項目式學習在高中生物實驗教學中的開展路徑

周銀

摘 要：基于新課標的背景，高中生物教師將項目式學習與實驗教學相結合，將打造富有特色的實驗教學模式。基于現階段高中生物實驗教學“低效”的現狀，以建構主義理論為支撐，兼具綜合性、實踐性、探究性的項目式學習模式脫穎而出，能為創新生物實驗教學提供參考。文章首先對項目式學習的理論進行了解讀，其次分析高中生物實驗教學的現狀及項目式學習應用于實驗教學的價值，論證項目式學習活動開展的必要性，最后以“細胞的基本結構”為例，通過理論結合實踐的方式探尋項目式學習在高中生物實驗教學中的應用路徑，旨在構建高中生物實驗教學新樣態，全力推進學生學科核心素養的培育與發展。

關鍵詞：項目式學習；高中生物；實驗教學；細胞的基本結構

《普通高中生物學課程標準》（2017年版2020年修訂）在“加強和完善生物學實驗教學”建議中指出學生的實驗“既可以是動手、觀察類的實驗活動，也可以是以問題解決為特點的探究活動”。項目式學習作為一種以驅動性問題（任務）為牽引、項目成果為導向、學習支架為支持手段的綜合性探究活動，其育人方式與新課標對實驗提出的要求不謀而合，共同指向學生體驗、操作、探究、實踐等過程，強調學生“做”的過程，將靜態的實驗知識轉化為動態的實操過程，實現用知識解決問題，以形成系統且完備的知識體系，生發豐富的實驗技能及問題解決技能，深化學科核心素養，以體現高質高效“學實驗”的過程。因此，高中生物教師要立足新課標，明晰項目式學習的內涵，創新教學路徑，力求讓項目式學習模式的運用助推自身構建新課標下的生物實驗教學新格局。

一、項目式學習基本概述

項目式學習來源于“做中學”“設計教學法”等理論，強調“知道”和“做到”的集合，是指導學生系統探究真實而又復雜問題的過程，也是學生在實踐中自動、自發地進行有目的、有計劃、手腦并用、獲得完整經驗的綜合性學習活動。學生是以“學習共同體”的方式聚焦某一個問題設計項目內容，規劃并實施項目，以收獲項目成果。將其運用于實驗教學，教師將聚焦實驗目的創設較為真實的問題情境，以挑戰性任務激發學生的學習需要，支持學生主動尋找解決問題的方法與路徑，理解實驗的思維結構與價值意義，以達成主動建構知識、運用知識解決問題、創新反思知識的學習目的[1]。基于概念分析基礎，可以明確項目式學習具有以下特征：

（一）真實性

項目式學習最大的特點就是將知識與現實生活聯結，形成一個項目，這一項目具有一定的開放性與挑戰性。學生將在真實問題的驅動下完成自主探究，極大程度地激發學習的積極性、主動性與創造性。在真實項目問題的驅動下，學生也將親身經歷問題解決的過程，能直面真實的現實世界，感受所學學科、所實踐知識的價值，能將學習視角連接現實生活，以達到知與行的統一。

（二）實踐性

項目式學習強調學生做中學、學中思、思中創的過程。“做”是項目式學習的核心，是學生學習、思考、創新的起點，更是展現課堂主體地位的重要依據。教師指導學生聚焦項目內容，進行項目策劃、項目實施、成果展評、項目評價等活動，合作搜集資料、推理假設、設計并完善方案、制作并展示成果等[2]。整個過程更強調學生做事、做人、做學問，既能掌握所探究的知識內容，也能整合各類知識創造性地解決問題，形成跨界融通思維，真正地發展綜合能力。

（三）進階性

項目式學習強調學生學習過程中的進階性，從一個項目的提出到項目的分析與論證、設計與實施、分享與交流，是學生知識學習、技能訓練、綜合思維持續進階的過程。從知識學習層面來看，學生將從表層學習走向深層學習，能探尋知識的本質與內核；從技能訓練層面來看，學生將從最開始的技能型學習走向智慧型學習，從模仿走向創新，更體現個人色彩；從綜合思維層面來看，學生的思維將從低階轉向高階，且在整個項目探究的過程中，學生的思維進階是呈“螺旋式”模態上升，體現了項目式學習的科學性，也更契合學生認知發展規律[3]。

二、現階段高中生物實驗教學中存在的問題分析

（一）實驗教學理念有待創新

在現階段的高中生物教學中，部分教師受傳統教育理念的影響，更重視學生的知識學習，缺乏對實驗的足夠重視，未能意識到實驗操作對學生知識、技能及素養發展的反哺效力。新課標指出“教學過程重實踐”，且凝練的“科學思維”“科學探究”等素養培育路徑皆與實驗教學有著十分緊密的聯系。但是一些教師雖然了解新課標的內容，但是理念未能更新，在實踐中也沒能重視實驗，既不注重引入新穎的元素激發學生參與實驗探究的積極性與主動性，也不注重教學模式的更新換代，打造富有特色的實驗探究課堂。這樣一來，整個高中生物實驗教學便存有局限，未能得到重視，也讓學生生物學習的效果大打折扣。

（二）實驗教學手段較為固化

在現階段的高中生物實驗教學中，部分教師已經意識到實驗教學的重要性，并積極完善實驗教學體系，但是在具體教學中，還是存在問題，其中實驗教學手段較為固化是比較突出的問題。教師依舊采用傳統“講授式”“灌輸式”的教學模式，或者運用技術手段為學生呈現實驗操作微課，讓學生觀看后依樣畫瓢完成實驗。

（三）實驗教學關系有待整改

教師在指導學生展開實驗時，忽視了教學關系的優化與改善。在知識教學中，教師強調學生的自主學習、合作探究。但是在實驗教學中，部分教師考慮實驗安全性、正確性等因素，更強調自身主導地位的彰顯。學生有自主實驗與探究的過程，但是每一步皆是在教師的引導下完成。換言之，學生未能經歷“自主做實驗”“反復試錯”“創新發展”等過程。所以學生在課程中依舊處于被動狀態，難以借助實驗系統掌握所學知識，最終影響了自身的課程學習效果。

三、項目式學習在高中生物實驗教學中的開展價值闡述

隨著新課程標準的持續推行，生物實驗的地位逐漸提升，借助實驗引領學生完成知識學習是當下教學創新的一大趨勢。面對當下高中生物實驗教學中教師教學理念陳舊、教學手段固化、教學關系錯位的“困局”，呼喚項目式學習模式是改善困境、解決問題、創新發展的有效路徑。它的出現將打破“僵局”，讓實驗教學煥發生機與活力。其價值具體如下：

（一）有利于激發學生實驗探究興趣

項目式學習是一種有意義的學習過程，它能將原本枯燥的模仿實驗變為具有挑戰性的項目指導學生學習，將有效激發學生的征服欲、挑戰欲，深度思考實驗內容，串聯所學知識，進而完成實驗。在整個項目式實驗學習的過程中，小組內部成員之間將密切配合、協同交互，根據各自的特長分工合作，最后生成項目成果，體驗成果，獲得發展，對學習有著滿滿的成就感，以此也大幅提升了學生學習的主動性與積極性[4]。比如：學生在項目實驗中將主動查閱資料，融合多學科知識，以尋求問題解決的最優解。而后在討論中，學生也將持續深化思考，生發創新意識，以實驗反哺自身認知更多的生物學知識，形成豐富且完備的知識體系。

（二）有利于加深學生理解理論知識

項目式學習強調學生任務完成過程中各項資源的運用、多視角地觀察、多維度地思辨，融通了課內與課外、多學科知識，打破了各種壁壘。由此，項目群體也將聚焦項目完成對生物學課程學科本質與學科能力的深度挖掘，能讓他們真正做到像生物學家一樣完成科學探究，站在科學家的角度思考問題，知識認知的視角與維度也更為寬廣。這樣便將從根本上改善學生課程學習中機械性記憶實驗和重復性訓練知識的現象，將逐漸提升學生的關鍵能力。且學生在各種項目任務的實操中，也能不斷反思、遷移、內化、創新知識內容，以建構立足實驗操作的知識體系，更強調知識的實踐與應用效能。由此，學生對理論知識的理解也將更為深刻，他們的目的不再是“學會知識”，而是“會用知識”“創思知識”“融通知識”，更凸顯學科核心素養的本質與內核。

（三）有利于提升學生問題解決能力

項目式學習強調以解決問題為首要，彰顯學生在問題解決過程中各項知識的理解、技能的發展及素養的提升。學生將主動參與項目學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程中習得生物學知識，創新思考新舊知識、多學科知識間的關聯，以養成科學思維，形成積極的科學態度，發展樂于探究、創新實踐的能力。高中生物實驗教學更強調學生在實踐探究中發展學科核心素養，所以學生面向問題解決的需要，將親身經歷實驗設計、實驗探究、實驗反思、實驗總結、成果展評等過程，在逐步摸索中完善項目，自然也持續提升了問題解決能力。

四、項目式學習在高中生物實驗教學中的開展路徑探尋

（一）項目確立：解讀實驗內容，做到前期規劃

項目確立指的是項目前期規劃，做好項目實踐前的準備。在這一環節，教師需要基于實驗教學內容確定項目主題，明確項目目標，完成學情分析，合理分配項目實操小組，并根據實驗內容創設較為真實的情境，借助情境激活學生的問題解決意識，促使學生調動自身的知識及生活經驗思考實驗，引發對解決問題手段或者結果的假設猜想，使得教學、學習、思維均能處于完備且積極的狀態，支撐項目課堂的開展。

比如：教師在實驗“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”的教學中，要明確本實驗的基本定位。它既是第一章第二節探究實踐“用高倍鏡觀察幾種細胞”的延伸，也是第五章第四節“光合作用”知識的鋪墊。在此之前，學生已經具備了用高倍顯微鏡操作的經驗，能熟練制作臨時裝片，具有一定的自主學習與合作探究能力。實驗教學的主要目的是讓學生通過觀察葉綠體的形態與分布，理解葉綠體適于進行光合作用的結構基礎，能正確使用實驗中的藥品、器具等，準確制作葉綠體的臨時裝片，并展開實驗，記錄實驗，從實驗數據中分析現象，得出結論。基于實驗內容解讀基礎，教師可以提煉項目主題“揭示葉綠體和細胞質流動與細胞完成生命活動的關系”。根據這一主題，教師可以創設富有探究性的項目情境。對此，教師可以利用技術手段，為學生展示文獻《模擬酸雨對植物細胞質流動的影響》的實驗結果記錄表，先讓學生像分析者一樣結合實驗記錄表說出自己的觀點。比如：學生經過分析之后指出“pH值越小，植物狀態越不好”。教師可以將此作為一個切入點：“酸雨與植物生命活動之間存在何種關系？在酸雨的影響下，植物細胞內部是怎樣變化的呢？”借助這一驅動性問題，各項目組便生發出了用高倍顯微鏡觀察酸雨環境中植物細胞內部情況的欲望，而后順利進行項目探究活動，彰顯了主觀能動性。

（二）項目設計：提供問題支架，明確任務指向

項目設計是指導學生實施項目的關鍵，項目設計的合理性與否最終也將影響學生項目探究的合理性與有效性。基于此，教師應根據項目式學習的特點，結合實驗內容，設計環環相扣、逐層遞進的問題支架，明確學生項目任務探究的指向。在這一環節，教師要聚焦項目主題完成問題的設計，這是將項目主題轉化為真實而富有挑戰性問題并落實項目式學習活動設計的關鍵環節。因此，教師要統整全局，合理設計問題支架，體現問題的深度與開放度，能讓學生在項目任務探究中生發出更多的思考。

比如：教師聚焦項目主題“揭示葉綠體和細胞質流動與細胞完成生命活動的關系”完成項目設計時，便可以根據實驗教學內容，設計以下問題

支架：

1.內容問題支架

這一支架重點指向與學科相關的基礎知識、核心概念和基本技能，是讓學生實現高階思維發展的基礎。教師應根據實驗所在教學模塊，為學生系統鋪設與知識點相關的問題，讓學生銜接所學知識進行短暫思考后回答問題，為實驗探究做好理論知識儲備。對此，教師可以設計以下問題：

（1）如果想要分離細胞內部的結構，首先要做的工作是什么呢？

（2）如何分離得到各種細胞結構呢？

（3）葉綠體在植物細胞內有何功能？是否所有植物細胞都有葉綠體？

（4）能進行光合作用的細胞都含有葉綠體嗎？

（5）線粒體在植物細胞內有何功能？線粒體數目與什么有關？

如上，教師聚焦“細胞器之間的分工合作”這一節內容，設計了與實驗相關的知識問題，讓學生在問題探究中回顧“葉綠體”與“線粒體”之間的關系，為實驗做好理論知識儲備。

2.驅動問題支架

驅動性問題支架是項目學習活動的“心臟”，應具備真實性、可行性、趣味性與挑戰性。教師需要根據實驗過程，設計富有導向性的探究問題，以驅動學生自行設計實驗流程。對此，教師可以設計以下問題：

（1）細胞質流動對于植物體本身而言是否存在意義？

（2）影響細胞質流動的環境因素是什么呢？

（3）面對不同的影響因素，應該如何設計

實驗？

（4）實驗記錄表應如何對應設計？

如上，教師通過以上問題的設計，將讓學生明白細胞質流動能為細胞內的物質運輸創造條件。再以不同的影響因素如溫度、pH值等，確定自變量，小組討論設計實驗，以探究環境溫度或環境pH值對細胞質流動速度的影響，能真正做到像科學家一樣設計實驗，敲定實驗方案。

3.核心問題支架

核心問題是驅動性問題基礎上更高階的思考，主要是鏈接現實生活，讓學生將項目實驗視角聚焦現狀，有意識地將實驗所得成果運用于現實問題解決。比如：教師可以聚焦自己創設的情境，設計一個開放性問題：“溫度高低、PH等環境因素都將影響植物細胞的生命活動，現實生活中，我們正面臨相關的生態環境問題，請嘗試從生物與環境相互關系的角度分析我們所處的自然界，你又從中得出了何種看法？”

（三）項目實施：學生合作探究，指向問題解決

完成項目設計之后，教師就要組織各小組實施項目，讓學生經歷完整的問題解決過程。學生在項目實施中，教師要給予學生最大限度的自由權與自主權，讓學生有充足的自主解決問題空間，基于所設計的項目方案完成實驗操作。在實驗過程中，如果學生出現了問題，教師先要讓他們自主商討解決，容許學生“試錯”。學生經過討論束手無策時，教師再稍加點撥、啟發、引導，給予問題解決的方案，而不是直接提出具體的操作步驟，這樣才能發展學生的問題思考及解決能力，體現項目式學習的育人目標。

比如：實驗“嘗試制作真核細胞三維結構模型”是學生學習了細胞三大基本結構和細胞器的結構與功能基礎上，通過親身體驗動手制作真核細胞三維結構模型，以發展模型思維。根據這一實驗內容，教師可以確定項目主題“像建模者一樣制作真核細胞結構模型”，融入Steam理念，鼓勵各小組合理分工，實踐項目。比如：項目組成員可以選擇自己感興趣的或者擅長的“角色”分工，完成項目實操。具體如下：

“我是科學家”：該類組員羅列總結細胞結構的知識，概述生物學結構與功能適應的特點，填寫該模型的結構原理知識。

“我是數學家”：該類組員對細胞結構的直徑大小、比例等方面展開計算。比如依據細胞和各細胞器直徑、厚度、長度等大概數值，思考、設計模型各部分的數值，并探究比例是否合適。

“我是技術員”：該類組員準備細胞模型制作的材料和用具，比如超輕黏土，卡紙，泡沫塑料，硬紙板，不同顏色的水果、蔬菜，雙面膠，美工刀等，對實際材料進行初步加工。而后了解3Done軟件的應用，依據前面所計算的數據，設計細胞器的三維結構圖形，知道利用3D打印機打印創意作品的方法。

“我是藝術家”：該類組員需要基于技術員構建的細胞模型結構圖，從結構的色彩、工藝、美觀度等方面分析，酌情優化，讓結構模型具有藝術氣息。

“我是工程師”：該類組員需要基于其他組員最終敲定的結構模型圖完成模型制作，生成成果。

（四）項目評價：提供展評契機，學生多維交互

項目式教學的優勢在于能夠整合學生多方面的知識、能力及素養，讓學生經歷完整的問題解決過程。單個項目組實施了項目之后，教師就要指導學生進入項目評價環節，為其提供展評項目成果的契機，指導學生多維交互，聚焦自身項目實操的具體過程展開綜合分析，以持續深化項目實操思維。

一方面，教師要讓各項目組展示各自的成果，指導他們交流并分享項目學習過程中的感受，鍛煉交流表達能力。比如：當學生完成了“嘗試制作真核細胞三維結構模型”這一實驗活動之后，教師就可以讓各項目組派出代表上講臺展示自己制作的模型。在展示成果的時候，該成員需要根據模型結構，清晰地講述模型中各部分結構的名稱、各部分結構的大小。在展示了具體的模型之后，該組員還要綜合分析自身項目實驗操作的過程，概述自己模型制作的簡要方案及獨特之處、在模型制作過程中遇到的問題及問題解決的方案、表達自己的反思與收獲等，使得項目成果的展示內容豐富多彩，能為后續組與組之間的分享交流提供更多的話題。

另一方面，教師應組織各項目組展開評價，充分彰顯以學生為主體的反饋課堂。學生是項目實驗操作的主體，教師要將課堂的時間交還給學生，讓各項目組聚焦成果進行互相評價，選出優秀的成果內容，以實現對學生的激勵與指導作用。比如：學生完成了“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體”的實驗之后，教師就可以讓各小組內部之間互相評價，后根據各小組呈現的成果報告，再實現組與組之間的評價，選出優秀的項目組，對學生起到指導作用，更好地支撐他們展開后續的實驗活動。

結束語

綜上所述，項目式學習在高中生物實驗教學中的運用有著可行性與合理性。它的育人理念與新課程標準對實驗教學提出的要求有著異曲同工之妙，能夠有效解決當下高中生物實驗教學中存在的各種問題，激發學生的實驗探究興趣，加深學生理解理論知識，提升學生的問題解決能力。因此，高中生物教師就要從專業的角度解讀所要教學的實驗內容，選擇項目式學習的基本步驟，從項目確定、項目設計、項目實施及項目評價等四個方面出發，優化項目式學習模式，持續完善學生的生物實驗過程，以體現學生更為高效的學習與探究過程，發展學生的學科核心素養，讓學生能夠在真實的項目問題解決過程中建立起對實驗知識更為完整的認知框架。

參考文獻

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