基于項目式學(xué)習(xí)的校本課程開發(fā)和實施
——以“塑料污染對生菜生長發(fā)育的影響”為例

卿 旭 ，劉 軍

（1.天津市南倉中學(xué)，天津300191；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，遼寧沈陽110866；3.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草地與生態(tài)研究所，吉林長春130033）

校本課程是我國基礎(chǔ)教育方案中重要的組成部分，校本課程與國家課程不同，在一定意義上可以說校本課程具有“第二性”，它是為國家課程的有效實施服務(wù)的。主要體現(xiàn)在如下兩方面：一方面，中小學(xué)可以在“‘預(yù)留地’自主開發(fā)”，以更好地落實國家課程指向的學(xué)生全面發(fā)展目標(biāo)；另一方面，國家課程由于是立足整體、全國統(tǒng)一的，其內(nèi)容難度與梯度難免與中小學(xué)校學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)存有落差，為此我們需要將國家課程進(jìn)行校本轉(zhuǎn)化，以解決“吃不飽”“吃不了”問題。研發(fā)高中生物校本課程有利于挖掘?qū)W生的個性潛能和優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)，也有利于教師更新知識結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展視野。本校作為沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)優(yōu)質(zhì)生源基地，為培養(yǎng)更多具有生物科研能力的學(xué)生，投入上百萬組建水培和組培實驗室，大力發(fā)展校本課程。

為了更好地開展本校的實驗教學(xué)，對天津市北辰區(qū)四所高中校（天津市四十七中學(xué)、天津市南倉中學(xué)、天津市九十六中學(xué)、天津市青光中學(xué)）高一、高二部分學(xué)生，共1273 人進(jìn)行問卷調(diào)查，對部分生物教師進(jìn)行訪談，了解本區(qū)高中生物教學(xué)的部分現(xiàn)狀。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：教師教學(xué)方式多樣，但主要停留在教的層面；實驗課上學(xué)生缺少設(shè)計實驗；學(xué)生課外缺少實驗體驗；學(xué)生期望參與生物實驗，認(rèn)為生物實驗教學(xué)能提高生物學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)各種能力。

針對目前本區(qū)高中生物實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，筆者在課外實驗教學(xué)中，采用項目式學(xué)習(xí)方式以學(xué)生為中心開展實踐型生物實驗課程，培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)。項目式學(xué)習(xí)（project based learning）是學(xué)習(xí)者針對具體感興趣的學(xué)習(xí)項目，最優(yōu)化地合理利用學(xué)習(xí)資料來解決項目的相關(guān)問題，在解決問題中獲得較為完整而具體的知識，形成專門技能并獲得發(fā)展性的學(xué)習(xí)。項目式學(xué)習(xí)以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實問題情境中探究學(xué)習(xí)，從而提升學(xué)生多元能力的教學(xué)模式，是適合培養(yǎng)中小學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)模式之一，在中學(xué)生物實驗教學(xué)應(yīng)用越來越廣泛。石進(jìn)德認(rèn)為“在項目式學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)生物學(xué)知識，還能掌握有關(guān)生物科學(xué)探究方法，運用數(shù)學(xué)知識解決生物學(xué)問題，提高科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力，能夠發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)。”張健慧以“果酒、果醋、腐乳和泡菜的制作”為例，在真實情境下，深度探究制作高品質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)品的方法，能夠培養(yǎng)學(xué)生高階思維、知識遷移和問題解決等能力。本文以“探究塑料污染對生菜生長發(fā)育的影響”為例，闡述如何運用項目式學(xué)習(xí)進(jìn)行生物實驗探究。

一、發(fā)現(xiàn)問題，查閱文獻(xiàn)，啟迪科學(xué)思維

高中生物選擇性必修二《生物與環(huán)境》第四章第一節(jié)“人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響”要求學(xué)生探討人類活動對環(huán)境的影響，關(guān)注全球氣候變化、酸雨、臭氧層破壞、荒漠化、塑料污染對生物圈的威脅和人類可持續(xù)發(fā)展的影響。我國出臺的“限塑令”明確規(guī)定到2020 年底，包括天津在內(nèi)的直轄市等城市，首先實現(xiàn)超市等場所禁止使用不可降解塑料袋，這一規(guī)定無疑會推動可降解塑料及其他替代品的使用。“可降解塑料”被誤認(rèn)為是一種優(yōu)良的環(huán)保材料，但是可降解性是有條件的，需要滿足一定的濕度和溫度。如果達(dá)不到降解條件，“可降解塑料”將帶來新的“白色污染”。墨西哥國立自治大學(xué)化學(xué)系的危險廢棄物專家本哈明·魯耶斯指出：可生物降解的塑料袋是一個被人們忽視的環(huán)境問題，雖然這些塑料袋只需一年時間就可降解，但在這個過程中會產(chǎn)生肉眼看不到的聚合物碎片。因此比起循環(huán)再利用，將其降解將更加污染環(huán)境?？山到獾乃芰蠈χ参锷L是否有害需要實驗證明。

實驗小組為解決以上問題，查閱文獻(xiàn)，尋找解決問題的方法。在生物科學(xué)研究過程中，文獻(xiàn)檢索有著極其重要的作用，它是獲取新的科學(xué)技術(shù)和科學(xué)思維的捷徑，能節(jié)約研究者的時間，避免重復(fù)性研究。高中階段課本實驗大多為驗證性實驗，學(xué)生按部就班做就可以，缺少了查閱思考的過程，限制了發(fā)散性思維。本實驗屬于實踐型生物學(xué)研究項目，它是一種開放式的實驗教學(xué)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，將實踐活動和學(xué)科教學(xué)有機(jī)整合起來。采用圖1所示的過程，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下通過文獻(xiàn)檢索及文獻(xiàn)閱讀，從文獻(xiàn)中獲取實驗思路，設(shè)計適合高中生完成的實驗。

圖1 文獻(xiàn)檢索與閱讀

學(xué)生在中國知網(wǎng)搜索關(guān)鍵詞“塑料污染”，篩選下載文獻(xiàn)綜述，通過閱讀朱永官教授發(fā)表的文獻(xiàn)綜述《（微）塑料污染對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響：進(jìn)展與思考》獲得塑料污染的研究方向和最新進(jìn)展。再根據(jù)綜述中提到的關(guān)鍵詞搜索具體文獻(xiàn)，通過教師和學(xué)生精心篩選，確定小組研讀以下兩篇文獻(xiàn)：第一篇為《聚乙烯微塑料對綠豆發(fā)芽的毒性研究》，該文發(fā)現(xiàn)高濃度（100mg/g）的微塑料顯著影響綠豆的根長，粒徑0.023-0.038mm 的微塑料表現(xiàn)出顯著抑制作用；第二篇為《Phytotoxicity assessment of conventional and biodegradable plastic bags using seed germination test》，采用塑料袋浸泡液的方法進(jìn)行種子生長發(fā)育的實驗探究。經(jīng)過教師和學(xué)生共同研討，結(jié)合本校實驗條件設(shè)計實驗。

二、繪制實驗思維導(dǎo)圖，實驗探究解決問題

（一）設(shè)計“塑料污染對生菜生長發(fā)育的影響”的實驗方案

實驗中不僅需要準(zhǔn)確無誤的操作，還需要掌握設(shè)計實驗方法，它體現(xiàn)了一種思維方式。實驗設(shè)計遵循一定的原則和方法，掌握實驗設(shè)計方法是提高實驗?zāi)芰Φ闹匾緩健?/p>

實驗的設(shè)計要遵循以下五個原則：第一，科學(xué)性原則，明確實驗?zāi)康?，實驗原理要正確，實驗材料和方法要得當(dāng)。第二，可行性原則，綜合考慮各個因素，比如實驗材料是否容易獲取，藥品價格是否過高，是否容易購買，實驗周期長短，實驗操作難易，本校的實驗條件是否達(dá)到實驗要求等。第三，對照性原則，實驗要求嚴(yán)格控制無關(guān)變量，采用對照實驗可以消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，保證實驗的科學(xué)性，增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。常見的對照實驗有：空白對照、自身對照、互相對照、條件對照等，其中空白對照和自身對照在高中生物實驗教學(xué)中較為常用。第四，單一變量原則，無論一個實驗有幾個實驗變量，都應(yīng)確定一個實驗變量對應(yīng)一個觀測反應(yīng)變量。實驗者操作的給定因素或者條件稱為自變量，反應(yīng)變量稱為因變量，它是由自變量引起的變化和結(jié)果。實驗中要控制無關(guān)變量一致，保證實驗的科學(xué)性。第五，平行重復(fù)性原則，實驗過程都具有相對誤差，需要平行重復(fù)避免實驗的偶然性，減少實驗誤差，保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

根據(jù)以上實驗設(shè)計原理，結(jié)合實際生活，實驗小組選用四種塑料袋：生物降解塑料袋、普通塑料袋、垃圾袋、保鮮膜，后三種屬于不可生物降解塑料袋，都是生活中常用的，也是常見塑料污染，探究四種塑料污染對豌豆生長發(fā)育的影響。教師進(jìn)一步設(shè)問，讓學(xué)生思考：塑料污染主要成分是什么？如何設(shè)計實驗的自變量和因變量？如何控制無關(guān)變量？如何測因變量？還需要什么儀器和試劑？引導(dǎo)學(xué)生思考，并將思考過程和結(jié)果繪制成思維導(dǎo)圖，圖2可作為參考。

圖2

（二）細(xì)化實驗步驟，實驗探究

實驗小組根據(jù)思維導(dǎo)圖，細(xì)化實驗步驟，確定操作，并繪制直觀而有條理的表格（見表1），提升學(xué)生分析和歸納能力。

表1 “塑料污染對生菜生長發(fā)育的影響”實驗步驟

學(xué)生設(shè)計的實驗用去離子水做空白對照，自變量為不同塑料袋浸泡液，因變量為浸泡液PH 值變化、生菜種子發(fā)芽率、植株株高和葉寬，其他無關(guān)變量保持一致，比如稱量的塑料袋質(zhì)量相同（3g），用相同體積的去離子水浸泡（300ml），放置在相同條件下，處理相同時間等。

在測定PH 值時，實驗小組采用PH 計進(jìn)行測定，測定之前要用標(biāo)準(zhǔn)液對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，同時用PH 精密試紙輔助，保證實驗結(jié)果準(zhǔn)確性。種子發(fā)芽過程中放在人工恒溫氣候培養(yǎng)箱中，設(shè)置黑暗，25攝氏度，濕度為70%，必須要塑料膜封口，以免水分蒸發(fā)，處理72 小時后進(jìn)行測量統(tǒng)計。種子發(fā)芽后需要放在珍珠巖中生長發(fā)育，人工恒溫氣候培養(yǎng)箱的條件調(diào)節(jié)為：光照2000 勒克斯，25 攝氏度，濕度為70%，培養(yǎng)到15天，測量株高和葉寬，計算平均值。

三、科學(xué)分析實驗數(shù)據(jù)，展示交流

（一）科學(xué)分析數(shù)據(jù)，提高數(shù)理邏輯能力

實驗過程中涉及數(shù)理邏輯能力的主要是對實驗現(xiàn)象的分析、實驗數(shù)據(jù)的處理、假說的推理、實驗的整體設(shè)計等方面。學(xué)生對所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，需要運用到數(shù)學(xué)方法，用曲線圖和柱形圖反應(yīng)實驗結(jié)果，根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析，排除主觀和客觀因素造成的誤差，總結(jié)出正確的結(jié)論。同時根據(jù)邏輯分析還能檢驗實驗設(shè)計中各個環(huán)節(jié)的科學(xué)性，完善實驗設(shè)計。實驗小組對實驗測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用Excel繪制柱形圖（圖3）。

圖3 不同塑料袋浸泡對PH值影響

圖3 是四種塑料袋在去離子水中浸泡三天后PH 值的變化，PH 是根據(jù)三組平行實驗所求的平均值，發(fā)現(xiàn)四種塑料袋對水的PH 值都有一定影響，其中可生物降解塑料袋和普通塑料袋影響最大，保鮮膜影響較小。學(xué)生在分析這個結(jié)果以及如何通過對照實驗獲得實驗結(jié)果時，更加深入的理解對照組的作用以及通過平行實驗避免實驗的偶然性。

圖4 是不同塑料袋浸泡液對生菜發(fā)芽率的影響。芽長超過種子2倍視為發(fā)芽，每個培養(yǎng)皿中放10顆種子，做三組重復(fù)，統(tǒng)計發(fā)芽率取平均值，數(shù)據(jù)顯示：塑料袋浸泡液對生菜種子發(fā)芽有明顯的抑制作用，不同塑料袋浸泡液抑制作用不同，影響最大的是垃圾袋浸泡液。

圖4 不同塑料袋浸泡液對生菜發(fā)芽率的影響

圖5是不同塑料浸泡液處理15天后生菜葉寬情況，可生物降解袋、垃圾袋、保鮮袋浸泡液有不同程度的抑制作用，可生物降解袋浸泡液抑制作用更明顯，普通塑料袋浸泡液與對照組比，沒有明顯差異。

圖5 不同塑料袋浸泡液處理15天生菜葉寬

（二）撰寫實驗報告，展示交流

撰寫實驗報告是生物實驗教學(xué)過程中重要的環(huán)節(jié)，是為了科學(xué)系統(tǒng)地總結(jié)實驗研究中的原理、思路、方法、操作等，闡明實驗的結(jié)論和價值。在目前高中生物教學(xué)中，師生過于關(guān)注結(jié)論性的知識和考點，忽視了實驗報告的撰寫，即使有完成實驗報告環(huán)節(jié)，往往是簡單的填空，這都與國家提倡的“培養(yǎng)學(xué)生的生物核心素養(yǎng)”不符。本文采用張大海等提倡的實驗寫作方式（見表2），培養(yǎng)學(xué)生撰寫實驗報告的能力。

表2 高中生物學(xué)實驗工作單

學(xué)生在統(tǒng)計分析完數(shù)據(jù)后，根據(jù)實驗工作單撰寫實驗報告，以實驗日記、實驗報告、微視頻等形式進(jìn)行成果展示，與其他實驗小組進(jìn)行探討。在研討過程中教師和其他同學(xué)進(jìn)行提問，例如：如果把去離子水換成自來水或者是土壤，是不是更接近于現(xiàn)實情況？換成其他種子會不會得到相同的結(jié)果？在北方地區(qū)雨水少，缺水時，塑料暴露在空氣風(fēng)化會不會對植物生長有影響？塑料中什么成分會影響水的PH 值？塑料污染是否對植物有其他毒害作用？如何設(shè)計實驗去探究？如果塑料袋被焚燒，產(chǎn)物會不會對水質(zhì)和植物生長發(fā)育有影響？通過學(xué)生的展示，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)能力，同時通過提問引發(fā)學(xué)生深度思考，設(shè)計下一步研究，逐漸形成系統(tǒng)的科學(xué)思維。

四、教學(xué)評價與反思

實驗教學(xué)評價是實驗教學(xué)的重要組成部分，實驗教學(xué)是為了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、探究能力和精神、觀察和分析能力，不能把實驗的成敗作為評價的唯一標(biāo)準(zhǔn)，這樣會打擊部分學(xué)生實驗的積極性和自信心，不利于學(xué)生全面發(fā)展。本文采用的表現(xiàn)性評價包括過程性評價和結(jié)果評價，兩者并重能夠更加客觀的反映出學(xué)生的實驗表現(xiàn)，也有利于重知識評價轉(zhuǎn)向重技能評價，促進(jìn)學(xué)生動手操作能力的提高，養(yǎng)成實事求是、一絲不茍的科學(xué)品質(zhì)。

根據(jù)實驗教學(xué)要求確定評價的目標(biāo)，設(shè)計評價內(nèi)容，確定評價標(biāo)準(zhǔn)制定出本實驗的表現(xiàn)性評價表（見表3）。實驗過程中，通過學(xué)生互評、學(xué)生自評、教師評價等多種方式結(jié)合，對學(xué)生的參與意識、合作精神、觀察能力、實驗操作能力、論證能力、分析問題的思路、知識的理解和應(yīng)用水平以及表達(dá)交流等進(jìn)行評價。重點關(guān)注學(xué)生的實驗操作能力，主要包括實驗操作規(guī)范，對實驗現(xiàn)象的觀察，準(zhǔn)確獲得實驗數(shù)據(jù)，正確依據(jù)數(shù)據(jù)處理的方法分析數(shù)據(jù)，根據(jù)對數(shù)據(jù)的分析推斷出合理的結(jié)論，恰當(dāng)?shù)赜梦淖趾蛿?shù)字科學(xué)地表述和報告實驗結(jié)果?？偡职凑諏W(xué)生自評占30%，學(xué)生互評占30%，教師評價占40%進(jìn)行合計，85 分以上為優(yōu)秀，70～85 分為良好，60～69 分為及格，60 分以下為不及格。學(xué)生根據(jù)自己的各項得分進(jìn)行反思和改正，教師對小組成員在實驗過程中出現(xiàn)的共性問題進(jìn)行分析和總結(jié)，提出改進(jìn)的辦法，促進(jìn)學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奶岣摺?/p>

表3 探究塑料污染對生菜生長發(fā)育影響實驗表現(xiàn)性評價表

在項目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生都能積極參與進(jìn)來，充分體現(xiàn)學(xué)生的中心地位，積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生融入實驗探究中，分析解決問題。培養(yǎng)解決實際問題和表達(dá)的能力，形成系統(tǒng)的生物科學(xué)思維。項目學(xué)習(xí)中采用表現(xiàn)性評價能夠提高學(xué)生生物實驗的主動性，能夠引導(dǎo)學(xué)生完成整個實驗，而不是教師手把手教學(xué)生做實驗，也能規(guī)范學(xué)生生物實驗操作，課前將評分細(xì)則發(fā)給學(xué)生，使學(xué)生知道怎么做才能得高分，更加嚴(yán)格的要求自己。在評價表的引導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)行觀察、記錄、制表、分析結(jié)果、交流討論，學(xué)生從塑料碎片浸泡液變化，種子萌發(fā)的形態(tài)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)上直觀的觀察到塑料污染對植物生長發(fā)育的影響，意識到日常生活使用的塑料袋對環(huán)境中生物有毒害作用，并且會影響水質(zhì)，影響土壤生態(tài)環(huán)境，形成減少塑料袋使用的保護(hù)環(huán)境意識，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。學(xué)生在完成項目的每一項步驟過程中，會增加成就感，更愿意參與實驗探究，更愿意與人交流，發(fā)現(xiàn)問題，設(shè)計實驗驗證，提高科學(xué)思維和探究能力。

項目式學(xué)習(xí)實驗教學(xué)主要以學(xué)生為主體，教師輔助引導(dǎo)，看似減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，實則是增加了教師的教學(xué)壓力。查閱文獻(xiàn)對于高中生來說難度很大，教師需要教會學(xué)生查找文獻(xiàn)及閱讀文獻(xiàn)的方法，在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)行實驗設(shè)計。學(xué)生剛接觸到實驗設(shè)計時會沒有頭緒，需要教師進(jìn)行提問引導(dǎo)，在學(xué)生設(shè)計出實驗后需要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計表象性評價表，設(shè)置任務(wù)和評分細(xì)則，會占用教師很長的時間。雖然采用了多元評價方式，但是不管是自評和他評都存在很大的主觀性，如何進(jìn)行改進(jìn)更能客觀反映學(xué)生的情況仍需要在后期的教學(xué)中不斷探索。