指向核心素養的項目式實驗教學設計與實踐

摘要：以“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”為例，圍繞“偏食為何會造成營養失衡？”這一項目主題，根據社會生活問題及相應的生物學問題將項目拆分成三個子項目。從項目主題的分析、項目活動的設計和開展到項目成果及評價的設計，引導學生在完成項目的過程中提升學科核心素養。

關鍵詞：項目式學習" 核心素養" 實驗教學

一、項目主題分析

《義務教育生物學課程標準（2017年版2022年修訂）》倡導“教學過程重實踐”，強調通過探究性學習，讓學生積極參與動手和動腦的活動，提升應用知識的能力，進而能運用科學的觀點、知識、思路和方法，解決現實生活中的某些問題。高中生物學實驗教學中，組織以完成某一具體項目為目標的探究性學習活動是培養學生科學探究能力的重要路徑之一。人教版高中生物必修1《分子與細胞》第二章第一節“組成細胞中的元素與化合物”中的探究·實踐“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”，在常規的實驗教學中往往被當成驗證性實驗來講解，即使是學生實驗，囿于學生的參與度、操作的規范性等因素也往往很難收到良好的教學效果。本實驗教學選擇“偏食為何會造成營養失衡？”這一項目主題，貼近生活，且初中已做過對馬鈴薯中淀粉的探究實驗，所以項目圍繞馬鈴薯展開，可操作性強，所涉及的原理、操作方法在初中生物實驗中學生已經有了一定的了解。在教學中，通過將項目拆解成“理解物質鑒定的原理”“探究馬鈴薯中是否含有糖類、脂肪和蛋白質”“比較不同生物組織中營養物質種類及含量”三個子項目展開，將生活中的實際問題轉化為生物學問題，引導學生在問題解決過程中展開實驗研究，逐步形成物質鑒定研究的一般思路，發展科學探究與創新意識核心素養，學會將復雜的實際問題轉化為生物學問題，領略生物學科魅力。

二、項目教學目標

結合課程標準的內容要求、學業要求和學情，設定教學目標如下：

（1）比較不同生物組織中營養物質的種類及含量，通過嚴格規范的實驗，分析實驗結果，培養科學探究能力。

（2）基于對實驗結果的分析，初步形成生命物質性的觀念。

（3）基于實驗結論，能認同日常膳食應合理搭配，才能滿足機體營養物質的需要，以確立積極的生活態度和健康的飲食方式。

三、項目設計流程

依據項目式教學活動設計特點和本課的教學目標，以“偏食為何會造成營養失衡？”為活動載體，設計三個子項目：“理解物質鑒定的原理”“探究馬鈴薯中是否含有糖類、脂肪和蛋白質”“比較不同生物組織中營養物質種類及含量”。具體設計流程如圖1所示。

四、項目教學實施過程

學生在成長的過程中可能都見過或經歷過這樣的偏食現象：每次吃飯光吃肉；看見青菜，要么不吃，要么含在嘴里半天不見咽下去；貪食油炸食品；以喝奶代替吃飯。長期如此，往往造成發育不良。教師從學生實際出發，創設讓學生共情的問題情境，將探究活動與生活實際相結合，從而確定研究項目，提出生活問題“幼兒偏好馬鈴薯，只吃馬鈴薯是否會導致幼兒發育不良？”并將此轉換成生物學問題“馬鈴薯富含淀粉，是否含有人體所需的其他物質，如蛋白質、脂肪、還原糖等”，結合學生初中所做的淀粉鑒定實驗，進一步將總項目拆解為三個子項目，即“理解物質鑒定的原理”“探究馬鈴薯中是否含有糖類、脂肪和蛋白質”“比較不同生物組織中營養物質種類及含量”。三個項目難度層層遞進，從理論分析、分組實驗再到學生實驗，符合學生的知識儲備和認知水平。

（一）子項目1：理解物質鑒定的原理

任務一：找出判斷馬鈴薯中是否含有糖類、脂肪和蛋白質的方法。

從“探究馬鈴薯中是否含有淀粉”的初中生物實驗入手，教師可以在該實驗的操作過程中進一步引導學生思考：該實驗中加碘液的目的是什么？學生依據已有知識得出：判斷馬鈴薯是否含有淀粉，利用的是淀粉遇碘液變藍的原理。此時，教師可以進一步分析：淀粉是生物組織中特定的化合物，碘液為化學試劑，化合物與相應的化學試劑會產生特定的顏色反應，而還原糖、脂肪和蛋白質都是生物組織中的化合物，只要找到能與其發生特定顏色反應的試劑就可以通過實驗現象判斷。學生通過查閱教材獲取所需要的知識后，閱讀教材中的材料用具和方法步驟，此時，教師可提示學生：為何斐林試劑中的甲液和乙液質量濃度差一倍？實驗時甲乙液為何等量混勻后才能與待檢測組織樣液混合？該實驗還進行了水浴加熱。引導學生從化學反應的角度分析該過程，從而進一步理解斐林試劑檢測還原糖的原理；同時可以比較雙縮脲試劑在試劑濃度與方法步驟上的差異，理解兩種試劑反應原理的差異。

（二）子項目2：探究馬鈴薯中是否含有糖類、脂肪和蛋白質

任務一：小組合作寫出探究馬鈴薯中是否含有還原糖、脂肪和蛋白質的實驗方案，預測實驗結果及結論。

學生分小組討論，合作生成實驗探究方案：

任務二：分組實驗，按照各小組制訂的實驗探究方案，進行實驗，并如實記錄實驗結果。

小組內各成員按照教材的實驗步驟規范操作，各組都會出現有顏色反應的實驗現象：④試管藍色較深；③試管中只能在加入時觀察到紫色出現，但試管顏色很淺；①試管也出現了磚紅色沉淀，但是只加蘇丹Ⅲ溶液呈橘黃色；而②試管呈現淺紅色，因試劑本身顏色的干擾，無法根據顏色判斷是否有脂肪，選用切片的小組，并不能觀察到明顯的橘黃色顆粒。據此結果教師提出問題：顏色的深淺是否一定能說明馬鈴薯化合物淀粉、還原糖、脂肪和蛋白質中，淀粉一定最多，而其他種類很少或沒有？能不能尋找到其他的證據？在組織學生討論分析實驗的過程中，培養學生的批判性思維和邏輯思維能力。最后歸納總結：探究未知生物材料的化學成分，通過查找資料等找到其可能含有的化合物，再尋找合適的化學試劑，設計實驗驗證，最終得出結論。未知材料所含化合物的研究模型見圖2：

（三）子項目3：比較不同生物組織中營養物質種類及含量

任務一：（學生實驗）比較紫葡萄勻漿、豆漿、梨勻漿中還原糖與蛋白質的含量。

任務二：（學生實驗）用花生子葉制作臨時切片，觀察脂肪顆粒。

在子項目2分組實驗的基礎上，學生獨立規范完成上述實驗，并能如實記錄和運用科學術語報告實驗結果。學生通過觀察實驗現象，得出結論：紫葡萄勻漿和梨勻漿中的磚紅色沉淀明顯，而豆漿顏色較淺；豆漿中紫色明顯，紫葡萄勻漿和梨勻漿顏色較豆漿淺；花生子葉中有明顯的橘黃色顆粒。因此，不同生物材料中都含有常見的幾種化合物，但不同材料中各化合物的含量差異較大，在驗證化合物實驗時，應通過查找資料等找到富含該物質的合適材料，再尋找合適的化學試劑，設計實驗驗證，最終得出結論。物質鑒定的研究模型見圖3：

學生通過前面問題的解決，了解了物質鑒定的方法，知道實驗材料的選擇、實驗材料的處理、實驗試劑的實驗等方面都會影響實驗結果。在小組合作實驗的過程中，學生培養了動手操作能力和團隊合作精神。在項目探究的最后，教師幫助學生得出物質鑒定的研究模型，將知識內容升華，將知識能力內化，促使學生形成一定的探究模型，達到培養科學探究的學科素養的目的。同時，學生通過實驗證據，形成相應的概念，并且用此概念探究“偏食為何會造成營養失衡？”這一項目主題，在活動的過程中提煉出初步的生命物質性的觀念。

五、項目教學結果評價

在交流匯報前，學生需要撰寫實踐活動報告，在小組內或組間針對他人作出的實驗現象分析，運用已有科學觀點、知識或證據進行交流和討論，最終形成一致的觀點，改進實踐方案。

教師對本次項目式實踐活動可采用多元化的評價方式，如學生組內自評、組間互評、教師評價，不僅關注終結性評價，也注重結合過程性評價，以期客觀全面地評價學生在整個項目活動過程中的整體表現。為使評價更客觀、更科學，評價指標可以從多個維度進行設計，確定評價等級和評價標準，制定評價量表（見表2）。

六、項目教學特色

傳統實驗教學采用的是講授法，對比整個課堂流程的呈現方式，基于項目的實驗教學有很多不同點（見表3）。

本項目的教學過程是學生主動參與實踐和問題解決的過程，學生在實踐探究的過程中學習和應用了生物學概念。通過理解物質鑒定的原理，學生培養了生命的物質性的生命觀念；通過設計并實施實驗方案，交流結果及討論結論，撰寫實踐活動報告及分享實踐成果，學生發展了科學探究能力和科學思維能力。

項目式教學在真實情境中開展，讓學生體會到生物學科與日常生活息息相關，同時，在完成子項目任務的過程中，學生深刻理解了實驗探究的一般流程。對學生的回答進行及時反饋，引導學生主動、辯證地思考問題，激發了學生的學習興趣，充分體現了“教師為主導，學生為主體”的教學原則，使生物學教學不僅是教師講解和演示的過程，更是師生交流、共同發展的“教學相長”過程。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）2022年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2022.

［2］林潔.基于高中生物核心素養的項目式學習研討［J］.當代家庭教育，2022（17）：912.