聚焦重要概念的项目化学习设计与实践

周旖旎 陈国

项目化学习的目的是促成学生对学科重要概念的深度理解，其价值在于实现知识向素养的转化。因此，“学科重要概念”是学科项目化学习设计的起点，在项目化学习过程中，它发挥着统摄作用，将知识与知识、知识与实践、知识与学习主体进行有机融合，对开放性的项目化学习起着定向的作用。

1 聚焦重要概念的项目化学习设计与实践

聚焦重要概念的项目化学习活动需以重要概念为基点，通过“概念提炼、概念映射、概念应用、概念反思”4个阶段促成学生对学科重要概念的持续建构与深度理解，具体操作流程如图1所示。

下面以“杨梅酒的改良”项目化学习为例，对聚焦重要概念的项目化学习设计的基本操作路径进行探讨。

1.1概念提炼：确定项目化学习的基点

追求概念理解的项目化学习设计是从期待学生理解和掌握的重要概念出发，把设计问题的过程变成概念在现实中的“映射”和“外显”。那么，如何提炼项目化学习的“重要概念”呢？

1.1.1从课程标准中提炼

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确了“细胞是由多种多样的分子组成，包括水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质和核酸等”等31个生物学学科重要概念。这些概念蕴含了人们对知识的态度和价值判断，具有整合性、意义性、可迁移性和发展性，是学科项目化学习设计的良好基石。

1.1.2从教与学中提炼

教师可以对生物学习中反复出现的观点、能引起思维冲突的知识、与现实世界紧密联系的知识进行分析和提炼，从中凝练出学科重要概念。例如，学生在解释“生物的进化”“微生物的培养与选择”“生态系统的稳态”等多个生物学问题时都需运用“生物的生存依赖于适宜的环境，同时生物的活动也反作用于环境”这一观念，因此可将此提炼为学科重要概念。

1.2概念映射：创建项目化学习的情境

明晰重要概念之后，教师需要将对重要概念的学习转变成一个围绕驱动情境展开的项目化学习过程，即将比较抽象的、枯燥的概念转化为高中段学生感兴趣的、具有挑战性的生活问题。驱动情境的质量决定了学生建构概念的质量。驱动情境中衍生出的一系列驱动性问题将会作为整个项目的驱动力而推动学生学习的进行。

案例：把“发酵工程利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品”与“宁波市盛产杨梅，许多人家会在家自制杨梅酒，但制作的杨梅酒品质不高”这一现实问题对应起来，就形成了如下驱动情境：浙江宁波盛产杨梅，但杨梅的果期很短，当地居民常将杨梅以浸泡的形式制成杨梅酒，但风味有限。你和你的小组成员作为果酒研发人员，请尝试提出杨梅酒的改良方案并创立属于自己的果酒品牌。

通过将“微生物”和“发酵工程”分别具体化为“酵母菌”和“自制杨梅果酒”，实现“概念—现实问题”的映射，使概念成为解决现实问题的有效工具，同时现实问题则成为了学习重要概念的有效载体，驱动学生主动、积极地运用生物学知识展开项目研究。

1.3概念应用：开展项目化学习的实践

创设情境之后，学生需要分析存在的问题，明确概念视角，进而逐步地解决问题，亲历“作出假设—制定方案—实践验证—迁移应用”的探究过程，最终形成公开的作品。

1.3.1提出假设——建立概念视角

“提出假设”就是学生针对驱动情境中隐含的驱动性问题进行界定之后，提出解决问题的基本思路。在这一过程中，学生尝试将理论知识与现实实践联系起来，并且明确自己解决问题的切入角度，即初步建立概念视角。

案例：在项目化学习活动“杨梅酒的改良”中，为了解决“如何改良杨梅酒的品质？”这一问题，学生需要先思考：“家酿杨梅酒是以哪种方式获得的？这种制作方式存在哪些问题？”学生根据生活经验，可以发现：家酿杨梅酒往往是使用高浓度白酒浸泡杨梅制得的。如此制得的杨梅酒酒精度较高，白酒味浓，口味较烈，且在放置一段时间后容易出现浑浊等现象。在明確现存问题之后，学生纷纷提出改良的角度：有的认为应改用微生物发酵的方式酿制杨梅酒从而充分提炼杨梅本身的果味;有的认为应降低酒精度，使大部分人群都能饮用杨梅酒;有的从浑浊现象出发认为需要分析浑浊的原因并进行改良;有的提出可以从原料和发酵菌的角度，如筛选杨梅品种和发酵菌种、加入调味剂等来改良杨梅酒的风味。

学生自觉调用原有知识和生活经验开展头脑风暴，选定研究角度的同时也明确了项目最终可能或必须产出的产品，在思维上奠定了项目所指向的概念理解水平。

1.3.2制定方案——建构概念认知

学生在假设的基础上制定详细的、可操作的方案。制定方案需要学生运用概念审视问题、分析现象、寻找规律并论证方案的可行性。因此，在这一环节中，学生可能的行动有：通过网络搜索收集相关资料信息、对相关人员进行调查或访谈、整理评论已有信息、调用旧知识、主动学习相关的新知识等。

案例：某研究小组明确了问题的解决方向——改用发酵型的方法酿制杨梅酒，并从原料和发酵菌的角度来改良杨梅酒的风味。为了制定出可行的改良方案，小组成员们对自己的研究任务进行分解：①对杨梅酒的市场需求进行调查;②学习微生物的筛选和培养;③学习杨梅酒的发酵原理和发酵流程。通过市场调查，发现：有些群体希望获得酒精度高的杨梅烧酒，而大部分的人群则希望获得酒精度较低、口味香甜、口感柔和的杨梅果酒。于是，该小组成员选择明确杨梅酒的改良方向为更适合大范围推广的杨梅果酒。那么接下来的任务就是“如何获得酒精度较低、口味香甜、口感柔和的杨梅果酒”。

该小组制定了后续的研究方案：

①筛选不同的酿酒酵母菌菌种，比较发酵产物的口感，选出表现优秀的菌种。②选用不同品种的杨梅进行发酵，比较发酵产物的口感。③调查市场上常用的安全的食品添加剂种类，分析获得最佳果酒口感的添加剂添加情况和比例。④结合上述研究结果，获得杨梅酒的最终改良方案并投入实践。⑤成立自创果酒品牌——“塔山杨梅酒”。

在制定方案的过程中，学生用概念分析问题，通过阐释、论证、对比、思辨，最终建构概念认知。

在上述案例中，学生不可避免地会面临“从何处获得不同的酵母菌菌种”这一问题。学生根据已有的知识背景及查阅资料，了解到酵母菌常分布在水果、蔬菜的表面及果园的土壤中等含糖量较高的酸性环境中，同时也可以在市面上直接买到酵母菌种。这一过程引发了学生对微生物与其生存环境的思考——“酵母菌与环境之间的依存关系”。

1.3.3实践验证——应用概念工具

制定的方案是否科学可行，需要学生通过实践来验证说明。项目方案的实践过程就是学生应用概念指导实践的过程。此时的“概念”扮演了“工具”的角色，辅助学生解决问题。

案例：学生尝试从水果表面或土壤中获得酵母菌，但在实践过程中发现水果和土壤表面不光分布有酵母菌，还分布有各类霉菌、细菌等。那么，如何从此类环境中分离获得酵母菌用于杨梅的发酵呢？这就引发了学生对微生物发酵产生进一步的认识：获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。那么，如何实现纯净微生物的获得呢？学生运用已形成的概念“微生物与环境之间的依存关系”解决问题：“通过调整培养基的配方可有目的地培养某种微生物”。此时，学生理解的概念得到进一步的完善——“环境对酵母菌具有选择作用”。

在实践环节中，概念作为工具，辅助学生寻找方法、解释现象、解决问题。同时，实践中生成的问题以及获得的结果又会反馈作用于学生的概念认知，帮助学生实现概念工具的升级与改进。

1.3.4迁移应用——完善概念体系

知识的迁移注重将知识外显化和操作化，将间接经验直接化或从抽象到具体的过程。知识迁移需要建立在对概念深度理解的基础上，将不同层级的概念进行外展与联系，形成属于学生自己的、具有个性化特点的概念体系。知识迁移的数量和质量可以检验学生对概念的理解程度。

案例：有了改良杨梅酒的经验后，学生会主动将相关概念迁移应用于新的情境中。例如，如何制作出松软可口的包子皮？自制酸奶的方案是什么？能否制作生物处理器用于处理河道的污染？……在这些新情境中，学生不是简单地重复已掌握的概念，而是要将改良杨梅酒习得的概念去情景化、抽象化再用于解决新的问题。

此时，学生理解的概念从“酵母菌与环境之间的关系”“酵母菌的发酵产物可用于制酒”迁移到“乳酸菌、降解化学污染物的微生物与环境的相互作用”、“乳酸菌的发酵产物可用于制作酸奶”“某些微生物的代谢过程可以帮助人类改善环境污染”中去，进而上升到“生物与环境之间存在相互作用的关系”“发酵工程利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品”，这样就形成了更加完善的概念体系。

1.4概念反思：收获项目化学习的硕果

在项目研究的过程中及项目结束时，学生都应主动进行整理和反思，针对研究过程中产生的问题、解决的方案与理论依据，进行交流与讨论;在公开展示项目成果时，则要对自己的成功或失败进行系统的复盘和总结。

1.4.1项目过程中的反思

项目过程中的反思是对正在开展的项目化学习过程进行的监控和调节，从而及时发现问题并加以解决。此阶段的反思需要学生通过整合知识信息、批判性分析、概念建构来实现对知识的深度加工。学生通过对项目推进过程中产生的疑问和矛盾进行思考，通过反思发现矛盾产生的原因，建构新的概念认知、以概念为工具生成消除矛盾的方案，即经历“矛盾—反思—发展”的过程。

在此阶段，学生在概念的指导下，有选择地、批判地接受新知识信息，主动地建构个人知识意义，通过反思对过程中产生的问题进行有效解决，并调控自身的知识建构与再建构的过程。

1.4.2项目总结时的反思

学生在经历了持续探究的、困难重重的项目化学习之后，有的能够成功获得预期的成果，但有的或许会失败。但成果的成功与否并不意味着学生通过项目化学习的成功与否。因此无论成功还是失败，教师都要组织和引导学生回顾项目历程并进行反思。学生可以利用自我评价表、学习总结表等具体的反思工具来对自身的学习过程及结果进行总结，反思自己对概念的理解与建构情况、失败原因或成功的原因，总结经验、补救不足、创造新知。

（1）失败后的反思。失败后的反思主要涉及：①对失败的原因进行反省和总结，即针对“无法获得项目预期成果”的缘由进行分析。②对过程中的收获进行回顾和展示。即使最后的结果不理想，在获得结果的过程中学生依旧经历了思维和能力的成长以及概念的建构，需要对自己过程中的成长进行肯定并将之进行分享;③对他人提出的质疑与意见进行讨论和思辨，即当教师或其他同学对小组的观点与方案提出质疑或意见时，要与质疑者展开讨论，在交流中矫正自己的错误认知、完善自己的不足之处。例如，某小组的改良目标是获得较高浓度的杨梅果酒，但在实践后发现只能获得酒精度较低的发酵型果酒，且在长时间的发酵后会出现发酵液酸化的现象。通过分析，该小组提出酵母菌的代谢产物酒精对于酵母菌的活性具有抑制作用，而后期的酸化现象则是由产酸杂菌引起的，若要解决上述問题则需设法获取耐酒精且能较好抵抗杂菌的酵母菌种或发酵方法。通过查阅资料，该小组发现有研究表明固定化酵母菌相较于游离型酵母菌而言，产酒精能力强且发酵液酸度稳定，从而明确改进方案：①筛选获得耐酒精能力强的酵母菌菌种;②采用固定化酵母菌进行果酒发酵。

（2）成功后的反思。成功后的反思主要从知、行、意、移4个维度进行反思。“知”即学生在项目过程中知道了哪些事实性知识，如学生知道了“杨梅酒的发酵方式”“可以用选择培养基从混合物中筛选酵母菌”等知识。“行”即学生在项目过程中掌握了哪些程序性知识，如配制培养基、灭菌、问卷调查与分析等技能。“意”即学生从事实性知识与程序性知识中抽象、提炼、建构而成的学科重要概念及概念体系。“移”即学生将概念迁移联想至其他情境中，反思“我们还能做什么”，如学生根据“杨梅酒的改良”中获得的知识与技能进一步联想提出新的研究方向：如何制作出松软可口的包子皮？自制酸奶的方案是什么？能否制作生物处理器用于处理河道的污染？”……

反思的过程实质上也是学生深度学习的过程，学生通过反思深化自身的概念理解，收获项目化学习的真正硕果，提升学习效果。

2 聚焦重要概念的项目化学习价值反思

聚焦重要概念的项目化学习的目标是：通过解决真实情境中的问题，促成学生形成、修正、丰富学科重要概念，推动学生深刻理解概念的内涵与外延。本研究所提出的操作路径有组织有计划地从以下几个方面落实并达成了上述目标。

2.1深度的概念理解

项目化学习的灵魂是学科重要概念。项目实施过程中，学生在真实的情境中进行高阶的思考，对概念的理解增加自己的诠释和解读，最终实现对概念的建构、迁移和运用，并且落实于实践。

2.3主动的高阶学习

项目化学习在启动之初就为学生提供了指向高阶思维的项目情境，激发学生的学习动力，要求学生在学习过程中实现对新知识的习得或对已有知识的再构，强调学生的自主探索、学生之间的交流合作以及对学习过程和成果的评价与反思，从而改变了原本识记、做题的低阶学习模式，发展了学生的高阶思维。

2.4持续的探究实践

常规的教学往往是让学生先学习知识，然后再进行运用。但本研究所提出的项目化学习是通过任务驱动，产生学习动机，从而让学生在项目的完成中达成对概念的深度理解。在这一过程中，学生不是按部就班地按照教师的要求完成相关的流程，而是主动地探索，在探索过程中不断产生新的想法与疑问，在矛盾、碰撞的过程中经历持续性的探究实践。