基于项目式学习的校本课程开发和实施——以“塑料污染对生菜生长发育的影响”为例

卿 旭 ，刘 军

（1.天津市南仓中学，天津300191；2.沈阳农业大学园艺学院，辽宁沈阳110866；3.吉林省农业科学院草地与生态研究所，吉林长春130033）

校本课程是我国基础教育方案中重要的组成部分，校本课程与国家课程不同，在一定意义上可以说校本课程具有“第二性”，它是为国家课程的有效实施服务的。主要体现在如下两方面：一方面，中小学可以在“‘预留地’自主开发”，以更好地落实国家课程指向的学生全面发展目标；另一方面，国家课程由于是立足整体、全国统一的，其内容难度与梯度难免与中小学校学生的最近发展区存有落差，为此我们需要将国家课程进行校本转化，以解决“吃不饱”“吃不了”问题。研发高中生物校本课程有利于挖掘学生的个性潜能和优势，培养学生生物核心素养，也有利于教师更新知识结构，扩展视野。本校作为沈阳农业大学优质生源基地，为培养更多具有生物科研能力的学生，投入上百万组建水培和组培实验室，大力发展校本课程。

为了更好地开展本校的实验教学，对天津市北辰区四所高中校（天津市四十七中学、天津市南仓中学、天津市九十六中学、天津市青光中学）高一、高二部分学生，共1273 人进行问卷调查，对部分生物教师进行访谈，了解本区高中生物教学的部分现状。调查发现：教师教学方式多样，但主要停留在教的层面；实验课上学生缺少设计实验；学生课外缺少实验体验；学生期望参与生物实验，认为生物实验教学能提高生物学习兴趣和培养各种能力。

针对目前本区高中生物实验教学的现状，笔者在课外实验教学中，采用项目式学习方式以学生为中心开展实践型生物实验课程，培养学生生物核心素养。项目式学习（project based learning）是学习者针对具体感兴趣的学习项目，最优化地合理利用学习资料来解决项目的相关问题，在解决问题中获得较为完整而具体的知识，形成专门技能并获得发展性的学习。项目式学习以建构主义理论为指导，强调学生在真实问题情境中探究学习，从而提升学生多元能力的教学模式，是适合培养中小学生核心素养的教学模式之一，在中学生物实验教学应用越来越广泛。石进德认为“在项目式学习活动中，学生能够学习生物学知识，还能掌握有关生物科学探究方法，运用数学知识解决生物学问题，提高科学思维能力、科学探究能力，能够发展生物学核心素养。”张健慧以“果酒、果醋、腐乳和泡菜的制作”为例，在真实情境下，深度探究制作高品质发酵产品的方法，能够培养学生高阶思维、知识迁移和问题解决等能力。本文以“探究塑料污染对生菜生长发育的影响”为例，阐述如何运用项目式学习进行生物实验探究。

一、发现问题，查阅文献，启迪科学思维

高中生物选择性必修二《生物与环境》第四章第一节“人类活动对生态环境的影响”要求学生探讨人类活动对环境的影响，关注全球气候变化、酸雨、臭氧层破坏、荒漠化、塑料污染对生物圈的威胁和人类可持续发展的影响。我国出台的“限塑令”明确规定到2020 年底，包括天津在内的直辖市等城市，首先实现超市等场所禁止使用不可降解塑料袋，这一规定无疑会推动可降解塑料及其他替代品的使用。“可降解塑料”被误认为是一种优良的环保材料，但是可降解性是有条件的，需要满足一定的湿度和温度。如果达不到降解条件，“可降解塑料”将带来新的“白色污染”。墨西哥国立自治大学化学系的危险废弃物专家本哈明·鲁耶斯指出：可生物降解的塑料袋是一个被人们忽视的环境问题，虽然这些塑料袋只需一年时间就可降解，但在这个过程中会产生肉眼看不到的聚合物碎片。因此比起循环再利用，将其降解将更加污染环境。可降解的塑料对植物生长是否有害需要实验证明。

实验小组为解决以上问题，查阅文献，寻找解决问题的方法。在生物科学研究过程中，文献检索有着极其重要的作用，它是获取新的科学技术和科学思维的捷径，能节约研究者的时间，避免重复性研究。高中阶段课本实验大多为验证性实验，学生按部就班做就可以，缺少了查阅思考的过程，限制了发散性思维。本实验属于实践型生物学研究项目，它是一种开放式的实验教学，结合当地实际情况，将实践活动和学科教学有机整合起来。采用图1所示的过程，学生在教师的指导下通过文献检索及文献阅读，从文献中获取实验思路，设计适合高中生完成的实验。

图1 文献检索与阅读

学生在中国知网搜索关键词“塑料污染”，筛选下载文献综述，通过阅读朱永官教授发表的文献综述《（微）塑料污染对土壤生态系统的影响：进展与思考》获得塑料污染的研究方向和最新进展。再根据综述中提到的关键词搜索具体文献，通过教师和学生精心筛选，确定小组研读以下两篇文献：第一篇为《聚乙烯微塑料对绿豆发芽的毒性研究》，该文发现高浓度（100mg/g）的微塑料显著影响绿豆的根长，粒径0.023-0.038mm 的微塑料表现出显著抑制作用；第二篇为《Phytotoxicity assessment of conventional and biodegradable plastic bags using seed germination test》，采用塑料袋浸泡液的方法进行种子生长发育的实验探究。经过教师和学生共同研讨，结合本校实验条件设计实验。

二、绘制实验思维导图，实验探究解决问题

（一）设计“塑料污染对生菜生长发育的影响”的实验方案

实验中不仅需要准确无误的操作，还需要掌握设计实验方法，它体现了一种思维方式。实验设计遵循一定的原则和方法，掌握实验设计方法是提高实验能力的重要途径。

实验的设计要遵循以下五个原则：第一，科学性原则，明确实验目的，实验原理要正确，实验材料和方法要得当。第二，可行性原则，综合考虑各个因素，比如实验材料是否容易获取，药品价格是否过高，是否容易购买，实验周期长短，实验操作难易，本校的实验条件是否达到实验要求等。第三，对照性原则，实验要求严格控制无关变量，采用对照实验可以消除无关变量对实验结果的影响，保证实验的科学性，增加实验结果的可信度和说服力。常见的对照实验有：空白对照、自身对照、互相对照、条件对照等，其中空白对照和自身对照在高中生物实验教学中较为常用。第四，单一变量原则，无论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应一个观测反应变量。实验者操作的给定因素或者条件称为自变量，反应变量称为因变量，它是由自变量引起的变化和结果。实验中要控制无关变量一致，保证实验的科学性。第五，平行重复性原则，实验过程都具有相对误差，需要平行重复避免实验的偶然性，减少实验误差，保证实验结果的准确性。

根据以上实验设计原理，结合实际生活，实验小组选用四种塑料袋：生物降解塑料袋、普通塑料袋、垃圾袋、保鲜膜，后三种属于不可生物降解塑料袋，都是生活中常用的，也是常见塑料污染，探究四种塑料污染对豌豆生长发育的影响。教师进一步设问，让学生思考：塑料污染主要成分是什么？如何设计实验的自变量和因变量？如何控制无关变量？如何测因变量？还需要什么仪器和试剂？引导学生思考，并将思考过程和结果绘制成思维导图，图2可作为参考。

图2

（二）细化实验步骤，实验探究

实验小组根据思维导图，细化实验步骤，确定操作，并绘制直观而有条理的表格（见表1），提升学生分析和归纳能力。

表1 “塑料污染对生菜生长发育的影响”实验步骤

学生设计的实验用去离子水做空白对照，自变量为不同塑料袋浸泡液，因变量为浸泡液PH 值变化、生菜种子发芽率、植株株高和叶宽，其他无关变量保持一致，比如称量的塑料袋质量相同（3g），用相同体积的去离子水浸泡（300ml），放置在相同条件下，处理相同时间等。

在测定PH 值时，实验小组采用PH 计进行测定，测定之前要用标准液对仪器进行校准，同时用PH 精密试纸辅助，保证实验结果准确性。种子发芽过程中放在人工恒温气候培养箱中，设置黑暗，25摄氏度，湿度为70%，必须要塑料膜封口，以免水分蒸发，处理72 小时后进行测量统计。种子发芽后需要放在珍珠岩中生长发育，人工恒温气候培养箱的条件调节为：光照2000 勒克斯，25 摄氏度，湿度为70%，培养到15天，测量株高和叶宽，计算平均值。

三、科学分析实验数据，展示交流

（一）科学分析数据，提高数理逻辑能力

实验过程中涉及数理逻辑能力的主要是对实验现象的分析、实验数据的处理、假说的推理、实验的整体设计等方面。学生对所测得的数据进行统计分析，需要运用到数学方法，用曲线图和柱形图反应实验结果，根据数据进行逻辑分析，排除主观和客观因素造成的误差，总结出正确的结论。同时根据逻辑分析还能检验实验设计中各个环节的科学性，完善实验设计。实验小组对实验测得的数据进行整理，用Excel绘制柱形图（图3）。

图3 不同塑料袋浸泡对PH值影响

图3 是四种塑料袋在去离子水中浸泡三天后PH 值的变化，PH 是根据三组平行实验所求的平均值，发现四种塑料袋对水的PH 值都有一定影响，其中可生物降解塑料袋和普通塑料袋影响最大，保鲜膜影响较小。学生在分析这个结果以及如何通过对照实验获得实验结果时，更加深入的理解对照组的作用以及通过平行实验避免实验的偶然性。

图4 是不同塑料袋浸泡液对生菜发芽率的影响。芽长超过种子2倍视为发芽，每个培养皿中放10颗种子，做三组重复，统计发芽率取平均值，数据显示：塑料袋浸泡液对生菜种子发芽有明显的抑制作用，不同塑料袋浸泡液抑制作用不同，影响最大的是垃圾袋浸泡液。

图4 不同塑料袋浸泡液对生菜发芽率的影响

图5是不同塑料浸泡液处理15天后生菜叶宽情况，可生物降解袋、垃圾袋、保鲜袋浸泡液有不同程度的抑制作用，可生物降解袋浸泡液抑制作用更明显，普通塑料袋浸泡液与对照组比，没有明显差异。

图5 不同塑料袋浸泡液处理15天生菜叶宽

（二）撰写实验报告，展示交流

撰写实验报告是生物实验教学过程中重要的环节，是为了科学系统地总结实验研究中的原理、思路、方法、操作等，阐明实验的结论和价值。在目前高中生物教学中，师生过于关注结论性的知识和考点，忽视了实验报告的撰写，即使有完成实验报告环节，往往是简单的填空，这都与国家提倡的“培养学生的生物核心素养”不符。本文采用张大海等提倡的实验写作方式（见表2），培养学生撰写实验报告的能力。

表2 高中生物学实验工作单

学生在统计分析完数据后，根据实验工作单撰写实验报告，以实验日记、实验报告、微视频等形式进行成果展示，与其他实验小组进行探讨。在研讨过程中教师和其他同学进行提问，例如：如果把去离子水换成自来水或者是土壤，是不是更接近于现实情况？换成其他种子会不会得到相同的结果？在北方地区雨水少，缺水时，塑料暴露在空气风化会不会对植物生长有影响？塑料中什么成分会影响水的PH 值？塑料污染是否对植物有其他毒害作用？如何设计实验去探究？如果塑料袋被焚烧，产物会不会对水质和植物生长发育有影响？通过学生的展示，培养学生表达能力，同时通过提问引发学生深度思考，设计下一步研究，逐渐形成系统的科学思维。

四、教学评价与反思

实验教学评价是实验教学的重要组成部分，实验教学是为了培养学生科学思维、探究能力和精神、观察和分析能力，不能把实验的成败作为评价的唯一标准，这样会打击部分学生实验的积极性和自信心，不利于学生全面发展。本文采用的表现性评价包括过程性评价和结果评价，两者并重能够更加客观的反映出学生的实验表现，也有利于重知识评价转向重技能评价，促进学生动手操作能力的提高，养成实事求是、一丝不苟的科学品质。

根据实验教学要求确定评价的目标，设计评价内容，确定评价标准制定出本实验的表现性评价表（见表3）。实验过程中，通过学生互评、学生自评、教师评价等多种方式结合，对学生的参与意识、合作精神、观察能力、实验操作能力、论证能力、分析问题的思路、知识的理解和应用水平以及表达交流等进行评价。重点关注学生的实验操作能力，主要包括实验操作规范，对实验现象的观察，准确获得实验数据，正确依据数据处理的方法分析数据，根据对数据的分析推断出合理的结论，恰当地用文字和数字科学地表述和报告实验结果。总分按照学生自评占30%，学生互评占30%，教师评价占40%进行合计，85 分以上为优秀，70～85 分为良好，60～69 分为及格，60 分以下为不及格。学生根据自己的各项得分进行反思和改正，教师对小组成员在实验过程中出现的共性问题进行分析和总结，提出改进的办法，促进学生实验能力的提高。

表3 探究塑料污染对生菜生长发育影响实验表现性评价表

在项目式学习中，学生都能积极参与进来，充分体现学生的中心地位，积极调动学生的学习兴趣，使学生融入实验探究中，分析解决问题。培养解决实际问题和表达的能力，形成系统的生物科学思维。项目学习中采用表现性评价能够提高学生生物实验的主动性，能够引导学生完成整个实验，而不是教师手把手教学生做实验，也能规范学生生物实验操作，课前将评分细则发给学生，使学生知道怎么做才能得高分，更加严格的要求自己。在评价表的引导下，学生进行观察、记录、制表、分析结果、交流讨论，学生从塑料碎片浸泡液变化，种子萌发的形态和统计数据上直观的观察到塑料污染对植物生长发育的影响，意识到日常生活使用的塑料袋对环境中生物有毒害作用，并且会影响水质，影响土壤生态环境，形成减少塑料袋使用的保护环境意识，培养学生的社会责任感。学生在完成项目的每一项步骤过程中，会增加成就感，更愿意参与实验探究，更愿意与人交流，发现问题，设计实验验证，提高科学思维和探究能力。

项目式学习实验教学主要以学生为主体，教师辅助引导，看似减轻了教师的教学负担，实则是增加了教师的教学压力。查阅文献对于高中生来说难度很大，教师需要教会学生查找文献及阅读文献的方法，在此基础上才能进行实验设计。学生刚接触到实验设计时会没有头绪，需要教师进行提问引导，在学生设计出实验后需要根据教学目标设计表象性评价表，设置任务和评分细则，会占用教师很长的时间。虽然采用了多元评价方式，但是不管是自评和他评都存在很大的主观性，如何进行改进更能客观反映学生的情况仍需要在后期的教学中不断探索。