素養(yǎng)視角下項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
——以高中生物學(xué)“微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”專題為例

崔敏霞

江蘇省江陰市教師發(fā)展中心(214400)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是在審視和批判傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種學(xué)習(xí)方式,它克服了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)過于文本化和單一化的局限,注重學(xué)生綜合性學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力的發(fā)展,著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合能力[1]。經(jīng)典的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)一般選取跨學(xué)科的主題內(nèi)容,基于現(xiàn)實(shí)情境,解決實(shí)際問題,它能從更廣、更深、更結(jié)構(gòu)化的層次對(duì)學(xué)生的綜合能力進(jìn)行培養(yǎng)和提升,而素養(yǎng)視角下的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)有著新的內(nèi)涵和特征。

1 素養(yǎng)視角下項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的內(nèi)涵和特征

素養(yǎng)視角下的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是指學(xué)生在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)與學(xué)科或跨學(xué)科有關(guān)的驅(qū)動(dòng)性問題進(jìn)行深入持續(xù)的探索,在調(diào)動(dòng)所有知識(shí)、能力、品質(zhì)等創(chuàng)造性地解決問題、形成公開成果的過程中,加深對(duì)核心知識(shí)和學(xué)習(xí)歷程的理解,并能夠在新情境中進(jìn)行遷移應(yīng)用[2]。

素養(yǎng)視角下的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)更鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手之前先動(dòng)腦，鼓勵(lì)他們經(jīng)歷從現(xiàn)象到問題、討論、爭(zhēng)議、運(yùn)用證據(jù)、實(shí)驗(yàn)等一系列的過程；更強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)的世界和抽象的思維之間不斷地建立起聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入的思考和學(xué)習(xí)，從而讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生。素養(yǎng)導(dǎo)向的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的明顯特征有指向核心知識(shí)的再構(gòu)建和思維的遷移、具有持續(xù)的探究與實(shí)踐、關(guān)注高階認(rèn)知的發(fā)展等。

2 素養(yǎng)視角下項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

“微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”屬于《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》的選擇性必修課程模塊3“生物技術(shù)與工程概念”中的專題,其中包括滅菌、無菌技術(shù)、培養(yǎng)基的配制、平板劃線法、稀釋涂布平板法、顯微技術(shù)法等多種生物學(xué)基本方法和原理[3]。教學(xué)實(shí)踐中,如果采用依次單個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的方式,并不能滿足學(xué)生認(rèn)知的結(jié)構(gòu)化需求。本案例進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)與規(guī)劃,采用了“提出問題—建立聯(lián)系—個(gè)性化表達(dá)”為主軸的六步設(shè)計(jì)路徑引領(lǐng)學(xué)生開展項(xiàng)目化學(xué)習(xí)(見圖1)[4]。

圖1 項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的六步設(shè)計(jì)路徑圖

2.1 明確目標(biāo),提出問題

學(xué)科本質(zhì)問題指向?qū)W科中的大概念,是連接大概念和驅(qū)動(dòng)性問題的橋梁[2]。先根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》確定核心知識(shí),進(jìn)而形成本質(zhì)問題:微生物培養(yǎng)技術(shù)在生產(chǎn)生活中有哪些應(yīng)用?高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)問題必須是真實(shí)的具有挑戰(zhàn)性的問題,它包裹著核心知識(shí),并且在探究的過程中促進(jìn)學(xué)生對(duì)核心知識(shí)的深入理解。本案例結(jié)合學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)和核心知識(shí),確定了研究問題為“生活中常見的飲用水安全問題”。

2.2 建立聯(lián)系,設(shè)計(jì)方案

高階認(rèn)知包括問題解決、創(chuàng)見、決策、實(shí)驗(yàn)、調(diào)研、系統(tǒng)分析六種認(rèn)知類型。在本項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中,前期學(xué)生通過資料查找,了解水質(zhì)安全檢測(cè)的項(xiàng)目和方法,選擇既符合標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)又切實(shí)可操作的實(shí)驗(yàn)方案,另外,對(duì)生活中常見的飲用水安全問題進(jìn)行調(diào)研,選擇既具有迷惑性又能對(duì)生活產(chǎn)生指導(dǎo)性的問題進(jìn)行研究。經(jīng)調(diào)研、分析、決策,制定方案(見表1)。

表1 “生活中常見的飲用水安全問題”研究方案規(guī)劃

2.3 實(shí)施方案,展示成果——以子項(xiàng)目1為例

2.3.1 方案實(shí)施

采用稀釋涂布平板法檢測(cè)常見品牌桶裝水中的總菌數(shù)。配制牛肉膏—蛋白胨培養(yǎng)基,通過稀釋涂布平板法接種1 mL樣品,置于36 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)48 h,選擇菌落數(shù)在30～300之間的進(jìn)行計(jì)數(shù),菌落數(shù)較多的可借助于計(jì)數(shù)器(見圖2)進(jìn)行計(jì)數(shù),設(shè)置平行重復(fù)組并計(jì)算每毫升水樣中的總菌數(shù)平均值。

圖2 計(jì)數(shù)器

采用多管發(fā)酵法檢測(cè)常見品牌桶裝水中的總大腸桿菌群數(shù)。配制乳糖蛋白胨培養(yǎng)基進(jìn)行初發(fā)酵試驗(yàn),并加入溴甲酚紫乙醇溶液(16 g/L)作為指示劑,每個(gè)待檢測(cè)樣品分別接入10 mL、1 mL和0.1 mL水樣于發(fā)酵管中,37 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h,觀察發(fā)酵管中產(chǎn)酸(顏色由紫變黃)、產(chǎn)氣(指示管中有氣泡產(chǎn)生)情況(見圖3)，并作記錄。將產(chǎn)酸產(chǎn)氣的試管中的樣水通過平板劃線法接種到伊紅美藍(lán)培養(yǎng)基中，置于36 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h，觀察菌落形態(tài)，挑取符合深紫黑色、具有金屬光澤菌落特征，紫黑色、不帶或略帶金屬光澤的菌落特征和淡紫紅色、中心較深的菌落特征的菌落(見圖4)作革蘭氏染色，鏡檢和證實(shí)試驗(yàn)。經(jīng)上述染色、鏡檢為革蘭氏陰性無芽孢桿菌，再分別接種到乳糖蛋白胨培養(yǎng)液中進(jìn)行復(fù)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，置于37 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h,觀察發(fā)酵管中產(chǎn)酸(顏色由紫變黃)、產(chǎn)氣(指示管中有氣泡產(chǎn)生)情況,并作記錄。

圖3 發(fā)酵管中產(chǎn)酸產(chǎn)氣情況

圖4 符合革蘭氏染色要求的菌落

2.3.2 成果展示

除了實(shí)驗(yàn)過程中的圖片記錄外,還需要設(shè)置表格對(duì)樣水中的總菌群(見表2)和總大腸桿菌群(見表3)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和記錄。

表2 細(xì)菌總數(shù)檢驗(yàn)原始記錄

通常選用獲得菌落數(shù)為30～300的平板進(jìn)行計(jì)數(shù),對(duì)菌落數(shù)量大于300或小于30的平板不進(jìn)行計(jì)數(shù)。同一稀釋度下,采用3個(gè)平板重復(fù)計(jì)數(shù),取其平均值,經(jīng)過計(jì)算,可獲得該桶裝水每毫升水樣中的實(shí)際細(xì)菌數(shù)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,桶裝水1的每毫升水樣中細(xì)菌總數(shù)最多,桶裝水3的水樣中細(xì)菌總數(shù)最少。

乳糖初發(fā)酵結(jié)果顯示,在接入桶裝水1水樣10 mL和1 mL水樣的5個(gè)發(fā)酵管中均出現(xiàn)了1個(gè)陽(yáng)性反應(yīng)(產(chǎn)酸產(chǎn)氣),桶裝水2只在接入10 mL水樣的發(fā)酵管中出現(xiàn)了1個(gè)陽(yáng)性反應(yīng),接入桶裝水3的15個(gè)發(fā)酵管均沒有出現(xiàn)陽(yáng)性反應(yīng)。將在乳糖初發(fā)酵中出現(xiàn)陽(yáng)性反應(yīng)的試管進(jìn)行分離培養(yǎng)試驗(yàn),再將得到的特征菌落進(jìn)行復(fù)發(fā)酵反應(yīng),試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了桶裝水1分別接入 10 mL和1 mL的試管、桶裝水2 接入10 mL的試管中存在大腸桿菌。根據(jù)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),查《總大腸桿菌MPN檢索表》可得到3個(gè)品牌的桶裝水100 mL水樣中,總大腸桿菌的最可能數(shù)(MPN)分別為4、2、0。

表3 總大腸菌群檢驗(yàn)原始記錄

3 實(shí)踐反思

素養(yǎng)視角下的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是學(xué)生通過對(duì)真實(shí)且富有挑戰(zhàn)性問題進(jìn)行持續(xù)探究,從而達(dá)到對(duì)核心知識(shí)的再建構(gòu)和思維遷移。在“微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目?jī)?nèi)容上,選擇了桶裝水、隔夜水、凈水器等與生活息息相關(guān)、同時(shí)與學(xué)科內(nèi)容微生物的培養(yǎng)與計(jì)數(shù)緊密關(guān)聯(lián)的主題,充分體現(xiàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的綜合性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性。在項(xiàng)目化實(shí)施過程中,應(yīng)正確定位教師的管理者和學(xué)生實(shí)踐者的功能,充分尊重和發(fā)揮學(xué)生的主體學(xué)習(xí)者功能,讓學(xué)生在實(shí)踐過程中發(fā)展高階認(rèn)知能力和核心素養(yǎng)。