基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科實(shí)踐活動

尹雨婷 韓菲 向婧

摘 要 基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式，以《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》設(shè)置的發(fā)酵食品制作類跨學(xué)科實(shí)踐活動—“制作泡菜，探究影響泡菜亞硝酸鹽濃度的因素”為例，設(shè)計四個子項(xiàng)目。從項(xiàng)目目標(biāo)的制定、活動的設(shè)計開展到項(xiàng)目評價的設(shè)計，從課內(nèi)到課外，從定性到定量，引領(lǐng)學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 項(xiàng)目式學(xué)習(xí) 跨學(xué)科實(shí)踐 發(fā)酵食品中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，以下簡稱PBL）是一種教授科學(xué)的方法，其重點(diǎn)是讓學(xué)生探究他們認(rèn)為有意義和有吸引力的問題，并激發(fā)他們對世界的好奇心。通過對問題的探究，學(xué)生能理解相關(guān)現(xiàn)象，重視某些自然事件，或者能使用學(xué)科核心概念、科學(xué)與工程實(shí)踐和跨學(xué)科概念來找到問題的解決方案。教師倡導(dǎo)PBL，幫助學(xué)生正確理解“科學(xué)”，提高學(xué)生“做科學(xué)”的主動性，對學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展至關(guān)重要。

“生物學(xué)與社會·跨學(xué)科實(shí)踐”是《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》 （以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的新增主題，旨在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識生物學(xué)與社會的關(guān)系，理解科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的相互關(guān)系，使學(xué)生嘗試運(yùn)用多學(xué)科的知識和方法，通過設(shè)計和制作，解決現(xiàn)實(shí)問題或生產(chǎn)特定的產(chǎn)品。教師加強(qiáng)和完善生物學(xué)教學(xué)，組織以PBL為特點(diǎn)的跨學(xué)科實(shí)踐活動是發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐。因此，下文以《課程標(biāo)準(zhǔn)》中“生物學(xué)與社會·跨學(xué)科實(shí)踐”主題下“制作泡菜，探究影響泡菜亞硝酸鹽濃度的因素”項(xiàng)目為例，探討如何在跨學(xué)科實(shí)踐活動教學(xué)中落實(shí)生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1 教學(xué)設(shè)計思路

“制作泡菜，探究影響泡菜亞硝酸鹽濃度的因素”是《課程標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置的發(fā)酵食品制作類跨學(xué)科實(shí)踐活動之一。 《課程標(biāo)準(zhǔn)》中要求采用傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)完成發(fā)酵食品的制作，并“運(yùn)用多學(xué)科的知識和方法，從發(fā)酵的條件控制、裝置的改進(jìn)、食材的選擇等方面不斷嘗試”，對發(fā)酵食品進(jìn)行創(chuàng)新性的改良。 “制作泡菜，探究影響泡菜亞硝酸鹽濃度的因素”這部分內(nèi)容充分體現(xiàn)了PBL的三維學(xué)習(xí)理念，即整合學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念和科學(xué)與工程實(shí)踐。下文以此為總項(xiàng)目，將其拆解為四個子項(xiàng)目后提出驅(qū)動性問題，使學(xué)生在自主解決問題的過程中發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)，具體設(shè)計思路如圖1所示。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）從結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀的角度，觀察植物細(xì)胞的吸水和失水現(xiàn)象，了解乳酸菌的分類、結(jié)構(gòu)、代謝和應(yīng)用，歸納概括泡菜制作的科學(xué)原理，并嘗試選用時令蔬菜制作泡菜。

（2）初步認(rèn)識亞硝酸鹽對人體的危害及亞硝酸鹽含量的測定原理，嘗試用半定量的方法，參照教師提供的標(biāo)準(zhǔn)比色溶液，利用比色法檢測并估算泡菜中的亞硝酸鹽含量，認(rèn)同養(yǎng)成健康飲食習(xí)慣的重要性。

（3）探究發(fā)酵時間、食鹽濃度、大蒜添加量等因素對泡菜亞硝酸鹽濃度的影響，初步學(xué)會控制變量、設(shè)置對照等探究實(shí)驗(yàn)原則，并嘗試進(jìn)行科學(xué)質(zhì)疑和科學(xué)論證。

（4）基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，嘗試提出泡菜制作的改良方案，尋求提高泡菜質(zhì)量的措施，討論與此相關(guān)的食品安全問題，為人體健康提出有價值的建議，努力踐行并宣傳健康的生活方式。

3 教學(xué)過程在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)“組內(nèi)異質(zhì)，組間同質(zhì)”的原則組建項(xiàng)目小組，開展跨學(xué)科實(shí)踐活動。

泡菜是一種歷史悠久與大眾化的乳酸發(fā)酵蔬菜制品，經(jīng)常食用可使人體攝入大量的活性乳酸菌及乳酸菌代謝產(chǎn)物，它們具有調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡、提高機(jī)體免疫力等保健功能。然而長期食用泡菜也會有一定的危害，其中最為嚴(yán)重的就是亞硝酸鹽含量超標(biāo)帶來的潛在安全性問題。那么，如何測定泡菜中亞硝酸鹽的含量呢？教師創(chuàng)設(shè)具有現(xiàn)實(shí)意義的問題情境，將研究內(nèi)容與生活實(shí)際相結(jié)合，學(xué)生由此確定研究項(xiàng)目。

經(jīng)課堂討論，教師和學(xué)生進(jìn)一步將總項(xiàng)目拆解為四個子項(xiàng)目，即理解泡菜制作原理、體驗(yàn)制作泡菜、簡易測定泡菜中亞硝酸鹽的含量及探究泡菜亞硝酸鹽濃度的影響因素。項(xiàng)目難度和復(fù)雜度逐漸提升，符合初中學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平。其中，子項(xiàng)目3需要制作標(biāo)準(zhǔn)比色溶液，涉及較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)原理和操作，由教師帶領(lǐng)興趣小組的學(xué)生課下完成。子項(xiàng)目4涉及的跨學(xué)科知識較多，整體難度較大，由學(xué)生結(jié)合自身實(shí)際情況，自主選擇是否加入學(xué)習(xí)興趣小組，跟隨指導(dǎo)教師課下完成。其余項(xiàng)目內(nèi)容在課堂完成。

3.1 子項(xiàng)目1：理解泡菜制作原理

驅(qū)動性問題：泡菜腌制過程中發(fā)生了哪些變化？為什么？

學(xué)生通過品嘗泡菜，發(fā)現(xiàn)腌制前后蔬菜的口感、形狀、色澤等都發(fā)生了顯著的變化，進(jìn)而產(chǎn)生疑惑：這些變化是如何產(chǎn)生的？此時，教師可提示學(xué)生用蘿卜條觀察植物細(xì)胞的吸水和失水現(xiàn)象，并引導(dǎo)學(xué)生思考：將新鮮的蔬菜浸泡在食鹽水中，蔬菜會發(fā)生什么變化？如何記錄變化？學(xué)生小組討論，合作生成實(shí)驗(yàn)探究方案：將新鮮蘿卜處理為大小、重量幾乎完全相同的蘿卜條，記錄數(shù)據(jù)；之后取兩個貼有甲、乙標(biāo)簽的燒杯，并在甲、乙燒杯中分別加入等量的食鹽水與清水；接著，將兩個蘿卜條稱重記錄后置于甲、乙燒杯中，等待10～15 min取出，晾干表面水分后再次稱重，觀察并在實(shí)驗(yàn)記錄表中記錄前后變化。

學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：蘿卜條吸水和失水的條件取決于外界溶液濃度的大小。當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度時，蘿卜條吸水；當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時，蘿卜條失水。因此，將蘿卜條放入泡菜壇后，由于其細(xì)胞液的濃度小于食鹽水溶液的濃度，蘿卜細(xì)胞會失水，從而導(dǎo)致蘿卜條變小變軟、皺縮減重。

此外，項(xiàng)目小組通過查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)泡菜腌制過程中發(fā)揮主要作用的微生物是乳酸菌。乳酸菌是一種厭氧菌，其在無氧條件下發(fā)酵生成乳酸，使得泡菜呈現(xiàn)一種獨(dú)特的風(fēng)味。

3.2 子項(xiàng)目2：體驗(yàn)制作泡菜

驅(qū)動性問題：怎樣簡單制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品 — — 泡菜？

學(xué)生課前向長輩請教，了解泡菜制作的一般方法和過程，各項(xiàng)目小組交流討論、統(tǒng)一意見后，決定選用時令蔬菜圓白菜制作泡菜，并形成具體制作方案：首先，用無菌水將圓白菜洗凈晾干、切塊備用；接著，用無碘食鹽與煮沸冷卻的無菌水配制質(zhì)量濃度為10g/L的食鹽水溶液；并取容量為250 mL的錐形瓶作為發(fā)酵容器，用醫(yī)用紗布包裹藥棉制成塞子備用；正式制作泡菜時，向錐形瓶中加入90 g圓白菜與200 mL鹽水，塞上棉塞后，進(jìn)行發(fā)酵。

3.3 子項(xiàng)目3：簡易測定泡菜中亞硝酸鹽的含量

驅(qū)動性問題：如何檢測并估算泡菜中的亞硝酸鹽含量？

泡菜腌制過程中所產(chǎn)生的有害物質(zhì) — — 亞硝酸鹽，其含量的測定為學(xué)生關(guān)注的重點(diǎn)，也是本次項(xiàng)目式跨學(xué)科實(shí)踐活動的教學(xué)難點(diǎn)。教師提前準(zhǔn)備亞硝酸鹽相關(guān)理論知識的資料卡片（圖2），并于課前分發(fā)給學(xué)生。

教師參考《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)：食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定（GB5009.33—2016）》提供自制的標(biāo)準(zhǔn)比色溶液，供學(xué)生檢測并估算泡菜中亞硝酸鹽的濃度。實(shí)驗(yàn)操作為：配制泡菜樣品提取液的有色溶液，將其與標(biāo)準(zhǔn)比色溶液的顏色進(jìn)行對比，用比色法得出該樣品提取液的亞硝酸鹽濃度。之所以采用這種方法，是因?yàn)閷W(xué)生已有的認(rèn)知水平不足以理解準(zhǔn)確定量實(shí)驗(yàn)的原理以及操作步驟。

3.4 子項(xiàng)目4：探究泡菜亞硝酸鹽濃度的影響因素

驅(qū)動性問題：如何更加健康地食用泡菜？

在順利完成上述三個子項(xiàng)目后，學(xué)生產(chǎn)生了諸多疑問。例如： （1）如何才能定量測定泡菜的亞硝酸鹽濃度？ （2）泡菜亞硝酸鹽濃度與發(fā)酵時間、食鹽濃度、大蒜添加量和檸檬酸濃度有什么關(guān)系？學(xué)生自主組建興趣小組，跟隨指導(dǎo)教師在課余時間完成了泡菜亞硝酸鹽濃度的定量測定及泡菜亞硝酸鹽濃度影響因素的探究。

教師向?qū)W生呈現(xiàn) NaNO 2 標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖 3），利用NaNO 2 標(biāo)準(zhǔn)曲線生成回歸方程：y=0.5876x-0.0006，R 2 =0.9991（R 2 指的是相關(guān)系數(shù)），從而定量測定泡菜的亞硝酸鹽濃度，并探究泡菜亞硝酸鹽濃度的影響因素。其中，NaNO 2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的構(gòu)建過程由教師提前錄制成微課，作為補(bǔ)充學(xué)習(xí)資料提供給學(xué)有余力的學(xué)生。

通過小組討論，學(xué)生確定了兩個探究因素：食鹽濃度與大蒜添加量。兩個小組分別將食鹽濃度梯度與大蒜添加量設(shè)置為1%、2%、3%、4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）與3 g、6 g、9 g，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，并在不同時間測定泡菜亞硝酸鹽濃度。測定方法基于子項(xiàng)目3中泡菜樣品提取液有色溶液的制備。

學(xué)生以項(xiàng)目小組為單位，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，教師幫助學(xué)生繪制亞硝酸鹽濃度隨腌制時間變化的曲線圖，直觀、簡潔地呈現(xiàn)實(shí)踐成果。

學(xué)生觀察、分析亞硝酸鹽濃度隨腌制時間變化的曲線圖，得到合理的結(jié)論。泡菜亞硝酸鹽濃度在發(fā)酵前期均處于上升趨勢，第5天前后達(dá)到峰值，之后開始下降，在發(fā)酵時間達(dá)到第7天左右下降到一個相對穩(wěn)定的數(shù)值。通過對比不同食鹽濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的泡菜亞硝酸鹽濃度，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，當(dāng)亞硝酸鹽濃度達(dá)到峰值時，食鹽濃度為1%的泡菜亞硝酸鹽濃度最高，食鹽濃度為4%的泡菜亞硝酸鹽濃度最低，當(dāng)亞硝酸鹽濃度降到穩(wěn)定值時，食鹽濃度為4%的泡菜亞硝酸鹽濃度最低；對比不同大蒜添加量的泡菜亞硝酸鹽濃度時，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，大蒜添加量越多，泡菜亞硝酸鹽濃度總體上越低，但3 g、6 g、9 g大蒜添加量的泡菜亞硝酸鹽濃度差別不大。因此，在同時考慮食品安全和制作成本的情況下，泡菜發(fā)酵的最佳條件為4%食鹽濃度、3 g大蒜添加量，且發(fā)酵時間應(yīng)在7天以上。

最后，教師進(jìn)一步提出思考題：根據(jù)研究結(jié)果，你可以從飲食習(xí)慣方面提出一些建議嗎？你可以自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)探究隔夜茶中亞硝酸鹽濃度是否會增高嗎？從而讓學(xué)生意識到，學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念是可以用來指導(dǎo)科學(xué)與工程實(shí)踐的。同時，教師建議學(xué)生學(xué)以致用，以科普短文的形式科學(xué)、客觀地介紹亞硝酸鹽及其對人體健康的影響，倡導(dǎo)大眾形成健康的生活方式。

4 教學(xué)評價

在活動結(jié)束后，學(xué)生撰寫實(shí)踐活動報告，包括活動目標(biāo)、方案、結(jié)果、反思等，分享實(shí)踐成果。同時學(xué)生針對他人提出的具體問題，運(yùn)用證據(jù)進(jìn)行交流和討論，反思研究不足，從而改進(jìn)實(shí)踐方案。

教師對本次項(xiàng)目式跨學(xué)科實(shí)踐活動采用學(xué)生自評-同學(xué)互評-教師評價的多元評價方式，注重過程性評價和終結(jié)性評價的結(jié)合，客觀全面地反映出學(xué)生在整個活動過程中的表現(xiàn)，從而引發(fā)學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)和理解。在教學(xué)評價中，教師結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐，從多個維度設(shè)計評價指標(biāo)，確定評價等級和評價標(biāo)準(zhǔn)，制定評價量規(guī)，見表1。

5 總結(jié)與反思

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)

本次項(xiàng)目式跨學(xué)科實(shí)踐活動實(shí)施存在的困難有實(shí)驗(yàn)藥品繁多、實(shí)驗(yàn)步驟繁瑣、實(shí)驗(yàn)耗時較長等，所有的操作無法都由全部學(xué)生在課堂上完成。因此，教師創(chuàng)新了教學(xué)組織形式，將課堂上基礎(chǔ)知識的夯實(shí)與課外興趣小組的拓展學(xué)習(xí)相結(jié)合。同時，教師為學(xué)生提供了半定量測定亞硝酸鹽含量的標(biāo)準(zhǔn)比色溶液，從而簡化了實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)藥品和實(shí)驗(yàn)步驟，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可操作性。

PBL作為一種較受認(rèn)可的提升學(xué)生跨學(xué)科能力的教育模式，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體的合作學(xué)習(xí)。在此次跨學(xué)科實(shí)踐活動教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)學(xué)的方法記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用化學(xué)的原理解釋生物學(xué)問題，讓學(xué)生體會到了不同學(xué)科之間的交叉聯(lián)系，使教學(xué)實(shí)現(xiàn)了學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念的同步推進(jìn)，充分體現(xiàn)了PBL的優(yōu)勢，也較好地詮釋了跨學(xué)科實(shí)踐活動教學(xué)課堂的趣味性。

通過使學(xué)生學(xué)習(xí)泡菜制作的科學(xué)原理，探討泡菜亞硝酸鹽濃度的變化規(guī)律，教學(xué)有效落實(shí)了對學(xué)生生命觀念核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在設(shè)計、改進(jìn)、確定實(shí)驗(yàn)方案以及分析數(shù)據(jù)、建構(gòu)模型、得出結(jié)論的過程中，學(xué)生的科學(xué)思維核心素養(yǎng)得到了較好的發(fā)展。學(xué)生動手實(shí)踐完成項(xiàng)目，促進(jìn)了其探究實(shí)踐核心素養(yǎng)的落實(shí)。對研究結(jié)果進(jìn)行分析，使學(xué)生對提高發(fā)酵產(chǎn)品品質(zhì)的認(rèn)識更加立體化，也引導(dǎo)學(xué)生形成了合理飲食、健康生活的觀念，提高了學(xué)生的社會責(zé)任感，進(jìn)一步完善了學(xué)生對態(tài)度責(zé)任核心素養(yǎng)的認(rèn)知。學(xué)生通過與他人合作尋求驅(qū)動性問題的答案，在完成一個個子項(xiàng)目的過程中建構(gòu)科學(xué)知識和方法，全面提升整體的學(xué)科核心素養(yǎng)，增強(qiáng)未來解決生物學(xué)問題的能力。

5.2 教學(xué)反思

跨學(xué)科能力對學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展有著重要的作用，然而如何在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科能力卻是個難題。教師在實(shí)施本次項(xiàng)目式跨學(xué)科實(shí)踐活動教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)，跨學(xué)科實(shí)踐存在著學(xué)科進(jìn)度上的不一致性。例如，定量分析比定性分析精確，但泡菜亞硝酸鹽濃度的定量測定對學(xué)生的數(shù)學(xué)、計算機(jī)基礎(chǔ)水平要求較高，因此，對于大多數(shù)初中生來說，將定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確定量實(shí)驗(yàn)的可行性不高。此外，泡菜亞硝酸鹽濃度的測定涉及較多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)原理，然而化學(xué)是初中生步入初三后才接觸到的一門學(xué)科，學(xué)生大多缺少化學(xué)基礎(chǔ)知識的支撐，難以深入理解其測定原理。因此，教師制作了標(biāo)準(zhǔn)比色溶液，用于泡菜亞硝酸鹽含量的半定量檢測，為檢測試劑不充分的廣大教師提供參考思路。

此外，本案例是對人教版高中生物學(xué)教科書《選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》第一章第一節(jié)中的“探究·實(shí)踐”欄目內(nèi)容的鋪墊，保證學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的連貫一致、循序漸進(jìn)，體現(xiàn)了《課程標(biāo)準(zhǔn)》“課程設(shè)計重銜接”的課程理念。

發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)是義務(wù)教育生物學(xué)課程的設(shè)計宗旨和實(shí)施的基本要求。 《課程標(biāo)準(zhǔn)》中新增的“生物學(xué)與社會·跨學(xué)科實(shí)踐”主題，為落實(shí)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了新的思路，應(yīng)被廣泛關(guān)注。

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