科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個維度，四者相互滲透、螺旋上升。

理化生融合項目式學習是指涉及物理、化學、生物三門或者其中兩門學科與課程標準緊密結合的項目式學習，通過理化生融合項目式學習達成科學領域學科核心素養，進而促進學生發展核心素養的培育具有較高的理論價值，本研究是對此成果的進一步補充與深化。

一、研究背景

（一）政策背景

為進一步深化基礎教育領域的綜合改革，促進中小學生健康、全面發展，北京教委于2015 年7 月頒布了 《北京市實施教育部 〈義務教育課程設置實驗方案〉 的課程計劃（修訂）》，明確提出在義務教育階段開設的各課程要關注課程的整體育人功能以及學科內、學科間的聯系與整合，加強綜合實踐活動課程的開發與實施。2019 年6月，中共中央、國務院頒布了 《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》，明確提出義務教育階段優化教學方式，堅持教學相長，注重啟發式、互動式、探究式教學，重視情境教學，探索基于學科的課程綜合化教學，開展研究型、項目化、合作式學習。2019 年6 月，國務院辦公廳印發的 《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》 也明確提出深化課堂教學改革，積極探索基于情境、問題導向的互動式、啟發式、探究式、體驗式等課堂教學，注重加強課題研究、項目設計、研究性學習等跨學科綜合性教學。2021 年3 月，教育部、中共中央組織部、中央編辦、國家發展改革委、財政部、人力資源社會保障部等六部門聯合印發 《義務教育質量評價指南》 評價關鍵指標“優化教學方式”明確提出將鼓勵教師改進和創新教育教學方法，注重啟發式、互動式、探究式教學，強化實踐育人，培養學生的社會責任感、創新精神和實踐能力作為考查要點。

（二）時代背景：培育核心素養

核心素養已經引起了國內外的廣泛重視，經濟合作與發展組織界定核心素養強調發展知識、技能、態度在情境中的可應用性，我國的定義更加突出在學校教育中應該培養出的學生必備品格與能力，分為文化基礎、自主發展、社會參與三個方面，核心是以“立德樹人”為基礎，培養全面發展的人。

學科核心素養是在學段中發展學生核心素養的重要依托，物理學科核心素養為物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任；化學學科核心素養為變化觀念與平衡思想、宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任；生物學科核心素養為生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任。三學科核心素養均從科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任四方面提出，存在非常多的共通之處。

理化生融合項目式學習是深化教育教學改革、順應教育規律的需要，是學生全面發展、順應人才成長規律的需要，也是學科自身創新發展的需要。

二、理化生融合項目式學習內涵及價值

（一）理化生融合項目式學習內涵

項目式學習是一種新興的教育手段，包含“做中學”“建構主義”“實用主義”等教育理念，引導學生以小組合作的方式，將理論學習與實踐學習相結合，解決一個真實世界中復雜的、具有挑戰性的問題，或完成一項源自真實世界需要深度思考的任務，[1]在解決問題或完成任務的過程中得到知識、技能、思維等發展，其每一個學習環節都是建立在學生對問題的觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的基礎之上的，這些思維方式是理性思維的具體體現，[2]強調學生的自我導向學習能力，倡導學生和教師共同做出決策，[3]注重研究性學習的具體實踐，通過信息的獲取、加工、交流、評價、反思，達到關注社會問題、提升學科核心素養的目的。[4]

理化生融合項目式學習涉及物理、化學、生物三門或者其中兩門學科，與課程標準緊密結合，既指向學生個性的發展又指向學生社會性的生成。[5]

（二）理化生融合項目式學習理論價值

理化生學科核心素養均是從科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個維度提出，有必要將其融合來看，以期以點帶面、以一帶三地發展學生的核心素養；理化生很多知識與技能是相輔相成、相互依托、相互促進的，很多原理也是相通的，科學本身就是一個整體；真實情境中的問題解決或任務完成，具有綜合性、復雜性的特點，往往需要涉及多學科的知識、技能。

項目式學習的三個目標，分別為掌握基礎知識、發展綜合能力、培育精神品質；科學領域學科核心素養整合解構為科學觀念、思維探究（將科學思維、科學探究兩個維度整合為思維探究）、社會責任三個方面；學生發展核心素養包括文化基礎、自主發展、社會參與三個維度。理化生融合項目式學習使學生深入學習相關基礎知識，促進學生科學觀念的達成，進而促進文化基礎的發展；學生通過不斷地探索、發現、解決真實情境問題，鍛煉了設計能力、執行能力、反思能力及貫穿始終的思維能力，促進了科學思維、科學探究維度的發展，指向自主發展；小組合作解決問題、生產產品，端正科學態度、培育精神品質促進社會責任維度的發展，指向社會參與，如圖1 所示。[6]

圖1 項目式學習與科學學科核心素養培養融合圖

三、理化生融合項目式學習實踐可行性實證研究

（一）問卷信效度分析

編輯問卷“理化生融合式項目式學習的實踐可行性調查”，向北京市某區高中生發放，回收問卷254 份，有效問卷226 份，通過SPSS 軟件對問卷調查結果統計分析，信度系數值為0.988，大于0.9，刪除題項后信度系數值并不會明顯提高，數據信度質量高，可用于進一步分析。將問題5 到20 綜合解構為十個維度，分別為基礎知識、綜合能力、精神品質、科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任、文化基礎、自主發展、社會參與。對該十個維度的問題進行效度分析，所有研究項對應的共同度值均高于0.4，KMO 值為0.940，大 于0.6，數據效度高。

（二）參加情況、意愿類型頻數分析

筆者對學生是否參加過不僅涉及物理、化學、生物中的某一學科而是涉及兩學科或三學科的項目式學習進行調查，有大約三分之二的同學參加過不止涉及某一學科的項目式學習，有不到三分之一的同學表示“從來沒參加過”，筆者在編輯問卷時，設置了“跳轉邏輯”，即當學生在做答問題3 時選擇“從來沒參加過”，自動結束作答，以確保后續調查具有有效性。筆者對學生更愿意參與哪一類型的項目式學習進行調查，51.3%的意愿類型為涉及物理與生物、物理與化學、化學與生物兩學科交叉融合的，涉及物理、化學、生物三學科交叉融合的意愿比例是33.3%，即有84.61%的學生更愿意上涉及學科交叉的項目式學習課程，且更多的學生選擇涉及兩學科的。

（三）描述性分析

筆者將問題5 到20 綜合解構為十個維度，分別為基礎知識、綜合能力、精神品質、科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任、文化基礎、自主發展、社會參與。5 到20 題編制采取李克特量表形式，在統計分析時，選項“完全不符合”賦1 分，“不符合”賦2分，“差不多”賦3 分，“比較符合”賦4 分，“非常符 合”賦5分。分值越高，表明學生認為理化生融合的項目式學習式對其相應維度的發展幫助越大。各維度分數平均值如圖2 所示。

學生所選選項均分均大于3.8，說明在這十個維度中，學生均認為理化生融合項目式學習對他們的發展更有利。其中基礎知識維度的平均分最低，為3.86，精神品質、社會責任、社會參與維度均分較低，約為3.93。科學思維維度的得分最高，說明理化生融合項目式學習對學生科學思維的培養優勢最明顯。科學探究、科學觀念、綜合能力的均分都大于4，說明在這三個維度對學生的培養上，理化生融合項目式學習有較大優勢。從選項均分看出，理化生融合項目式學習對學生自主發展的培養優勢大于文化基礎大于社會參與。綜上所述，理化生融合項目式學習對學生綜合能力、思維探究、自主發展的培養優勢大于基礎知識、科學觀念、文化基礎大于精神品質、社會責任、社會參與。

（四）相關性分析

1.各維度之間的相關關系

理化生融合項目式學習可促進學生基礎知識、綜合能力、精神品質、科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任、文化基礎、自主發展、社會參與的培養與發展，這10 個維度之間全部均呈現出顯著性正相關，具體的相關系數，如表1 所示。

2.三大維度相關性分析

將十個維度整合為三大維度進行相關性分析，如表2 所示。其中基礎知識、綜合能力、精神品質整合為項目式學習目標指向；科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任整合為科學領域核心素養；將文化基礎、自主發展、社會參與整合為中國學生發展核心素養。

項目式學習目標指向和科學領域核心素養之間的相關系數值為0.910，并且呈現出0.01 水平的顯著性，有顯著正相關關系，且相關性較大。項目式學習目標指向和中國學生發展核心素養之間的相關系數值為0.827，并且呈現出0.01 水平的顯著性，有顯著正相關關系，且相關性較大，但小于項目式學習目標指向和科學領域核心素養之間的相關性。科學領域核心素養與中國學生發展核心素養之間的相關系數值為0.893，并且呈現出0.01 水平的顯著性，有顯著正相關關系，且相關性較大。

表1 各維度之間的相關關系

圖2 各維度平均值對比折線圖

表2 三大維度相關性分析表

表3 科學領域核心素養與項目式學習目標指向線性回歸分析表

表4 中國學生發展核心素養與項目式學習目標指向線性回歸分析表

（五）線性回歸分析

1.科學領域核心素養與項目式學習目標指向

將項目式學習目標指向作為自變量，而將科學領域核心素養作為因變量進行線性回歸分析，如表3所示。

模型R 平方值為0.828，項目式學習目標指向可以解釋科學領域核心素養的82.8%變化原因。對模型進行F 檢驗時發現模型通過F檢驗（F=365.587，P＜0.01），也即說明項目式學習目標指向一定會對科學領域核心素養產生影響關系，以及模型公式為：“科學領域核心素養=0.032+1.013*項目式學習目標指向”。

2.中國學生發展核心素養與項目式學習目標指向

將項目式學習目標指向作為自變量，而將中國學生發展核心素養作為因變量進行線性回歸分析，如表4 所示。

模型R 平方值為0.685，項目式學習目標指向可以解釋中國學生發展核心素養的68.5%變化原因。對模型進行F 檢驗時發現模型通過F 檢驗（F=164.898，P＜0.01），也即說明項目式學習目標指向一定會對中國學生發展核心素養產生影響關系，以及模型公式為：“中國學生發展核心素養=0.471 +0.885* 項目式學習目標指向”。

3.中國學生發展核心素養與科學領域核心素養

將科學領域核心素養作為自變量，而將中國學生發展核心素養作為因變量進行線性回歸分析，如表5 所示。

模型R 平方值為0.797，科學領域核心素養可以解釋中國學生發展核心素養的79.7%變化原因。對模型進行F 檢驗時發現模型通過F檢驗(F=298.295，P＜0.05)，也即說明科學領域核心素養一定會對中國學生發展核心素養產生影響關系，以及模型公式為：“中國學生發展核心素養=0.508 +0.858* 科學領域核心素養”。

四、研究結論與教學對策

（一）研究結論

80%以上的學生更愿意上涉及學科交叉的項目式學習課程，在基礎知識、綜合能力、精神品質、科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任維度中，學生均認為理化生融合項目式學習對于他們的發展更有利，且綜合能力、思維探究、自主發展的維度的培養優勢大于基礎知識、科學觀念、文化基礎大于精神品質、社會責任、社會參與。

基礎知識、綜合能力、精神品質、科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任、文化基礎、自主發展、社會參與10 項之間全部有著正相關關系。項目式學習目標指向會對科學領域核心素養產生顯著的正向影響關系，模型公式為：“科學領域核心素養=0.032+1.013*項目式學習目標指向”；項目式學習目標指向會對中國學生發展核心素養產生顯著的正向影響關系，模型公式為：“中國學生發展核心素養=0.471 +0.885* 項目式學習目標指向”；科學領域核心素養會對中國學生發展核心素養產生顯著的正向影響關系，模型公式為：“中國學生發展核心素養=0.508+0.858*科學領域核心素養”。

（二）教學對策

基礎知識維度得分低，可能是項目式學習涉及到很多需要自主學習、查閱的比學生的認知水平高一點的知識，因此，學生認為對他們基礎知識維度發展不夠好，教師可以進一步調查研究，認真考慮是否需要根據不同學生的學情，在實施過程中增加一些基礎知識的講授或者在課程內容上補充一些相關基礎知識的資料。而精神品質、社會責任、社會參與維度平均分低，可能是因為理化生融合項目式學習主要涉及科學學科領域，人文、社科類涉及相對較少，對學生精神品質、道德情懷的培養不夠明顯，教師在授課過程中可補充一些科學史、科學家故事等背景知識，注意引導學生注重團隊合作、體會科學精神，激發他們的社會責任感。

五、實踐案例與課程開發原則

（一）實踐案例

北京市某中學曾以選修課的形式開設過此類課程，筆者曾作為授課教師。課程案例包括“驅蚊床研制（生物、化學、物理相融合）”“綠色陽光——自動灌溉項目（物理與生物融合）”“不同PH 下對消毒液殺菌效果的影響（化學、生物融合）”“測量檸檬水中維生素C 含量（生物、化學融合）”“天然抗氧化劑的成分對果汁保質期的影響（化學、生物融合）”“葉脈書簽制作的最佳氫氧化鈉濃度（生物、化學融合）”“用植物色素制酸堿指示劑及其變色范圍的研究（化學、生物融合）”“面膜加熱貼的制作（化學、生物、物理融合）”等。課程實施效果良好，滿意度高，學生均解決相應問題或制得預期產品，且完成了成熟度較高的學習報告。

（二）課程開發原則

項目課程的主要學習方式是“做中學”，主張把工作過程設計成學習過程，一般可由項目導引、學習任務、學生活動、探究與研討等幾部分組成，開發過程中要注意以下原則：

1.以學生為主體是核心

在開發課程過程中要充分相信學生的潛能，充分激發學生的興趣，以學生知識、技能、能力的培養為出發點和落腳點，讓學生在查閱文獻、小組合作解決問題、實驗探究等過程中充分發揮出自身的主觀能動性。

2.基于真實的任務和情景

項目式學習課程的建構應以產品為導向，這些產品對學生而言是真實而有意義的，只有基于真實情境中的任務完成和問題解決才能充分調動學生學習的積極性，讓學生在實施過程中獲得充分的學習體驗，掌握科學概念或原理。例如，案例中“綠色陽光——自動灌溉項目”就是為了解決給植物澆水這一讓繁忙的上班族頭疼的問題；“驅蚊床的研制”就是為了解決夏天蚊子的騷擾影響睡眠質量這一問題。

3.盡量融合2 門或3 門學科

經過理論研究和實踐探索，筆者發現理化生融合項目式學習相比單一學科的項目式學習更有利于學生核心素養的發展，且更被學生所歡迎，也更符合項目式學習的特點，故在課程開發過程中要著重注意內容的豐富性。

4.與教材知識緊密結合

目前國內缺乏與學科知識有效融合的項目式學習課程，在開發過程中需注意與教材內容有效融合，使學生掌握學科知識、概念、原理，發展實驗技能、探究能力等，從而有效達成學生的學科核心素養。例如，課程案例“用植物色素制酸堿指示劑及其變色范圍的研究”就與教材中酸堿指示劑的部分有效結合起來了。

理化生融合項目式學習具有較高的理論價值與實踐可行性，我們可以通過基礎知識、綜合能力、精神品質目標的達成，有效發展學生科學領域學科核心素養，進而促進中國學生發展核心素養的達成。