項目式學習在生物學科內的設計與實施樣態

張 柳 陳詠梅 李 佳

（1.北京市海淀區教師進修學校 北京 100195）

（2.中國教育科學研究院國際與比較教育研究所 北京 100088）

項目式學習以學生為主體，師生共同解決復雜問題或完成綜合性任務，通過親身體驗、深刻理解來獲得核心素養的發展。項目式學習促進學生的深度學習，是實現育人目標、落實立德樹人根本任務的有效途徑。項目式學習可以成為生物學常規學習的重要組成部分，教師以課程標準為核心確定項目主題，設計符合課程標準要求的驅動性問題并基于學科大概念進行單元設計。下面以高中生物學教科書《必修1·分子與細胞》“光合作用與能量轉化”內容中的“設計植物工廠的光照系統”項目為例，介紹項目式學習的設計與實施過程。

1 項目式學習的設計

在設計生物學學科項目式學習時，教師需要提出真實的驅動性問題、有挑戰性的任務、多樣化的作品要求，組織多輪次的問題解決過程，激發有論辯的展示交流，提供促進學生認識發展和反思提升的深度指導、評價和總結。

1.1 確定項目主題

教師要尋找促進學生素養發展和能力提升的主題內容，整體規劃項目目標，聚焦跨學科概念、生命觀念和概念性知識，促進事實性知識的組織和意義化。例如，“設計植物工廠的光照系統”項目聚焦“物質與能量觀”這一跨學科觀念和生命觀念以及“細胞的生存需要能量和營養物質”這一學科大概念。

1.2 整合項目素材

教師基于課程標準，選擇能夠承載學科思想方法、有助于學生建立學科主要活動類型的經驗圖式，選擇貼近生活、貼近社會、真實、有意義的項目素材。教師依據選取的素材，設計學生感興趣、具有挑戰性和可操作性的任務。例如，以設計植物工廠的光照系統為挑戰性任務，教師要求學生在構建觀念和概念的同時，設計并搭建出智能化控制的光照系統。

1.3 進行項目拆解

教師依據驅動性問題，制訂出本項目的問題驅動任務單。在本項目中，學生要想設計出植物工廠的光照系統，就需要知道人工光源生產蔬菜的好處、控制二氧化碳濃度、營養液成分和溫度的原因、不同的光照條件對植物光合作用的影響、光照系統設計圖的繪制和優化方法、搭建光照系統的所需材料、智能化控制光照系統的的方法等問題。

1.4 細化實踐活動

教師設計有梯度的學習環節和學生任務，組織學生按照項目小組建立及分工、研讀學習內容、設計活動方案、開展系列活動、成果展示和反饋評價的順序進行。本項目中，學生要對捕獲光能的色素和結構、植物生長特點、葉綠體的結構、光合作用的原理等學科概念進行文獻調研和科學探究，通過工程設計和仿真實驗，選擇出最優設計方案，最終搭建系統、形成產品報告并進行展示交流。

1.5 設計學習支架

教師要設計有助于學生解決問題并獲得高階思維能力發展的各類學習支架。例如，要為學生提供認知模型、光合作用科學史資料、科學研究設備、實驗方法、KWL表、頭腦風暴任務單、問題解決清單和項目日志等學習支架。

1.6 確定評價方案

教師應聚焦目標、實踐、成果和評價的一致性，評價要以終為始、逆向設計，并貫穿項目始終。例如，本項目的評價包含表現性評價和終結性評價兩種，分別評價學生在科學實踐過程中的表現和對跨學科觀念、生命觀念的理解程度，并對產品說明書、系統模型實現類成果以及書面說明、口頭匯報、模型演示和科學研究報告等論證解釋類成果的完成情況進行評價。

2 項目式學習的實施

2.1 入項探索

入項要讓學生產生解決驅動性問題的強烈意愿，并讓學生有探索空間，充分暴露他們對項目及其解決過程的理解；要讓學生產生與個人相關的聯系感。在本項目中，教師首先發布項目任務書，師生從工程目標、成果、產品的標準和產品的特征等角度拆解項目任務書，規劃整個項目的時間和內容。然后，通過破冰活動、角色認定、制定團隊規則等進行團隊的組建。

2.2 科學實踐

項目式學習不是學生運用已有知識來解決問題，而是在實踐中建構知識和能力。知識與能力的建構要精準地指向項目目標，要讓學生經歷“有效失敗”，并不斷地迭代項目成果。在本項目中，教師設計了以下5個活動：

（1）逆向拆解：教師通過組織學生參觀植物工廠相關企業或校園內的植物培養空間，引導學生了解溫室栽培植物需要控制的條件，并親身體驗栽培植物的過程。學生在此活動中能夠了解自動化植物工廠的運行原理，體驗應用傳感器、編程等實現植物生長條件的控制。

（2）體驗探究：學生進行光的色散、綠葉中色素的提取和分離以及環境因素對光合作用的影響3個實驗，直觀感受光以及探究環境因素對植物生長的影響。

（3）定制光配方：光配方包括光照強度、光照均勻性、光質、光照時間和LED光源放置位置等內容。學生通過閱讀教科書和科學史資料，調研植物進行光合作用的條件，比較不同植物生長條件的差異并進行植物的選型，探究光照強度對光合作用強度的影響，找出光照強度的控制參數（如光源的個數、植物與光源的距離等）以及其他環境參數。

（4）設計光照系統的結構：學生在教師引導下確定植物生長所需的適宜條件（植物的密度、立體植物架的層高等），結合限定條件，進行光照系統的設計并畫出三視圖；確定衡量植物生長狀態的指標。在組內、組間和專家評價設計方案和設計圖后，學生再次進行優化。

（5）設計智能化控制系統：學生課后進行溫室栽培實踐，對植物工廠建立直觀的認識；設計不同的傳感器采集溫度、濕度、光照強度和二氧化碳濃度等信息，設計控制系統實現自動調控和遠程控制植物工廠的環境、灌溉和施肥作業等要求，畫出智能光照系統的設計圖或模型圖，完成控制系統的設計和程序編程。學生需要在約束條件（如農作物的生長特性、LED光源的成本等）因素的影響下，對多種設計方案進行經濟性分析；運用數學模型，尋找最優方案。

2.3 形成成果

項目式學習需要通過顯性的項目成果展示學生的學習過程。成果要能回答驅動性問題，要包含對核心知識與能力的轉化和遷移，要體現創造性，并對自己和他人有影響力。例如，教師提出“如何通過制作海報和搭建模型表達出設計思路？”這一驅動性問題。學生搭建模型的外觀輪廓，連接軟件和硬件設備，并通過工程測試對模型進行優化，同時撰寫產品說明書，詳細描述光照系統的結構和功能并進行海報設計和制作。

2.4 展示迭代

展示環節不僅要展示成果，更要反映參與者的成長，給學生發自內心的激勵和儀式感，獲得和真實世界對話、反思的機會。常見的展示形式包括創建主題博物館、制作海報及模型、制作PPT、錄制視頻、舉辦比賽、制作迭代產品、主題宣傳日、制作主題手冊和調查報告等。例如，在本項目中，讓學生回顧項目歷程，反思是否完成了項目的全部任務，這樣的設計可否遷移解決其他問題等。教師舉辦公開成果展，師生和專家共同評價和優化方案，學生對項目進行復盤并分享問題解決策略的運用。

在項目式學習的實施過程中，教師要讓學生充分的實踐，提示并示范問題解決的角度和思路，預設并捕捉學生的素養表現，及時調整學習活動。教師要應用信息技術提高交流的效率、深度，通過師生之間的對話和追問，外顯雙方的思維。教師要有針對性地反饋并幫助學生，外顯問題解決的方法和思路。

3 學習方式的變革促進師生共同發展

在項目式學習中，教師要具備項目設計能力、項目實施能力、項目評價能力和項目支持能力。項目設計能力包括對于驅動性問題的設計、對學習任務的水平和邏輯的設計、對項目作品及展示的設計。項目實施能力包括對于項目的規劃、監控和總結。項目評價能力要求教師能夠設計評價的維度和標準，包括對于核心活動、項目作品、項目總結的評價。項目支持能力是指能夠對學生提供素材、技能指導和思路引導。在項目的實施過程中，教師引導學生自主進行項目拆解，進行多輪次指導和評價。學生通過參與科學實踐和解決問題，最終形成有足夠證據支撐的觀點或產品，發展科學探究能力和科學思維。有轉基因技術、埃博拉出血熱、新型冠狀病毒肺炎、試管嬰兒、基因編輯嬰兒和抗生素溢用等許多適合社會責任教育的生物學和社會問題都可做為項目主題，以為學生學習生物學概念、生命觀念和學科思想方法提供項目式學習情境。