“以課程標準為核心的項目學習”在生物學教學中的應用

摘要：根據“以課程標準為核心的項目學習”的教學方法，培養學生合作學習、創新意識等能力。以選擇性必修模塊3概念5“基因工程賦予生物新的遺傳特性”的實驗教學為例，闡明“以課程標準為核心的項目學習”的策略方法。

關鍵詞：課程標準；項目學習；生物學教學

文章編號：1003-7586（2024）03-0020-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

高中生物學項目式學習（Project_based learning，PBL）是教師以STEAM（科學——Science、技術-Technology、工程-Engineering、藝術——Art、數學-Mathematics等學科共同構成的跨學科課程）理念為導向，為學生構建一個以生物學為背景的生活或科研情境，讓學生完成一項或多項跨學科的綜合性任務，從而推動其發展的教學模式。美國巴克實驗室提出的“以課程標準為核心的項目學習”是一套比較有代表性的STEAM課程教學模式，該模式認為項目學習既是對真實問題的探究過程，也是精心設計項目作品、規劃和實施項目任務的過程。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）的設計和實施追求“少而精”，將必修和選擇性必修課程的模塊內容濃縮成幾個大概念及重要概念和次位概念。學生圍繞生物學重要概念展開項目式學習，可以避免知識的割裂和碎片化，削減細枝末節的知識，淡化記憶背誦的要求，為培養學生生物學核心素養奠定基礎。

1 “以課程標準為核心的項目學習”的整體設計模式

根據已有的項目式學習模式，本文提出一種“以課程標準為核心的項目學習”設計模式。該模式包括“確定主題→分析要素→設計流程→實踐活動→交流評價”五個環節。下面以《課程標準》大概念5“基因工程賦予生物新的遺傳特性”項目學習教學設計為例，闡明“以課程標準為核心的項目學習”在中學生物學教學中的應用，整體設計思路如圖1所示。

2 “以課程標準為核心的項目學習”的模式的實施

根據“基因工程賦予生物新的遺傳特性”項目學習的整體設計思路，筆者進行了教學實踐，具體過程如下。

2.1 確定主題

從大概念出發確立項目式學習方案，教師需要明確重要概念、其涉及的知識、技能方法以及它們之間的相互關系，這樣才能有利于教師對項目進行準確地把握，避免教學重點的偏移。

“生物技術與工程”包括4個概念，這些概念既是對必修內容的擴展和應用，又是對生物技術和工程的認識和理解，更注重實踐，非常適合項目式學習。在確定大概念“基因工程賦予生物新的遺傳特性”為項目學習主題時，教師要明白核心是基因工程的基本操作步驟。

普通高中受實驗設備落后、教師技能不足等因素限制，轉基因技術往往以教師講授為主，學生被動地學習、機械地記憶。教師開展項目式學習需要盡可能為學生提供實驗條件，指導學生設計和進行實驗，促進學生核心素養的提升。項目主題的確定過程是教師為學生選擇項目方向、研究內容以及確定學習重點的一個重要環節，是項目學習的基礎。

2.2 分析要素

要素分析包括項目學習要運用的技術手段、科學知識、實驗設備，也包括學習時長、學生水平、活動環境，以及項目結構是否合理、是否可行。

轉基因技術改造微生物，首先保證選用的目的基因易獲得且容易被檢測。綠色熒光蛋白及其一系列突變基因產生的蛋白質容易被觀察，因此是中學生進行基因工程操作的很好的選擇。以大概念“基因工程賦予生物新的遺傳特性”為項目學習主題可以具體轉變為“制備能發光的大腸桿菌”。基因工程分為四個步驟：目的基因的篩選與獲取一基因表達載體的構建一將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定。這里可進行的實驗有PCR、瓊脂糖凝膠電泳、限制酶和DNA連接酶的使用、細菌的轉化、微生物的培養及鑒定，不僅涉及基因工程相關實驗，還與前面微生物的相關實驗有關聯。中學借助高校及一些科研平臺的支持，可進行部分或全部的實驗活動。

2.3 設計流程

要素分析完成后，教師需要設計方案實施的流程，并對流程中每一步驟的具體實施條件、注意事項進行合理的配置和取舍。具體過程設計還需要教師規劃項目實施過程，明確教師與學生各自需完成的任務，使“學生完成任務”和“實現教學目標”達成一致。制定目標后，教師需要根據目標對項目驅動問題進行分解，并制定具體的課時任務（見表1）。

基于基因工程的基本操作程序的核心概念，本項目內容劃分為“目的基因的篩選與獲取”“基因表達載體的構建”“將目的基因導入受體細胞”“目的基因的檢測與鑒定”4大板塊、8個課時。每個板塊設計課時活動與任務后，依據《課程標準》的要求和教學對象、教學條件制定課時教學設計方案，合理有序安排教學任務。表2～表4呈現了第三板塊設計轉化和接種實驗設計（部分）。

受限于中學生的認知水平及學校的實驗條件，項目學習實踐材料的選擇會比較單一，在討論和設計實驗方案的過程中，可以最大限度地鍛煉學生發現問題及解決問題的能力。

2.4 實踐活動

項目式學習需要學生親身實踐，教師引導學生完成實驗方案的設計并交流實驗結果。這種實踐思考行為既“動手”又“動腦”，整合了知識技能和價值觀素養，同時鍛煉了解決問題的能力。實踐過程中，教師需根據學生的實際情況，及時修訂并補充實驗設計，方便后續活動的進行。

圖3展示了部分學生的實驗結果，同學們觀察實驗結果提出了一系列的問題，比如：如何解釋圖3中LB（+pGFP）、LB/Amp （+pGFP）的差異？LB/Amp（-pGFP）出現菌落的原因可能是什么？如何進一步驗證？學生通過實踐會發現很多問題，并嘗試去思考解決。

項目實施時，教師作為項目管理者，需要時刻注意以下幾點：一是對學生進行適當的分組，考慮學生的層次，合理搭配，合理安排任務，調動學生的積極性、提高學生的參與度；二是聚焦在重要概念上，項目推進過程中，要強化生物學重要概念的理解與探究，以及重要概念之間的聯系。

2.5 交流評價

高中生物學《課程標準》提出要重視評價的診斷作用、激勵作用和促進作用。核心素養的落實不僅需要結果性評價，更要注重過程性評價。覆蓋全程的評價是整個項目學習法的最后一個環節，這主要是針對教師提出來的。實驗設計、操作過程、實驗報告、師生互動、同伴合作、作業練習、紙筆測驗等均可作為學業評價方式及內容。

基金項目：蘇州市教育科學“十三五”規劃課題“基于生物學學科核心素養提升的STEAM教育研究”（192011380）。