導(dǎo)向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)新探索
——七年級科學(xué)《改良沙化土壤的持水性》項目式學(xué)習(xí)案例

麻妍劼 上海市青浦區(qū)實驗中學(xué)

一、項目概述

社會的發(fā)展使人類生活面臨越來越多的復(fù)雜問題，也給當(dāng)前教育提出了新的要求——培養(yǎng)具有知識遷移和解決實際問題能力的學(xué)習(xí)者。項目式學(xué)習(xí)作為一種指向問題解決能力的新型學(xué)習(xí)方式，通過對蘊含核心概念驅(qū)動性問題的持續(xù)研究，引發(fā)學(xué)生對真實問題的思考與解決，形成可視化的成果，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。初中科學(xué)課程以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目的，以自然現(xiàn)象為研究對象，通過探究活動提高學(xué)生解決科學(xué)問題的能力，實現(xiàn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。基于此，科學(xué)課程中的諸多活動可以通過項目式學(xué)習(xí)活動展開，我們以《改良沙化土壤的持水性》這一專題為例，開展科學(xué)項目式學(xué)習(xí)的實踐探究。

《改良沙化土壤的持水性》是要讓學(xué)生針對校園菜園的土壤沙化問題，提出合理治沙方法，改善土壤沙化環(huán)境，形成保護環(huán)境的責(zé)任意識和態(tài)度。在這個項目中，學(xué)生通過勞動實踐發(fā)現(xiàn)土壤存在沙化現(xiàn)象，影響莊稼生長。為了改善土質(zhì)，防治水土流失，學(xué)生需要運用科學(xué)知識和方法，經(jīng)歷樣品采集、方案策劃、實驗探究、數(shù)據(jù)分析、交流反思等探究活動，通過合作溝通形成治沙方案，學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)由此得到發(fā)展。

二、對應(yīng)課程內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)

《改良沙化土壤的持水性》是牛津上海版《科學(xué)》七年級下冊第十三單元《地球、礦物與材料》中的項目，以“土壤”知識為核心，以“科學(xué)探究”為學(xué)習(xí)支點，提高解決真實問題的能力。

本項目涉及《地球、礦物與材料》這一單元中的學(xué)習(xí)內(nèi)容有：土壤的成分、土壤種類、土地荒漠化與防治，這些內(nèi)容為本項目的學(xué)習(xí)提供了認知基礎(chǔ)。作為環(huán)保性項目式學(xué)習(xí)活動，本次學(xué)習(xí)也為十五單元《人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展》的學(xué)習(xí)提供了活動經(jīng)驗。

本項目學(xué)習(xí)貫穿“發(fā)現(xiàn)問題—提出問題—制定計劃—實驗探究—數(shù)據(jù)分析—表達交流”這一科學(xué)探究過程。“探究”是科學(xué)學(xué)科的本質(zhì)核心，通過探究活動使學(xué)生獲得思維和能力雙向提升。

本項目對應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)如下：

知識技能：1.知道土壤的成分、種類及作用；2.了解土地荒漠化（沙化）；3.知道土地荒漠化的防治方法。

過程與方法：初步具有解決問題的能力和基本的科學(xué)方法，能夠與他人合作從事簡單的探究活動。

情感、態(tài)度、價值觀：1.能夠初步以科學(xué)態(tài)度對待自然、社會等方面的問題，并敢于提出有科學(xué)依據(jù)的見解；2.具有求真求實的科學(xué)態(tài)度和精神。

三、問題和任務(wù)框架

1.核心任務(wù)：改良校園菜地沙化土壤的持水性

2.驅(qū)動問題：校園菜地的土壤出現(xiàn)沙化現(xiàn)象，如何改良？

3.問題鏈

子問題1：生活中采用什么辦法提高砂土的持水性？

子問題2：用以改善砂土持水性材料的科學(xué)配比是什么？

子問題3：受到復(fù)雜環(huán)境影響，實驗方案如何優(yōu)化？

四、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.通過小組討論，設(shè)計改良砂土持水性的科學(xué)配比方案并進行探究，會用核磁共振技術(shù)建立模型驗證探究結(jié)果，提高科學(xué)實驗的方案設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和建模能力，提升解決問題的發(fā)散思維和動手操作技能，感受小組合作的快樂。

2.通過課堂討論提出改良校園菜地沙化土壤持水性的方法，能綜合運用所學(xué)知識解決現(xiàn)實問題。

五、項目過程

總體路徑和框架

圖1

時間：2021年11月12日～12月8日

（一）項目啟動

1.了解項目緣由及任務(wù)

（1）交代項目開展緣由

學(xué)校擁有18 畝勞動教育基地“青植園”。“青植園”內(nèi)種植了大量農(nóng)作物，學(xué)生每周會在菜園內(nèi)澆水、施肥、除草，感受勞動教育的意義。一次，我們在勞動過程中偶然發(fā)現(xiàn)土壤出現(xiàn)了沙化跡象。根據(jù)科學(xué)課上學(xué)到的知識，學(xué)生立馬七嘴八舌爭議開了：“這好像是砂土，不是壤土。”“這些土壤容易造成水分流失。”“那青菜是不是就長不活了？有什么辦法嗎？”學(xué)生的爭議碰撞了科學(xué)課上關(guān)于土壤的認知領(lǐng)域，于是，我們打算通過項目式學(xué)習(xí)將學(xué)生的理論知識與實際生活建立關(guān)聯(lián)，解決治沙問題，達到學(xué)以致用的目的。

（2）明確項目任務(wù)

①組建團隊

問題提出后，組織學(xué)生成立“環(huán)保治沙小隊”，各組成員根據(jù)特長確定小組組長，明確分工職責(zé)。

②明晰學(xué)習(xí)目標(biāo)

活動開展前，確立本項目學(xué)習(xí)目標(biāo)：拓展認知視野；學(xué)會使用磁共振等新型科學(xué)工具，并利用新型工具開展創(chuàng)新、探究學(xué)習(xí)；能應(yīng)用所學(xué)知識去發(fā)現(xiàn)問題，并進行實驗方案的設(shè)計，分析、解決實際問題；能積極參與團隊協(xié)作，與隊友進行有效溝通，展示自己的特長。

③明晰學(xué)習(xí)內(nèi)容

活動開展前，厘清本項目學(xué)習(xí)內(nèi)容：提出治沙方案的假設(shè)，通過磁共振檢測評估假設(shè)方案的可行性和合理性。

④項目成果

活動結(jié)束后，小組形成合理完善的治沙方案。

在開展項目式學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、輔助者，學(xué)生以合作探究的方式接受任務(wù)并完成挑戰(zhàn)，小組成員在項目實施前需要了解學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)以及各自角色的功能及職責(zé)，從而做到心中有數(shù)。

（二）項目實施

根據(jù)問題驅(qū)動，本項目形成3 個子問題：生活中采用什么辦法提高砂土的持水性？用以改善砂土持水性材料的科學(xué)配比是什么？受到復(fù)雜環(huán)境影響，實驗方案如何優(yōu)化？并開展一系列探究活動，以下是問題解決的實施路徑。

子問題1：生活中采用什么辦法提高砂土的持水性？

（1）提出假設(shè)（小組討論）

我們首先就菜園看到的現(xiàn)象展開小組討論。

師：菜地砂土的持水性為什么很差？

生：因為沙子太粗，它的空隙太大，留不住水分。

師：那我們可以怎么做來減小孔隙呢？

生：我們可以把爛泥混進去。

生：我看到我爺爺在種田時會添加草木灰，據(jù)說這個有用。

…………

學(xué)生的假設(shè)基于生活觀察和經(jīng)驗，符合學(xué)生認知特點。假設(shè)是否可靠，需要通過實驗驗證。

（2）樣品采集

從生活實際出發(fā)，我們利用課余時間來到菜園，采集砂土；走近河塘，采集淤泥；學(xué)生也從鄉(xiāng)下老家?guī)Я诵┎菽净遥@些工作為接下來的探究實驗“改良沙化土壤的持水性”做好了材料準(zhǔn)備，“就地取材”凸顯了項目式學(xué)習(xí)的真實性特點。

圖2

圖3

子問題2：用以改善砂土持水性材料的科學(xué)配比是什么？

（1）制定方案

通過實驗找到合理的治沙方案是本項目的關(guān)鍵所在。根據(jù)生活經(jīng)驗，學(xué)生們認為將淤泥、草木灰等材料與砂土混合，能起到改善作用，但添加的比例分別是多少，引起了不小的爭議。對此，我們再次展開討論，制定配比方案并給出制定依據(jù)。在方案交流中，不同小組對他人實驗方法的嚴謹性和實驗操作的可行性不斷質(zhì)疑，直至達成共識。而教師在肯定各組方案的同時，又提出了新的看法：“剛才我們都是用兩種物質(zhì)混合來改變土壤的孔隙大小，達到改善持水性的效果。那么如果添加第三種物質(zhì)，即多種物質(zhì)相混合，你們覺得可行嗎？實驗中需要注意些什么？”問題的拋出形成學(xué)生思維沖突，意識到設(shè)計方案的思維局限性，通過頭腦風(fēng)暴式的交流討論不斷突破。

（2）實驗研究，數(shù)據(jù)分析

確定方案后，學(xué)生按照計劃展開實驗探究，利用核磁共振儀采集不同配比土樣的持水性數(shù)據(jù)，建立圖像模型，并對數(shù)據(jù)加以分析，評估配比的科學(xué)性與方案的可行性。

科學(xué)實驗讓學(xué)生經(jīng)歷做計劃、獲取證據(jù)和描述分析證據(jù)的科學(xué)探究過程，這是一個持續(xù)性的學(xué)習(xí)階段，學(xué)習(xí)過程中學(xué)生通過質(zhì)疑、反思對問題形成多角度看法，完善科學(xué)思維的嚴密性，提升科學(xué)思維創(chuàng)造力；學(xué)生通過解釋圖像模型提高對問題分析的判斷力。

圖4

圖5

（三）成果展示

本項目的初步成果（治沙方案）通過學(xué)生匯報的形式展現(xiàn)，重點突出實驗探究過程、圖像模型的合理分析與解釋、評估方案的可行性，最終在諸多方案中選出最完美的一項。學(xué)生除闡述成果外，也可對其他小組的結(jié)果提出評價。

項目式學(xué)習(xí)不僅要求學(xué)生能呈現(xiàn)某個復(fù)雜的解決與論證過程的方案，還要能對他人的見解做出合理的評價，并能根據(jù)具體情況選擇最優(yōu)方案，具備一定的科學(xué)決策能力。

圖6

圖7

（四）成果修訂

子問題3：受到復(fù)雜環(huán)境影響，實驗方案如何優(yōu)化？

學(xué)生雖然制定出了“治沙方案”，但這是一個理想方案，研究成果僅適用于實驗室理想環(huán)境。學(xué)校菜園建于室外，占地面積廣，環(huán)境復(fù)雜，受到氣候、地質(zhì)等諸多因素影響，土壤成分和特征會發(fā)生改變，實驗室的治理方案有待改進。對此，學(xué)生在初步方案建立的基礎(chǔ)上，再一次走向菜園，作進一步實地考察，如監(jiān)測菜園氣象環(huán)境，對菜地進行區(qū)域劃分，抽樣采集不同區(qū)域土樣進行實驗，找出差異對比分析，提出更完善的治理計劃。

理想方案與實際生活結(jié)合，探索解決問題的有效方法，提升學(xué)生靈活運用科學(xué)方法解決現(xiàn)實問題的能力，感受項目式學(xué)習(xí)的真實意義。

（五）項目評價

評價是項目式學(xué)習(xí)中不可或缺的一部分，項目評價包括過程性評價和結(jié)果性評價兩方面，過程性評價在項目中成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的“路標(biāo)”，是完成任務(wù)的“方向盤”，教師借用活動評價表對每個階段學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做評價，既要評價學(xué)生探究問題、解決問題和合作交流等能力，又要評價他們的科學(xué)態(tài)度和團結(jié)合作精神等。本項目的活動評價表如表1所示：

表1 活動評價表

（六）項目結(jié)項

活動結(jié)束后，各小組回顧整個項目過程，進行總結(jié)。

1.準(zhǔn)備：提出假設(shè)，樣品采集。

2.探究：制定方案、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析。

3.交流：成果展示。

4.優(yōu)化：考慮現(xiàn)實環(huán)境。

結(jié)項活動是對整個項目式學(xué)習(xí)的反思和復(fù)盤，學(xué)生重新回顧開展項目學(xué)習(xí)的整個流程，交流活動感受。有學(xué)生提出：“項目式活動讓我感受到了學(xué)習(xí)的快樂，這和平時的課堂不太一樣。”也有學(xué)生談道：“一直認為治沙問題是科學(xué)家所要考慮的，現(xiàn)在看來，原來我們都有成為科學(xué)家的發(fā)展?jié)摿Α！泵總€學(xué)生在結(jié)項活動中都有著自己的收獲和喜悅。

六、項目成效與反思

（一）真實情境+實踐體驗，讓科學(xué)學(xué)習(xí)變得更精彩

科學(xué)課程以自然為起點，幫助學(xué)生從親近自然走向親近科學(xué)，傳統(tǒng)課堂以“教室、實驗室”兩點一線為中心，學(xué)習(xí)環(huán)境似乎與真實生活存在著一些隔閡。項目式學(xué)習(xí)帶領(lǐng)學(xué)生在真實情境中認識自然，聆聽大自然的聲音，感受大自然的奧妙，激發(fā)學(xué)生對自然探究的主動性和積極性，建立探索科學(xué)的興趣。在本項目采集實驗樣品時，那些平時上課偷懶的學(xué)生卻表現(xiàn)得十分積極，不僅主動承擔(dān)了小組內(nèi)河塘淤泥開采的艱巨任務(wù)，還幫助其他小組一起完成。活動結(jié)束后，教師對學(xué)生做了訪談，有學(xué)生表示：“我一直以為上海這個地方?jīng)]有砂土，課本上的土地荒漠化離我們很遙遠。今天實地考察后才發(fā)現(xiàn)并不是這樣，項目式學(xué)習(xí)讓我感受了學(xué)科學(xué)的意義。”還有學(xué)生感覺到“這樣上課很開心，可以走進大自然，暢所欲言，沒有學(xué)習(xí)壓力、學(xué)習(xí)負擔(dān)”。

（二）小組合作+角色定位，發(fā)掘同伴身上的閃光點

項目式學(xué)習(xí)是以小組為單位的合作交流活動，每個學(xué)生在學(xué)習(xí)期間扮演不同的角色，而角色的分工是根據(jù)學(xué)生的興趣和特長所決定的，這就給學(xué)生創(chuàng)造了發(fā)揮個性、表現(xiàn)自己的機會，幫助學(xué)生建立起學(xué)習(xí)自信和成就感，促使學(xué)習(xí)成效的正向發(fā)展。本次項目式學(xué)習(xí)中，A學(xué)生不善于表達，喜歡單人作戰(zhàn)。在小組中，教師考慮到了A 學(xué)生的性格，讓他擔(dān)任記錄員的角色。A 學(xué)生雋秀的字跡和負責(zé)的態(tài)度及撰寫完整的實驗報告得到組員們一致的認可，平時默默無聞的A學(xué)生因此贏得了大家的好感，他感受到了組員們的熱情，也表現(xiàn)出愿意和大家交流的想法。

（三）框架問題+探究活動，促使學(xué)生高階思維發(fā)展

框架問題驅(qū)動學(xué)生沿著問題解決之路前進，激發(fā)學(xué)生參與項目，圍繞科學(xué)核心素養(yǎng)，運用高階思維展開學(xué)習(xí)，推動項目不斷引向深入。本項目中，教師建立了“校園菜地土壤出現(xiàn)土壤沙化現(xiàn)象，如何改良？”這一驅(qū)動問題，圍繞這一問題，設(shè)計了“生活中采用什么辦法提高砂土的持水性？“改善砂土持水性材料的科學(xué)配比是什么？”受到復(fù)雜環(huán)境影響，實驗方案如何優(yōu)化？”三個子問題，這些問題引導(dǎo)學(xué)生思維由封閉固定向開放（分析、評估、創(chuàng)造）發(fā)展，循序漸進，學(xué)生深層思維得到訓(xùn)練。

（四）評價導(dǎo)引+組間交流，提升學(xué)生思辨能力

項目式學(xué)習(xí)離不開評價，學(xué)生通過溝通對成果進行闡述總結(jié)或接受他人的質(zhì)疑，這對個人思辨能力的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響，達到深度學(xué)習(xí)的效果。本項目中，學(xué)生在方案設(shè)計交流環(huán)節(jié)和最終成果展示階段引發(fā)爭論，通過相互間批判、反駁或追問碰撞智慧火花，這給學(xué)生提供了利用科學(xué)知識來評價他人和辨別他人弱點的機會，使學(xué)生思辨能力的發(fā)展邁向更深層次。