基于項目式學習的跨學科實踐設計探索

摘要：本文圍繞“電子煙對人體健康是否有害”這一驅動性問題，引導學生在完成“辨煙”“探煙”“禁煙”三個任務的過程中，綜合運用生物學、物理、化學、數學、信息技術等多學科知識，解決真實情境下的實際問題，從而提高學生知識遷移和問題解決的能力，培養學生的高階思維和核心素養。

關鍵詞：項目式學習；跨學科實踐；電子煙；人體健康

文章編號；1003-7586（2024）05-0025-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1主題的確立

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》在課程設計思路上以“學習主題為框架”，設置了“生物學與社會·跨學科實踐”學習主題，旨在引導學生綜合運用生物學、化學、物理、地理、數學等學科的相關知識和方法，嘗試分析和解決實際問題。而項目式學習是打破學科壁壘，實現學科融合，開展跨學科實踐的良好載體。

隨著電子煙市場的快速開拓與發展，學生發現身邊出現很多吸食電子煙的例子，甚至私下有學生購買電子煙來吸食。探究電子煙對人體健康的危害既能幫助學生形成“人體通過呼吸系統完成與外界的氣體交換”“人體通過循環系統進行體內物質的運輸”“生活習慣以及行為選擇能夠影響人體健康”等生物學重要概念，又能提升學生利用多學科的知識與方法解決實際問題的能力。

基于以上理念，本文圍繞“電子煙對人體健康是否有害”這一驅動性問題設計項目活動，通過豐富的活動內容和多樣的活動形式，激發學生的內在學習動力，轉變學生的學習方式，促進學科知識深度融合，在解決真實的問題的過程中培養學生的高階思維和核心素養。

2學情調研與子問題的確定

2.1學生問卷調查

學生設計調查問卷，并發布給初二級部學生，調查問卷及數據統計如表1所示。

2.2調查結果分析與子問題的確定

通過調查分析，發現81.05％的受訪學生知曉電子煙的存在，但66.01％的學生表示并不了解電子煙的具體情況。此外，87.58％的學生認為電子煙會對人體健康產生影響，但61.88％的學生并不清楚電子煙的具體危害。此外，45.1％的學生不清楚電子煙與傳統香煙相比，哪一種更具危害性?？梢?，通過問卷分析可知，部分學生并不了解電子煙對人體健康的具體危害，只是通過新聞報道等渠道了解到電子煙對人體健康有影響，同時對香煙與電子煙對人體健康危害的區別并不了解。基于以上分析，結合學生興趣，本項目將驅動性問題分解為三個子問題：電子煙與香煙的區別是什么？電子煙對身體健康的具體危害有哪些？在校園內如何有效開展“禁煙行動”？

3項目學科融合點

要探究電子煙對人體健康的具體危害，需要學生設計并制作煙霧收集裝置，同時需要測定煙油溶液與煙草浸出液對水蚤心率的影響。該項目除了涉及生物學相關知識外，還涉及數學、信息技術、化學、物理等學科的相關知識，學生確定項目主題后，梳理出該項目涉及的各學科任務（見表2）。

4項目活動設計與成果呈現

4.1項目設計框架

該項目充分考慮項目式學習的特點與該項目的學習目標，圍繞驅動問題，在三個子問題的指引下，設計了層層遞進的項目任務——“辨煙”“探煙”“禁煙”，引導學生跨學科運用知識與技術，親身體驗問題解決的過程，學會在任務中遷移知識，從而培養學生的核心素養。項目整體設計如圖1所示。

4.2項目實施中遇到的問題與項目方案的修訂

4.2.1實驗材料的選擇

學生經過查閱資料，發現香煙與電子煙煙霧中的尼古丁可溶于水，香煙煙霧中的主要有害物質一氧化碳、焦油不溶于水，所以使用煙霧溶解液的意義不大，最后選取煙草浸出液與煙油溶液進行實驗。

4.2.2實驗對象的選擇

初次實驗中，研究小組選擇了通體透明的玻璃拉拉魚作為研究對象，主要基于其身體透明、體型較大以及心臟跳動明顯的特點，有利于簡單快速地進行心率計數。然而，在實施實驗過程中，學生發現玻璃拉拉魚對水質要求較高，在煙草提出液和不同濃度的煙油溶液中，生存時間不足30s，顯微鏡觀察下心率明顯下降，甚至出現死亡現象。學生通過預實驗選用環境敏感性更低的水蚤作為實驗對象，以提高實驗的可靠性與可重現性。經驗證，發現水蚤在煙草浸出液與不同濃度的煙油溶液中5min仍然活動如常，滿足實驗要求。

4.2.3溶液濃度的選擇

學生經詢問化學教師，利用化學中的定容法配制體積分數分別為1％、5％的煙油溶液。將水蚤置于兩種濃度的煙油溶液中5 min，顯微鏡下觀察心率，發現在5％煙油溶液中的水蚤心跳停止、死亡，而1％煙油溶液中的水蚤狀況良好且比在清水中時心率明顯升高。于是，項目組成員確定實驗用煙油溶液的體積分數分別為0.1％、0 2％、0.4％、0.6％、1％。

4.2.4水蚤心率的計數

項目組成員在實驗過程中，發現水蚤個體只有2-3 mm，同時心臟跳動很快，不易計數。學生查閱資料發現傳統記錄水蚤心率的方法是打點計數法。學生經過實踐發現在快速打點時，有的點會重疊在一起，有的點沒有在紙上留下明顯痕跡，從而造成實驗誤差。有學生提出，可以用手機拍攝水蚤10 s，然后使用手機上慢倍速播放功能播放錄下的視頻，根據視頻來數出水蚤心率。成員們經過實踐，發現這種方法既能記錄實驗實時數據，又能較精準地記錄水蚤心率，于是確定了用該方法為水蚤心率計數。

4.3項目關鍵成果呈現

4.3.1煙霧收集器

如何設計并制作煙霧收集器呢？學生運用物理學中的壓力差和容積變化的原理，想到可以通過不斷增大裝置內氣體的體積，減小裝置內氣壓，使得裝置內氣壓小于外界氣壓，從而使空氣經過香煙和電子煙進入裝置中，實現抽吸的效果。在這一理論的指導下，學生設計并制作了煙霧收集器，如圖2所示。

在實驗過程中，學生發現，煙霧收集器的密封效果直接影響實驗效果，所以瓶蓋開口應盡量與香煙、電子煙直徑相近，瓶底下方開口應與軟管直徑相近，最好用熱熔膠槍將礦泉水瓶與軟管接口處密封。使用時，用止水夾夾住下方軟管，在瓶內接人適量的水，瓶蓋上方插入香煙或電子煙，打開止水夾，隨著瓶內水的流出，瓶內氣壓減小，從而將煙霧“吸”人瓶中。

4.3.2實驗分析報告

學生對比觀察煙霧收集器瓶口的棉花，發現電子煙中由于不含焦油，沒有在棉花上留下痕跡，而香煙由于含有焦油，在棉花上留下明顯的黃色痕跡。成員們結合所學知識，分析焦油會沿呼吸道附著于肺泡，進而影響肺泡與血液的氣體交換過程，從而導致肺換氣功能障礙，長期大量吸煙所產生的焦油甚至會誘發肺癌。

那么，電子煙不含焦油，就對呼吸系統沒有影響了嗎？學生通過查閱資料，發現大多數電子煙都通過添加二乙酰增味劑，使電子煙具有類似黃油的口味，這種化學物質會通過呼吸道進入肺部，造成閉塞性細支氣管炎——“爆米花肺”。這一疾病輕則導致患者呼吸受阻，重則導致肺組織纖維化，使肺功能喪失，甚至致人死亡。因此，吸食電子煙同樣會危害人的呼吸系統。

學生對水蚤進行實驗，發現在煙草浸出液與1％煙油溶液中，水蚤心率有不同程度的加快。在一定范圍內，隨煙油溶液濃度的增加，水蚤心率呈現上升趨勢，但高濃度煙油溶液會導致水蚤死亡（見圖3）。即香煙與電子煙都會影響循環系統，其中所含的尼古丁會加快心率，增高血壓，過量的尼古丁會致人死亡。

4.4項目活動評價

項目組成員根據項目開始前制定的評價量規進行自評，并上臺交流分享參與跨學科實踐項目的經驗與反思，筆者也基于評價量規對成員們的表現進行評價，并針對項目任務進程中成員們表現的優勢與不足進行總結，評價量規如表3所示。

5反思

優秀的驅動問題是跨學科實踐項目成功的重要條件。驅動問題的設計要基于各學科的課程標準，能夠反映學生需要掌握的基本知識和技能，具有發展學生核心素養和學科能力的價值。同時，問題的選取要貼合學生的生活實際，找準學生的興趣點，具有一定的開放性和挑戰性。驅動問題確定后，教師要精心思索如何將其分解為相關的子問題鏈并轉化為任務鏈。

在項目實踐過程中，教師要做好“觀察者”，根據學生的實際體驗和項目實踐需求，為學生提供相應的學習支架，幫助學生順利完成項目，形成物化的產品和成果并進行展示交流。教師通過項目成果來判斷學生在項目學習中對知識、概念的掌握程度以及關鍵能力的發展狀況，通過評價來促進學生的總結與反思。學生在項目活動中，除了應用本學科的核心知識外，還要自主調用多學科的知識與方法，在真實情境中體驗解決問題的過程，最終促進其核心素養的發展。