基于項目式學習培育生物學核心素養的教學設計

摘 要 生物學核心素養是生物學科育人價值的集中體現，項目式學習是培育核心素養的重要學習形式。以“設計血液透析機原理模型”為例，圍繞核心知識“尿液的形成”，通過項目主題的確立與分析、項目教學目標設計、項目規劃等完成案例設計，為初中生物學基于項目式學習進行教學案例開發提供借鑒參考。

關鍵詞 初中生物 項目式學習 核心素養 尿液的形成 血液透析機原理模型

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課程標準”）提出生物學核心素養是生物學課程育人價值的集中體現，以核心素養為宗旨，圍繞生命觀念、科學思維、探究實踐、態度責任確立課程目標。[1]4項目式學習是促進核心素養培育的重要學習方式之一，其理論基礎是建構主義理論。項目式學習要有助于深化對所學知識的理解，提升學生應用所學知識解決真實問題的能力。[2]本文以“設計血液透析機原理模型”為例，進行以培育生物學核心素養為目標的項目式學習設計。

一、項目主題的確立與分析

“人體生理與健康”知識是從生物學視角培養“生命觀念”核心素養的重要知識，在解決實際問題過程中，學生通過科學探究和運用比較、歸納、分析等科學方法培養“科學思維”“探究實踐”等核心素養，通過掌握人體生理和衛生保健知識形成健康的生活態度和生活習慣。

該項目的知識是“人體內物質循環”內容的重要組成部分。學生在進行項目式學習前已經學習了人體的營養、人體的呼吸、人體內物質的運輸等相關知識，了解了人體需要的營養物質從何而來和在人體內如何運輸、消化、吸收。但是，經過人體消化吸收后的廢物是如何排出體外的呢？該項目承載了“人體內廢物的排出”相關內容，主要圍繞腎臟的功能和結構，發展學生的結構與功能觀。

項目通過真實問題驅動來建構學科知識、形成探究能力、培育科學思維、發展核心素養。

二、項目教學目標設計

1.通過調查和分享腎透析相關信息，了解腎透析原理，類比遷移認識腎臟的基本功能，初步形成調查能力、類比遷移能力。

2.通過比較健康人的血漿、原尿、尿液的主要成分及含量，了解尿液的來源及形成過程，初步具備比較分析能力。

3.通過嘗試畫出尿液形成過程示意圖，認識腎臟的結構和基本功能，初步形成結構與功能觀。

4.通過基于尿液組成認識尿液形成過程，設計血液透析機原理模型，初步形成解釋、說明能力及模型建構能力，感受生物學知識的價值。

三、項目規劃

項目規劃是項目開展的藍圖，以項目教學目標為出發點和歸宿。項目式學習通常以驅動問題為核心[3]，通過分解學習任務、設計學習活動、提出驅動問題來提升解決真實問題的能力，促進生物學核心素養發展。

情境：尿毒癥患者的腎臟代謝功能減退，各種代謝產物殘留，導致電解質紊亂、酸堿失衡。當人體內聚集大量廢物時，就會因中毒而死亡。血液透析機，即人工腎，能夠幫助過濾掉人體內的絕大部分廢物，延長人的壽命。

（一）學習任務一：明確核心問題，建立問題解決框架

明確血液透析機與腎臟工作的基本原理，是設計血液透析機模型的前提。

驅動問題1：血液透析為什么能延長尿毒癥患者的壽命呢？

學習活動1：課前，調查血液透析的原理。

【設計意圖】認知發展目標：明確血液透析是人體內廢物排出的醫療輔助手段。素養發展目標：體會人體內廢物排出對人體健康的重要性，從生物學視角培養生命觀念素養。

驅動問題2：健康人通過什么途徑排出人體內廢物？

學習活動2：課上，討論人體內廢物排出的途徑，認識腎臟的基本功能。

【設計意圖】認知發展目標：知道腎臟出現問題會導致人體內廢物不能正常排出。素養發展目標：體會腎臟對人體生理與健康的重要性，增強生命觀念。

驅動問題3：血漿在形成尿液過程中排出了哪些廢物？

學習活動3：課后，調查并比較某健康人血漿和尿液中的主要成分及含量。

【設計意圖】認知發展目標：知道血漿中哪些成分是人體內廢物。素養發展目標：認識腎臟的排泄功能，激發學習興趣。

（二）學習任務二：認識尿液的來源、形成及去向

知道腎臟形成尿液過程的機理，為設計血液透析機提供理論基礎。

驅動問題1：尿液從何而來？

學習活動1：課上，匯報健康人血漿和尿液中的主要成分及含量。

【設計意圖】認知發展目標：知道尿液是血漿經過腎臟的過濾、吸收后形成的。素養發展目標：從生理視角認識尿液的來源。

驅動問題2：尿液是如何形成的？

學習活動2：課上，基于腎單位結構和功能，分析、討論尿液的形成過程，并畫出結構化示意圖。

追問：腎小球、腎小囊內壁、腎小管在尿液形成過程中分別起到了什么作用？

【設計意圖】認知發展目標：能描述腎單位結構，知道各部分的作用，并能概述尿液形成過程。素養發展目標：初步形成生物體結構與功能觀。

驅動問題3：尿液流向了哪里？

學習活動3：課上，基于輸尿管與腎小管的差異，討論尿液儲存和排出過程。

【設計意圖】認知發展目標：知道輸尿管和腎小管的差異及尿液的排出過程。素養發展目標：初步形成基于尿液來源、形成、排出順序的模型思維。

（三）學習任務三：基于尿液組成認識尿液形成過程，設計血液透析機原理模型

基于尿液組成，從溶質和溶劑視角認識尿液的形成，將為設計血液透析機原理模型提供現實基礎。

[師]根據血漿及尿液的組成，二者都是由溶劑水和多種溶質構成。尿毒癥患者由于對水和溶質的過濾能力減退導致血液酸堿度失衡。根據腎臟中腎單位的工作原理，通過調節水、蛋白質、葡萄糖等的含量達到排毒的目的。

驅動問題1：如何能夠讓蛋白質、葡萄糖等營養成分留在血液中？

學習活動1：課上，閱讀[學習資料]，討論物質單向流動的可行性。

[學習資料]半透膜是一種只允許某種分子或離子擴散進出的薄膜，對不同粒子的通過具有選擇性，如細胞膜、膀胱膜等。

【設計意圖】認知發展目標：知道蛋白質、葡萄糖等物質是人體所需的營養成分。素養發展目標：初步形成解決實際問題的能力。

驅動問題2：如何讓水能夠在血液和尿液間運動以達到調節酸堿度的目的？

學習活動2：課上，基于生活經驗討論水能自由流動的原因。

【設計意圖】認知發展目標：知道水能調節血液酸堿度，壓強差是水流動的原因。素養發展目標：基于生活經驗類比血漿和尿液中水自由流動的原因，初步掌握類比方法。

驅動問題3：基于所學，血液透析機原理模型應該如何設計？

學習活動3：課上，根據腎單位形成尿液原理，結合課前調查，構建血液透析機原理模型。

[預期設計模型]血液透析機原理模型如圖1所示。

四、項目式學習設計反思

（一）做好課上、課下銜接

在項目式學習設計時，教師要充分關注學生對知識的自我理解、自我建構能力。在學生的認知范圍內，充分發揮學生的自主性，給學生更多的表現機會。教師要采取適切的教學策略，做好課上、課下銜接，通過課前調查、課上匯報、課后延伸拓展為知識建構奠定基礎。

（二）充分發揮學生的主觀能動性

項目式學習要調動學生的主觀能動性。學生能夠在學習過程中積極主動地思考問題、尋找問題解決方案。與常態課教學不同，在項目式學習過程中，教師要把握好自己的角色定位，做好引領、支持工作，給學生更多的自主權。教師要關注學生的最近發展區，通過分解學習任務，循序漸進地把學習引向深入，保證學生通過努力能夠實現問題解決。

（三）通過問題驅動引領項目式學習

問題是課堂教學的目標方向。課堂教學過程都是圍繞問題解決展開，因此在項目式學習設計時，教師要關注問題提出的針對性、合理性，不產生歧義，而且要緊緊圍繞項目目標，有助于新知識建構，有助于促進核心素養發展。

（四）通過學習活動保證學習真正發生

建構式學習是素養導向課堂教學的重要特征。學習活動是學生進行知識建構的主要形式。在項目式學習中學生不僅是學習者，也是參與者、建構者。因此，項目式學習活動設計要保證學習真正發生，學生深入地參與到學習活動中，通過思維深度參與進行知識建構、能力提升和素養發展。

生物學核心素養培育有多種路徑，指向核心素養的項目式學習是未來世界教育的發展趨勢。[4]落實“課程標準”理念，生物教師要積極貢獻智慧，通過在實踐中探索，找到符合學生實際情況的學習形式，讓核心素養培育在學習過程中真正發生。

[參 考 文 獻]

[1]中華人民共和國教育部.義務教育生物學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]王姝妍，馬琳杰，解凱彬.“生態水族箱”項目式學習設計[J].生物學教學，2023，48（7）：72-73.

[3]劉寶強，施志斌，張賢金.基于真實任務驅動的項目式學習實踐：以“水溶液中離子反應與平衡”為例[J].中小學教學研究，2023，24（3）：48-55.

[4]孫銘澤，鄂芳，羅充.項目式學習在高中生物學教學中的實踐與思考[J].中學生物教學，2021（35）：24-27.

（責任編輯：姜顯光）

作者簡介：徐敏紅（1979— ），女，廣東花都人，廣東省廣州市花都區教育發展研究院高級教師，碩士，研究方向：中學生物學課堂教學。

基金項目：本文系廣州市教育科學規劃2022年度重點課題“基于核心素養的初中生物學項目式學習案例開發研究”（課題編號：20223996）的階段性研究成果。