核心素养视域下初中科学项目式学习的策略及有效性研究——以“腐殖酸浓度对青菜幼苗生长的影响”为例

浙江省杭州市丁荷中学 王豪钟

中学科学课程内容量大、覆盖面广，但受到教学课时、教学进度等因素限制，课堂的科学实验等深度体验式学习开展受限，进而影响到学生学科核心素养的培育。项目式学习亦是一种教学方法，即学生在一定时间段内通过对真实的、复杂的问题进行探究，并从中获得知识、技能、态度，实现自我发展的过程。科学项目式学习的实施弥补了课堂教学的不足，给学生搭建了展现自我的平台，以建构主义教学理论为基础，以创设情境、任务驱动、探究问题、自主学习来驱动知识点和技能的掌握，有利于落实核心素养的培育。

一、科学项目式学习的育人价值

（一）是课堂教学延伸的有效补充

科学项目式学习是学生基于真实情境、通过已学知识主动探索现实世界的问题和挑战的学习。由于实验条件和实验时间的限制，依据课程标准，学生应当完成的实验等学习内容亟须科学项目式学习的补充。例如“探究食物的腐败和霉菌的形成”实验，实验周期长，仅靠课堂教学时间实验效果不佳，但在项目式学习中，学生可将课内实验与课外探究活动有机结合，以课内知识驱动课外实验，持续观察霉菌的形成过程，解决了教学内容与课时有限之间的矛盾，能为课堂教学做有益的补充与延伸。

（二）是学科素养培育的有效路径

“科学观念、科学探究、科学思维、科学态度”是初中科学学科核心素养的四个维度。其中，通过科学项目式学习而开展的科学探究是落实核心素养、激发学生求知欲、培养高阶思维的重要途径。学生参与学习的过程要将学科素养渗透在“项目式学习的方案设计与实施、学习报告撰写、学习交流与评价”环节。如在学校的农场中测量山羊质量的项目式学习，第一步是学生寻找方案实施的理论依据，从成本、便捷程度等因素综合分析方案的可行性，并完成学习方案设计；第二步是学生以小组为单位交流学习方案，并重点阐述方案的可行性；第三步是在交流基础上，通过比较、分析和论证获得最佳学习方案并按计划实施。综上所述，学习方案的设计过程培养了学生团队协作、综合分析、语言表达、实践操作能力，有利于促进学生科学学科核心素养的培育。

（三）是学科育人浸润的有效生成

科学项目式学习亦是实现学科育人的重要途径，其能在学习动机和自信心的培养方面完善学生的人格发展。科学项目式学习真正做到了从形式到内涵的“因材施教”，通过激发初中生的求知欲和好奇心，转变灌输式教学为主动性学习，学生可以自我创造地展现，实现个性的发展，并从中增强自我认同感和归属感。学科自信促成学习自信，进而延展了学习的积极影响。另外，通过项目式学习还可以渗透环保、绿色等其他教育。如开展“空气中固体尘埃颗粒调查”“区域水资源调查活动”，学生从中通过走访环保部门、周边居民等形式进行环境保护的宣传与调查，在“发现问题、寻找原因、问题解决”的过程中做到了学以致用，并达成环保教育的目标。

二、科学项目式学习的设计原则

（一）契合初中生的身心发展特点

皮亚杰认为，“认知发展是指个体自出生后在适应环境的活动中，对事物的认知及面对问题情境时的思维方式与能力表现，随年龄增长而改变的历程”。初中生的思维已发展到抽象逻辑水平层面，对科学知识学习的过程不是单一的教师向学生传递知识的过程，更重要的是学生通过教师的指导自主构建知识的过程。因此，科学项目式学习的设计应凸显学生的主体地位，符合初中生的认知水平。应符合学生的“最近发展区”原则，既让学生可以通过自主参与活动实现发展，又体现一定层次的发展目标，体现学习的育人价值。如“铁丝生锈条件”项目，是学生较为熟悉的探究课题，符合学生的已有认知水平。通过项目式学习，学生可在感性认识的基础上形成系统的科学认识，进而达成目标。

（二）顺应初中生的生活经验逻辑

项目式学习开展的目的是引导学生通过课堂教学内容去深度理解日常生活中的现象，能够发挥“桥梁式”的衔接作用。因此，项目式学习设计应当来源于学生的生活逻辑，以现实生活提供活动来源，以凝练生活升华活动价值。如探究如何使花的颜色发生变化、自制汽水、种子发芽率的测定、酸碱指示剂的制作、草木灰中提取碳酸钾等项目式学习。上述学习均可以在学生的生活中找到仿真的情境和现实的实验来源，家校的联系紧密，实验资源的整合难度小、成本低，进而能让学生贴近生活，在生活中深度领悟科学，在感性体验中获得高于生活的理性认知。

（三）着眼初中生的创新意识培养

创新意识是决定一个国家、民族创新能力最直接的精神力量，更是个人生存与发展的重要标识。而科学项目式学习的设计与实施应着眼于培养学生的创新意识。杜威主张从“做中学”培养人的创新意识，这与科学项目式学习不谋而合。创新意识在学习中可表现为学生不满足于现有状态，敢于打破原有框架，探索新的认知路径或方法。因此，科学项目式学习的设计应抓住基于学习本身的某种“状态”“框架”“路径”“方法”等点位创新，并以此为突破口，以“点”连“线”、以“点”盖“面”，通过整体性的学习方案设计培养学生的创新意识。

（四）守住初中生的健康成长底线

科学项目式学习难免存在一定的危险因素，这是设计项目式学习的首要考虑因素，是必须守住的底线。因此，在设计科学项目式学习时要预设潜在的危险状况，对学生进行安全教育和急救知识培训，对家庭环境做好预案。如涉及使用易腐药品时，要强调防护措施的重要性，如戴上橡胶手套、护目镜等。如果是校内项目式学习，则应有教师在旁指导。家庭项目式学习开展，则要发放《安全操作事项告家长书》，必要时需家长陪同完成。

三、科学项目式学习的设计和实施

基于科学项目式学习的育人价值和设计的原则，以培养学生科学学科核心素养为目标，设计和实施科学项目式学习可遵循一定的实施流程（见图1），具体步骤分为概念确定、解构理解、关键问题、活动设计、活动评价五个环节。

笔者曾针对八年级学生做了如下教学尝试，在学习了“生长素浓度对植物生长的影响”的教材内容后，开展以校内屋顶农场为研究基地的项目式学习活动。该活动的设计基于“自然界中的物质对植物生长的影响”这一学科大概念，设计了“腐殖酸浓度对青菜幼苗生长的影响”的项目式学习活动，下文以此为例具体阐述实施流程（见表1）。

表1 “腐殖酸浓度对青菜幼苗生长的影响”项目式学习实施流程

四、科学项目式学习有效性研究

在该项目式学习完成后，笔者选取同年级、班级人数相同、班内男女生人数一致且期末科学学科总分统测成绩相近的两个班级作为研究对象，一个班级采用传统教学模式，另一个班级实施科学项目式学习教学模式，对实施结果，包括迁移效果、认知负荷和主观收获进行比较研究。

（一）研究方法和工具

表2 喷洒不同浓度烟草浸出液对平均芽长和萌发率的影响

一是进行项目式学习迁移后测题的测量。迁移能力被认为是“将在一个情境中学到的东西迁移到新情境”的能力。因此，根据“自然界中的物质对植物生长的影响”的主要大概念，笔者设计了“烟草浸出液对玉米种子萌发和幼苗生长的影响”这一实验探究迁移后测题，对学生进行纸笔测验。迁移后测题：小明通过实验探究“烟草浸出液浓度对玉米种子萌发和幼苗生长的影响”，实验步骤如下：①用烟草、蒸馏水配置烟草浸出液（原液），视浓度为100%，再通过蒸馏水对原液进行稀释得到浓度为70%、40%的烟草浸出液；②取四个相同规格的培养皿，分别编号A、B、C、D，并在培养皿内铺等量消毒后的干棉花；③每个培养皿中放入20 粒玉米种子并盖上盖子；④每天同一时间向培养皿中喷洒等量、对应浓度的烟草浸出液，记录数据，实验5 天的数据见表2。

回答问题：（1）培养皿编号 （选填字母）组是本实验的对照组。（2）步骤②中不预先湿润棉花的原因是 。步骤③中培养皿中放的玉米种子，选择时，除考虑饱满程度、大小、形态相似外，还必须要求其不处于 期。（3）本实验通过 来判断烟草浸出液浓度对玉米种子萌发和幼苗生长的影响；分析表中数据，你能得出的实验结论有 （写出一条）。

二是进行认知负荷问卷的测量，即就“腐殖酸浓度对青菜幼苗生长的影响”主题，采用传统讲授和项目式学习的方式对于心理认知负荷上的影响进行调查。笔者使用的测量工具是以约翰·斯威勒（John Sweller）和弗雷德G·W·C·帕斯（Fred G.W.C.Paas）等人已有的量表为基础，结合李克特五点积分法改编的量表，涵盖心理努力、心理负荷两个维度，共计8 道题目。两个维度的克隆巴赫系数值分别为0.81 和0.83，题项分别为：“本主题学习内容在我看来很难”“我要花费很多精力解决本主题内容中的问题”“对我来说，解决本主题中的问题很麻烦”“在本主题学习中解决实际问题时，我感到无比沮丧”“我没有足够的时间来解决本主题学习中的问题”和“本主题学习中，学习内容的呈现方式和教学方式，给我造成了极大的负担”“本主题学习中，为完成学习目标，我必须付出更多的努力”“本主题学习中的教学方式我无法理解”。

表3 独立样本t 检验汇总表

三是进行主观收获调查。通过开放题“学习了‘腐殖酸浓度对青菜幼苗生长的影响’这节课后，你有何感想和收获？”收集学生的主观感受，并对关键词进行归类统计。

（二）研究结果

1.迁移效果评价。选取同年级、班级人数相同、班内男女生人数一致的两个班级为研究对象，通过前述3 道反馈检测题，对于传统教学班与项目式学习教学班进行了独立样本t 检验，具体结果见表3。

上述检验结果，Sig 值为0.027，小于0.05，说明两者间存在显著性差异，这就说明项目式教学对于提高学生的迁移能力具有正向影响作用。

2.认知负荷测量结果。笔者通过方差分析发现，在认知负荷上，2 个班级的学生没有显著差异。就整体而言，2 个班级的学生学习的认知负荷都相对较低（小于 3 分，共 5 分）。但是，笔者通过比较均值发现，心理负荷维度上，进行科学项目式学习的教学班级分数为1.85，传统教学班级分数为1.97；在心理努力维度上，进行科学项目式学习的教学班级分数（0.74）低于传统教学班级分数（0.76）。

3.主观收获评价。在课后对学生进行了问卷调查，让学生用几个关键词谈谈课后感受。排名前三的关键词如表4 所示。

表4 主观感受的关键词和人次

传统教学中学生首要关注的是“学习知识”和“思考”这两个关键词，这反映了学生心中对“知识认知”的理解程度较高。而“难”这一关键词，反映了学生对科学探究等高阶思维活动的畏难心理。项目式学习中学生首要关注的是“合作”“实践动手”这两个关键词，这是学生基于“元认知和情感系统支持”的学习过程。而关键词“思考”则证明了认知的过程是“螺旋式上升”的，这种学习过程的“反复”有利于高阶思维的培养。

科学项目式学习是传统课堂教学方式的转变，其对学科核心素养的培育具有重要的意义。教师在设计项目式学习时应坚持以生为本的原则，注重活动设计与学生的生活逻辑的一致性，着眼创新意识培养，守住“安全”这一学习的底线。实施的过程可参考“概念确定、解构理解、关键问题、活动设计、活动评价”的流程，并注重关注项目式学习的有效性，最终让学科育人得以落地，促进科学教学。