“無土栽培”項目式學習的跨學科實踐探索

石曉紅

(江蘇省錫山高級中學實驗學校 江蘇無錫 214100)

《義務教育生物學課程標準(2022年版)》在課程內容中增加了“跨學科實踐”主題,并提出要占總課時數的10%。在物理、化學、地理等其他學科的課程標準中,也有同樣的要求。跨學科實踐活動的特點,首先是實踐性,跨學科實踐不是傳統課堂中單一的理論學習,而是在真實情境中與客觀世界建立聯系,既要動腦又要動手,主動參與,積極探索的學習活動。在實踐過程中,學生能夠加深對生物學概念的理解,提升應用知識解決現實問題的能力。其次,跨學科實踐活動具有跨學科性,在實踐活動中,學生通常需要綜合運用數學、科學、工程和技術等學科的概念、方法和思想,以解決真實情境中的復雜問題。通過參與跨學科實踐活動,學生能夠認識生物學與社會的關系,打破學科之間的壁壘,綜合運用各學科知識,全面發展核心素養。

相比傳統的課堂教學或主題式學習,項目式學習以完成項目的方式組織教與學,通過一系列的探究、合作等方式,最終以產品的形式呈現學習成果,更加有利于跨學科實踐活動的展開和實施,也有利于促進學生學習的主動性、積極性和持續性,從而發展學生綜合素養。下文以“無土栽培”項目式學習為例,探索跨學科實踐的實施路徑。

1 確定項目選題

在項目式學習的情境選擇過程中,教師需要考慮多方面的因素。首先,項目情境應是源自真實世界的客觀問題,是出于社會需求而存在的,具有社會意義和價值的。其次,項目的完成不是僅靠書面知識就能解決的,而是需要通過實實在在的動手操作、調查取證、設計制作、合作探究、跨學科實踐等一系列實踐活動才能完成。最后,項目應該適合初中生的知識能力水平,難易適度,符合學生的最近發展區。

近幾年,“在家種菜”成為很多家庭的選擇,很多學生也有過相關經歷。種植的蔬菜既能夠用來食用,還有綠化環境、美化空間、凈化空氣的作用,對于緩解壓力、舒緩心情頗有益處。但是,隨著城市化進程的加快,居民能夠栽培植物的土地面積日漸減少。因此,教師可以提供中國人首次在太空當菜農的新聞,展示在缺少陽光、空氣、水、土壤,并且在失重、具有多種射線的太空環境中植物生長的可能性。繼而提出問題:在家能否利用有限空間來無土栽培呢?并明確項目選題“無土栽培”。

從學習動機來看,無土栽培既能引起學生的興趣和好奇心,也是一項能夠滿足學生身心需要的基本技能,是一項具有廣闊運用前景的未來技術。從學習過程來看,無土栽培是一項由任務驅動,需要學生主動參與、動手動腦、多維思考的跨學科實踐活動。

2 規劃項目設計

美國著名課程理論專家泰勒在《課程與教學的基本原理》一書中指出,在編制一組有效組織起來的學習經驗時,需要符合三大標準,即連續性、順序性和整合性。教師在項目設計過程中,不僅要保證前后連貫,符合學科邏輯順序,還要讓學生主動參與,尤其引導學生積極思考,設計解決方案并實施。

2.1 進行調查活動,了解無土栽培技術

如果僅通過教師的口頭傳授,學生對無土栽培技術未必會有很強烈的好奇心。由學生自己收集各種資料、開展調查活動,有利于學生的主動學習,培養學生的分析綜合能力。

因此,在第一課時教師主要圍繞“無土栽培”主題,組織學生展開調查活動,提出問題:無土栽培成功的秘密是什么?有哪些優缺點?現在和未來有哪些應用領域?嘗試進行無土栽培需要具備哪些條件?學生以小組為單位,分工合作,參閱生物學課本,或在圖書館查詢文獻,或利用網絡搜集資料。通過該課時的學習,學生基本了解無土栽培是一種根據植物生長需要,將水和各種不同比例的無機鹽配制成植物培養液,用來栽培植物的現代化農業生產技術。它具有節省土地、提高水肥利用率、培養高品質植物、避免污染、減少病蟲害等優點。在荒漠、極地,甚至太空等,無土栽培都是生產食物非常有效的方法。

2.2 設計并安裝無土栽培設備

在眾多學生活動中,設計裝置屬于工程技術類,是跨學科實踐的典型。學生想要設計出較好的作品,需要清楚植物生長的條件,進而促使深入學習生物學學科知識,做到理論聯系實際。

因此,在第二課時,教師圍繞設計“無土栽培”裝置展開教學。學生在設計時需要考慮材料和容器的選擇,保證裝置不僅能有效栽種,不漏水,能固定,而且對植物的生長無害。此外,裝置材料應該盡可能經濟,節省成本。學生在稿紙上繪出設計圖,有的在水中放入帶孔長方磚,以固定植物;有的在奶粉桶中加水,以保證植物的供水。

2.3 選種并完成無土育苗工作

生物的生存依賴特定的環境,不同生長時期,需求也不同。特別是種子萌發時期,對于外界條件的要求更加嚴格。因此學生需要根據種子的生長需求,選擇植物品種,設計萌發裝置以達到特定的萌發條件。

因此,第三課時教師主要圍繞無土育苗工作展開教學。考慮到植物生長的氣候、生長速度、可食用部分及成本等因素,教師分發給學生青菜種子嘗試開展無土育苗。首先,教師引導學生在育苗盤底部放入水,將立方體海綿(低密度聚氨酯)浸入其中以吸收水分。然后,學生將青菜種子輕輕塞入每一塊海綿的十字縫中,深度適中。此后,學生每天為植物噴灑營養液,以少量多次為原則,并且注意保溫保濕。

2.4 學習并配置無土栽培營養液

無土栽培成功的關鍵之一是營養液的配制。為了研究營養液的成分,教師可以取一滴培養液滴在載玻片上,利用加熱蒸發的方法,觀察留下的白色結晶物質。不同的植物對無機鹽的種類和數量需求不同,因此在配制營養液前學生需要調查青菜生長所需的無機鹽。

因此,第四課時教師主要圍繞稱量藥品展開教學。營養液中必須含有植物生長所必需的全部礦質營養元素,學生需要計算無機鹽和水的比例,稱量藥品,學習使用天平。然而,稱量等技術對七年級還未學習化學的學生來說,難度較大。故需要教師補充相關知識,為學生做出示范,并給學生練習規范操作的機會。

2.5 分工并完成無土栽培管理

跨學科實踐活動是一項綜合性的活動,需要較長時間才能完成作品,僅僅依靠課上的有限時間不足以完成任務。所以,教師需要將課內和課外有機結合,組織學生小組分工合作。學生需要做好無土栽培過程中移植、保溫、篩選、記錄、營養液監測、清潔等管理工作。

3 跨學科實踐,突破項目難題

在項目實施過程中,不可避免地會衍生出很多二級問題。在限的時間不可能對每一個細枝末節都深度細究。教師所選擇深度探究的問題,應該具有普遍性、實踐性,有利于高階思維和綜合思維的培養,有利于核心素養的提升。

3.1 解決問題一:根部缺氧——設計循環裝置

面對無土栽培一段時間后,植株生長矮小的問題,學生通過商討發現其可能原因為植物根系缺氧。因此,需要對裝置進行重新設計并調整,有的學生增加了循環管道,有的則增加了氣霧器。學生在課后根據設計圖,尋找合適的材料拼裝,及時調整。針對循環管道和氣霧器都需要電源的現實問題,學生提議用太陽能板蓄電以節省人力、物力、財力。

3.2 解決問題二:光線不足——自制補光燈

面對無土栽培一段時間后,有的植物葉色泛黃的問題。學生推測,很有可能是植物長期在室內,缺乏充足的陽光。教師可以引導學生上網查資料,了解光合作用中植物對不同波長光的需求,自制補光燈,并購置LED 燈珠、紅光和藍光燈珠等,學習電烙鐵技術。

3.3 解決問題三:病蟲害——配置波爾多液

面對無土栽培一段時間后,有的植株出現病蟲害的問題。教師可以指導學生自制大蒜水、洋蔥水、辣椒水等,成本低、效果好、對人無害的溶液進行病蟲害的防治。教師還可以介紹并指導配置保護性的殺菌劑波爾多液,引導學生在此過程中學習使用天平、量筒,并鍛煉數學計算能力。

4 全面多元化開展項目評價

新課標中關于評價的理念是學業評價促發展。跨學科實踐活動不同于常規課堂教學活動,持續時間長、與其他學科關聯大,所以及時、全面、有效的評價有利于學生反思、調整與提高,有利于學生更加積極主動地參與到活動中,提高綜合素養。

4.1 評價內容應全面

跨學科實踐活動評價應包含過程性評價和終結性評價,并以過程性評價為主。其中,過程性評價可以包括在整個無土栽培實踐過程中。教師需要對學生的積極性與主動性、勞動能力、科學思維能力以及遇到困難反思與改進的能力等多方面進行綜合評價。對于無土栽培的終結性評價,可以涉及裝置的設計思路、安裝的精細程度,植物生長的狀態、收獲產品的多少等方面。

4.2 評價主體應多元

在一段時間的跨學科實踐活動中,學生本人在反思、同伴在合作、家長在參與、老師在指引。不同角度的綜合評價更客觀、公正。教師可以從生物學學科素養評價,即生命觀念、科學思維、探究實踐、態度責任等不同的角度評價,從而檢測教學目標是否實現,哪些方面是有效的,哪些方面還需要改進。學生可以書寫學習心得,總結無土栽培的經驗與不足等方式進行自評。在學生展示作品后,教師可以引導其他學生點評作品的優點和不足,并給出建議。此外,家長可以在帶孩子售賣無土栽培的青菜時結合其銷售情況進行評價。