以项目式学习培养科学思维和方法

卢君辉

以学生生活中常见的真实问题“我养的鱼为什么总是死”为出发点，先后通过“探索鱼死亡的真正原因”“探索影响鱼生存的水质指标及如何控制”“动手搭建水族箱生态系统”“放入观赏鱼并进行养护操作”“在实践中调整改进养护方案”和“总结评估”6 个逻辑上紧密相连的环节，经历实验探究、动手搭建和反思调整等过程，逐一分析、解决并扫清任务途中遇到的种种问题障碍，最终达到“稳定健康地饲养一缸观赏鱼”这个总目标。在此过程中，锻炼学生分析问题、解决问题的思维能力，学习科学探究的一般方法和过程，掌握成为养鱼小达人的基础知识和技能。

适用学段

小学高年级、初中。

教学目标

本活动的核心目标并非让学生掌握养鱼的相关知识和技巧，而是让学生在探究、制作的过程中经历完整的科学探究和科技制作的过程，掌握科学方法，培养思维能力;学会利用设计实验的基本原则科学有效地设计、实施对照实验;在“自我质疑、自我否定、自我完善、坚持不懈最终获得真相”的过程中培养坚韧不拔、勇于战胜困难的科学精神;明白科学进步的道路充满局限、片面、错误，不断实验、假设、试错构成了科学史的连续步伐，是科学进步的必经之路，提高学生对科学本质观的理解。

教学过程

阶段 1：我养的鱼为什么总是死？

活动内容：该阶段分为初探、再探两轮探究。分析讨论“把鱼养死”的原因，将问题聚焦在“鱼会不会被撑死”。作出假设，设计对照实验验证，实验组饱和投喂，对照组正常投喂，观察、记录并分析数据。饱和投喂实验鱼死亡，但剖检发现消化道并未因充满食物而涨破，甚至是空的。对“鱼被撑死”这个假設产生质疑，结合实验中发现的水浑浊等反常现象推测，提出可能由于水质败坏引发死亡。据此设计第2 轮实验，实验组饱和投喂但通过大量换水维持水质清洁，对照组饱和投喂且不换水。发现对照组鱼死亡，氨氮、亚硝酸盐等污染物达到致死量，而实验组存活且水质良好。实验说明鱼不会被过量投喂直接撑死，而是因为饵料、排泄物等大量有机物分解导致有毒污染物（氨氮、亚硝酸盐等）累积至致死浓度导致。因此，控制好水质是养鱼的必要条件。

学情分析及教学策略：该阶段本身即为一个完整的科学探究过程，该学段学生很少具备完整的科学探究实践经历，不熟悉探究的过程，不熟悉科学思维、科学方法的运用，难以做到高度自主完成实验，这需要教师不仅要逐个步骤引导，更重要的是思维层面的引导，学生只有真正明白了探究过程的整体逻辑思维推导过程，才能真正理解为什么要进行这一系列操作，让学生在这一过程中体验并学会科学探究的一般过程，学会运用设计对照实验的几个重要原则，如控制变量、设置对照、设置重复等。

阶段 2：探索影响鱼生存的水质指标及如何控制

活动内容：每种鱼对水质的要求都是有差别的，因此养好一种鱼需要探索适合它的氨氮、亚硝酸盐、水温、溶解氧、余氯等水质指标，并且通过人工控制手段将这些指标调整至适宜范围。学生通过自主实验探究、查阅资料，或通过教师传授，明确如何将各种水质指标控制在适宜的范围。

学情分析及教学策略：在上一环节的探究中学生明白了水质指标的重要意义，紧接着需知道究竟要将这些指标控制在什么范围、如何控制。每种水质指标的探索都可以设计一个探究实验，但实践中既没有时间精力也没有必要逐一自主探索。教师可通过这一步让学生尝试自主构思设计实验以评估上一轮的教学成果，在学生有余力或有兴趣的情况下开展实验，多数水质指标的信息可通过间接经验的传授完成。

阶段 3：构建水族箱生态系统

活动内容：水质指标的控制需要通过硬件设备实现，也就是需要构建一个循环维生系统，学生按照饲养品种、数量、场地等条件选择适合自己的维生系统类型并组装搭建，有针对性地选配器材以满足各种水质指标的控制。

学情分析及教学策略：经过前2 个环节学生虽已掌握一定理论基础，但实践操作仍缺乏经验，维生系统的选择、采购、搭建、调试及运行过程中难免会遇到问题，这需要教师及时沟通指导，帮助学生总结、思考并解决各种各样的问题和困难。

阶段 4：放入观赏鱼并进行养护操作

活动内容：理论基础和硬件条件都已经满足，这一步就要进入饲养、维护的实践操作环节，学生需学习观赏鱼转运的技术和日常养护的主要原则，开始正式饲养观赏鱼。

学情分析及教学策略：学生普遍缺乏转移并饲养观赏鱼的经验和技术，技术和方法的传授不仅要让学生知其然，还要知其所以然，了解背后的科学原理。

阶段 5：实践中不断调整改进养护方案

活动内容：学生在日常饲养过程中不断探索、实验、调整，摸索出适应自身情况的喂食频率和喂食量、换水频率和换水量，逐渐形成适当的日常养护方案。了解几种最常见的观赏鱼疾病，简单了解病因、病理和防治手段。

学情分析及教学策略：饲养活体生物的人工生态系统是复杂多变的，实践过程中遇到的很多问题即使有再完备的前期理论教学也难以完美解决，学生在实践摸索中需要教师及时给予指导、解惑，让学生懂得理论和实践是有差距的，实践才是检验真理的唯一标准。

阶段 6：总结、评估

活动内容：学生经过一段时间的饲养实践，总结形成养护方案，可以涉及观赏鱼的生存状态，饲养过程中遇到的问题，获得的经验教训，改进措施及改进后效果等。

学情分析及教学策略：在饲养过程中，学生肯定会遇到各种各样的问题、困难、失败，甚至出现观赏鱼全军覆没的情况，教师需要及时给予充分的鼓励、开导，让学生明白失败可以暴露不足，是迈向进步的起点，并引导学生找出问题、查漏补缺、提高水平。

总结与思考

本活动最大的亮点是以“如何养好一缸鱼”作为项目总目标，将科学探究实验与动手制作结合起来，让学生在科学探究中运用科学思维和方法，在反复探索和试错的过程中培养学生的质疑精神和实证意识。科学方法、科学思维和科学精神的传递是比学会如何养鱼更加重要的、能让孩子获益终生的宝贵财富。

活动避开场馆服务能力有限的不足，可借助网络平台搭建教师和学生沟通渠道，学生可通过网络购得活动所需材料，在家中即可方便地完成所有探究和制作，是新冠疫情时期探索不聚集、无接触开展项目式学习的有益探索。