理化生融合项目式学习实践可行性研究

□穆 铭

项目式学习将理论与实践相结合，让学生学习相关概念、知识、原理，同时指向问题解决，在不断地探索、发现、解决问题的过程中发展学生的综合能力，培育学生的精神品质，其培养目标可解构为基础知识、综合能力、精神品质三个方面，科学领域物理、化学、生物三门学科的核心素养有很多共通之处，可将其解构整合为科学观念、科学思维、科学探究、社会责任四个维度，四者相互渗透、螺旋上升。

理化生融合项目式学习是指涉及物理、化学、生物三门或者其中两门学科与课程标准紧密结合的项目式学习，通过理化生融合项目式学习达成科学领域学科核心素养，进而促进学生发展核心素养的培育具有较高的理论价值，本研究是对此成果的进一步补充与深化。

一、研究背景

（一）政策背景

为进一步深化基础教育领域的综合改革，促进中小学生健康、全面发展，北京教委于2015 年7 月颁布了 《北京市实施教育部 〈义务教育课程设置实验方案〉 的课程计划（修订）》，明确提出在义务教育阶段开设的各课程要关注课程的整体育人功能以及学科内、学科间的联系与整合，加强综合实践活动课程的开发与实施。2019 年6月，中共中央、国务院颁布了 《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》，明确提出义务教育阶段优化教学方式，坚持教学相长，注重启发式、互动式、探究式教学，重视情境教学，探索基于学科的课程综合化教学，开展研究型、项目化、合作式学习。2019 年6 月，国务院办公厅印发的 《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》 也明确提出深化课堂教学改革，积极探索基于情境、问题导向的互动式、启发式、探究式、体验式等课堂教学，注重加强课题研究、项目设计、研究性学习等跨学科综合性教学。2021 年3 月，教育部、中共中央组织部、中央编办、国家发展改革委、财政部、人力资源社会保障部等六部门联合印发 《义务教育质量评价指南》 评价关键指标“优化教学方式”明确提出将鼓励教师改进和创新教育教学方法，注重启发式、互动式、探究式教学，强化实践育人，培养学生的社会责任感、创新精神和实践能力作为考查要点。

（二）时代背景：培育核心素养

核心素养已经引起了国内外的广泛重视，经济合作与发展组织界定核心素养强调发展知识、技能、态度在情境中的可应用性，我国的定义更加突出在学校教育中应该培养出的学生必备品格与能力，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，核心是以“立德树人”为基础，培养全面发展的人。

学科核心素养是在学段中发展学生核心素养的重要依托，物理学科核心素养为物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任；化学学科核心素养为变化观念与平衡思想、宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任；生物学科核心素养为生命观念、科学思维、科学探究、社会责任。三学科核心素养均从科学观念、科学思维、科学探究、社会责任四方面提出，存在非常多的共通之处。

理化生融合项目式学习是深化教育教学改革、顺应教育规律的需要，是学生全面发展、顺应人才成长规律的需要，也是学科自身创新发展的需要。

二、理化生融合项目式学习内涵及价值

（一）理化生融合项目式学习内涵

项目式学习是一种新兴的教育手段，包含“做中学”“建构主义”“实用主义”等教育理念，引导学生以小组合作的方式，将理论学习与实践学习相结合，解决一个真实世界中复杂的、具有挑战性的问题，或完成一项源自真实世界需要深度思考的任务，[1]在解决问题或完成任务的过程中得到知识、技能、思维等发展，其每一个学习环节都是建立在学生对问题的观察、比较、分析、综合、抽象与概括的基础之上的，这些思维方式是理性思维的具体体现，[2]强调学生的自我导向学习能力，倡导学生和教师共同做出决策，[3]注重研究性学习的具体实践，通过信息的获取、加工、交流、评价、反思，达到关注社会问题、提升学科核心素养的目的。[4]

理化生融合项目式学习涉及物理、化学、生物三门或者其中两门学科，与课程标准紧密结合，既指向学生个性的发展又指向学生社会性的生成。[5]

（二）理化生融合项目式学习理论价值

理化生学科核心素养均是从科学观念、科学思维、科学探究、社会责任四个维度提出，有必要将其融合来看，以期以点带面、以一带三地发展学生的核心素养；理化生很多知识与技能是相辅相成、相互依托、相互促进的，很多原理也是相通的，科学本身就是一个整体；真实情境中的问题解决或任务完成，具有综合性、复杂性的特点，往往需要涉及多学科的知识、技能。

项目式学习的三个目标，分别为掌握基础知识、发展综合能力、培育精神品质；科学领域学科核心素养整合解构为科学观念、思维探究（将科学思维、科学探究两个维度整合为思维探究）、社会责任三个方面；学生发展核心素养包括文化基础、自主发展、社会参与三个维度。理化生融合项目式学习使学生深入学习相关基础知识，促进学生科学观念的达成，进而促进文化基础的发展；学生通过不断地探索、发现、解决真实情境问题，锻炼了设计能力、执行能力、反思能力及贯穿始终的思维能力，促进了科学思维、科学探究维度的发展，指向自主发展；小组合作解决问题、生产产品，端正科学态度、培育精神品质促进社会责任维度的发展，指向社会参与，如图1 所示。[6]

图1 项目式学习与科学学科核心素养培养融合图

三、理化生融合项目式学习实践可行性实证研究

（一）问卷信效度分析

编辑问卷“理化生融合式项目式学习的实践可行性调查”，向北京市某区高中生发放，回收问卷254 份，有效问卷226 份，通过SPSS 软件对问卷调查结果统计分析，信度系数值为0.988，大于0.9，删除题项后信度系数值并不会明显提高，数据信度质量高，可用于进一步分析。将问题5 到20 综合解构为十个维度，分别为基础知识、综合能力、精神品质、科学观念、科学思维、科学探究、社会责任、文化基础、自主发展、社会参与。对该十个维度的问题进行效度分析，所有研究项对应的共同度值均高于0.4，KMO 值为0.940，大 于0.6，数据效度高。

（二）参加情况、意愿类型频数分析

笔者对学生是否参加过不仅涉及物理、化学、生物中的某一学科而是涉及两学科或三学科的项目式学习进行调查，有大约三分之二的同学参加过不止涉及某一学科的项目式学习，有不到三分之一的同学表示“从来没参加过”，笔者在编辑问卷时，设置了“跳转逻辑”，即当学生在做答问题3 时选择“从来没参加过”，自动结束作答，以确保后续调查具有有效性。笔者对学生更愿意参与哪一类型的项目式学习进行调查，51.3%的意愿类型为涉及物理与生物、物理与化学、化学与生物两学科交叉融合的，涉及物理、化学、生物三学科交叉融合的意愿比例是33.3%，即有84.61%的学生更愿意上涉及学科交叉的项目式学习课程，且更多的学生选择涉及两学科的。

（三）描述性分析

笔者将问题5 到20 综合解构为十个维度，分别为基础知识、综合能力、精神品质、科学观念、科学思维、科学探究、社会责任、文化基础、自主发展、社会参与。5 到20 题编制采取李克特量表形式，在统计分析时，选项“完全不符合”赋1 分，“不符合”赋2分，“差不多”赋3 分，“比较符合”赋4 分，“非常符 合”赋5分。分值越高，表明学生认为理化生融合的项目式学习式对其相应维度的发展帮助越大。各维度分数平均值如图2 所示。

学生所选选项均分均大于3.8，说明在这十个维度中，学生均认为理化生融合项目式学习对他们的发展更有利。其中基础知识维度的平均分最低，为3.86，精神品质、社会责任、社会参与维度均分较低，约为3.93。科学思维维度的得分最高，说明理化生融合项目式学习对学生科学思维的培养优势最明显。科学探究、科学观念、综合能力的均分都大于4，说明在这三个维度对学生的培养上，理化生融合项目式学习有较大优势。从选项均分看出，理化生融合项目式学习对学生自主发展的培养优势大于文化基础大于社会参与。综上所述，理化生融合项目式学习对学生综合能力、思维探究、自主发展的培养优势大于基础知识、科学观念、文化基础大于精神品质、社会责任、社会参与。

（四）相关性分析

1.各维度之间的相关关系

理化生融合项目式学习可促进学生基础知识、综合能力、精神品质、科学观念、科学思维、科学探究、社会责任、文化基础、自主发展、社会参与的培养与发展，这10 个维度之间全部均呈现出显著性正相关，具体的相关系数，如表1 所示。

2.三大维度相关性分析

将十个维度整合为三大维度进行相关性分析，如表2 所示。其中基础知识、综合能力、精神品质整合为项目式学习目标指向；科学观念、科学思维、科学探究、社会责任整合为科学领域核心素养；将文化基础、自主发展、社会参与整合为中国学生发展核心素养。

项目式学习目标指向和科学领域核心素养之间的相关系数值为0.910，并且呈现出0.01 水平的显著性，有显著正相关关系，且相关性较大。项目式学习目标指向和中国学生发展核心素养之间的相关系数值为0.827，并且呈现出0.01 水平的显著性，有显著正相关关系，且相关性较大，但小于项目式学习目标指向和科学领域核心素养之间的相关性。科学领域核心素养与中国学生发展核心素养之间的相关系数值为0.893，并且呈现出0.01 水平的显著性，有显著正相关关系，且相关性较大。

表1 各维度之间的相关关系

图2 各维度平均值对比折线图

表2 三大维度相关性分析表

表3 科学领域核心素养与项目式学习目标指向线性回归分析表

表4 中国学生发展核心素养与项目式学习目标指向线性回归分析表

（五）线性回归分析

1.科学领域核心素养与项目式学习目标指向

将项目式学习目标指向作为自变量，而将科学领域核心素养作为因变量进行线性回归分析，如表3所示。

模型R 平方值为0.828，项目式学习目标指向可以解释科学领域核心素养的82.8%变化原因。对模型进行F 检验时发现模型通过F检验（F=365.587，P＜0.01），也即说明项目式学习目标指向一定会对科学领域核心素养产生影响关系，以及模型公式为：“科学领域核心素养=0.032+1.013*项目式学习目标指向”。

2.中国学生发展核心素养与项目式学习目标指向

将项目式学习目标指向作为自变量，而将中国学生发展核心素养作为因变量进行线性回归分析，如表4 所示。

模型R 平方值为0.685，项目式学习目标指向可以解释中国学生发展核心素养的68.5%变化原因。对模型进行F 检验时发现模型通过F 检验（F=164.898，P＜0.01），也即说明项目式学习目标指向一定会对中国学生发展核心素养产生影响关系，以及模型公式为：“中国学生发展核心素养=0.471 +0.885* 项目式学习目标指向”。

3.中国学生发展核心素养与科学领域核心素养

将科学领域核心素养作为自变量，而将中国学生发展核心素养作为因变量进行线性回归分析，如表5 所示。

模型R 平方值为0.797，科学领域核心素养可以解释中国学生发展核心素养的79.7%变化原因。对模型进行F 检验时发现模型通过F检验(F=298.295，P＜0.05)，也即说明科学领域核心素养一定会对中国学生发展核心素养产生影响关系，以及模型公式为：“中国学生发展核心素养=0.508 +0.858* 科学领域核心素养”。

四、研究结论与教学对策

（一）研究结论

80%以上的学生更愿意上涉及学科交叉的项目式学习课程，在基础知识、综合能力、精神品质、科学观念、科学思维、科学探究、社会责任维度中，学生均认为理化生融合项目式学习对于他们的发展更有利，且综合能力、思维探究、自主发展的维度的培养优势大于基础知识、科学观念、文化基础大于精神品质、社会责任、社会参与。

基础知识、综合能力、精神品质、科学观念、科学思维、科学探究、社会责任、文化基础、自主发展、社会参与10 项之间全部有着正相关关系。项目式学习目标指向会对科学领域核心素养产生显著的正向影响关系，模型公式为：“科学领域核心素养=0.032+1.013*项目式学习目标指向”；项目式学习目标指向会对中国学生发展核心素养产生显著的正向影响关系，模型公式为：“中国学生发展核心素养=0.471 +0.885* 项目式学习目标指向”；科学领域核心素养会对中国学生发展核心素养产生显著的正向影响关系，模型公式为：“中国学生发展核心素养=0.508+0.858*科学领域核心素养”。

（二）教学对策

基础知识维度得分低，可能是项目式学习涉及到很多需要自主学习、查阅的比学生的认知水平高一点的知识，因此，学生认为对他们基础知识维度发展不够好，教师可以进一步调查研究，认真考虑是否需要根据不同学生的学情，在实施过程中增加一些基础知识的讲授或者在课程内容上补充一些相关基础知识的资料。而精神品质、社会责任、社会参与维度平均分低，可能是因为理化生融合项目式学习主要涉及科学学科领域，人文、社科类涉及相对较少，对学生精神品质、道德情怀的培养不够明显，教师在授课过程中可补充一些科学史、科学家故事等背景知识，注意引导学生注重团队合作、体会科学精神，激发他们的社会责任感。

五、实践案例与课程开发原则

（一）实践案例

北京市某中学曾以选修课的形式开设过此类课程，笔者曾作为授课教师。课程案例包括“驱蚊床研制（生物、化学、物理相融合）”“绿色阳光——自动灌溉项目（物理与生物融合）”“不同PH 下对消毒液杀菌效果的影响（化学、生物融合）”“测量柠檬水中维生素C 含量（生物、化学融合）”“天然抗氧化剂的成分对果汁保质期的影响（化学、生物融合）”“叶脉书签制作的最佳氢氧化钠浓度（生物、化学融合）”“用植物色素制酸碱指示剂及其变色范围的研究（化学、生物融合）”“面膜加热贴的制作（化学、生物、物理融合）”等。课程实施效果良好，满意度高，学生均解决相应问题或制得预期产品，且完成了成熟度较高的学习报告。

（二）课程开发原则

项目课程的主要学习方式是“做中学”，主张把工作过程设计成学习过程，一般可由项目导引、学习任务、学生活动、探究与研讨等几部分组成，开发过程中要注意以下原则：

1.以学生为主体是核心

在开发课程过程中要充分相信学生的潜能，充分激发学生的兴趣，以学生知识、技能、能力的培养为出发点和落脚点，让学生在查阅文献、小组合作解决问题、实验探究等过程中充分发挥出自身的主观能动性。

2.基于真实的任务和情景

项目式学习课程的建构应以产品为导向，这些产品对学生而言是真实而有意义的，只有基于真实情境中的任务完成和问题解决才能充分调动学生学习的积极性，让学生在实施过程中获得充分的学习体验，掌握科学概念或原理。例如，案例中“绿色阳光——自动灌溉项目”就是为了解决给植物浇水这一让繁忙的上班族头疼的问题；“驱蚊床的研制”就是为了解决夏天蚊子的骚扰影响睡眠质量这一问题。

3.尽量融合2 门或3 门学科

经过理论研究和实践探索，笔者发现理化生融合项目式学习相比单一学科的项目式学习更有利于学生核心素养的发展，且更被学生所欢迎，也更符合项目式学习的特点，故在课程开发过程中要着重注意内容的丰富性。

4.与教材知识紧密结合

目前国内缺乏与学科知识有效融合的项目式学习课程，在开发过程中需注意与教材内容有效融合，使学生掌握学科知识、概念、原理，发展实验技能、探究能力等，从而有效达成学生的学科核心素养。例如，课程案例“用植物色素制酸碱指示剂及其变色范围的研究”就与教材中酸碱指示剂的部分有效结合起来了。

理化生融合项目式学习具有较高的理论价值与实践可行性，我们可以通过基础知识、综合能力、精神品质目标的达成，有效发展学生科学领域学科核心素养，进而促进中国学生发展核心素养的达成。