项目式学习在生物学科内的设计与实施样态

张 柳 陈咏梅 李 佳

（1.北京市海淀区教师进修学校 北京 100195）

（2.中国教育科学研究院国际与比较教育研究所 北京 100088）

项目式学习以学生为主体，师生共同解决复杂问题或完成综合性任务，通过亲身体验、深刻理解来获得核心素养的发展。项目式学习促进学生的深度学习，是实现育人目标、落实立德树人根本任务的有效途径。项目式学习可以成为生物学常规学习的重要组成部分，教师以课程标准为核心确定项目主题，设计符合课程标准要求的驱动性问题并基于学科大概念进行单元设计。下面以高中生物学教科书《必修1·分子与细胞》“光合作用与能量转化”内容中的“设计植物工厂的光照系统”项目为例，介绍项目式学习的设计与实施过程。

1 项目式学习的设计

在设计生物学学科项目式学习时，教师需要提出真实的驱动性问题、有挑战性的任务、多样化的作品要求，组织多轮次的问题解决过程，激发有论辩的展示交流，提供促进学生认识发展和反思提升的深度指导、评价和总结。

1.1 确定项目主题

教师要寻找促进学生素养发展和能力提升的主题内容，整体规划项目目标，聚焦跨学科概念、生命观念和概念性知识，促进事实性知识的组织和意义化。例如，“设计植物工厂的光照系统”项目聚焦“物质与能量观”这一跨学科观念和生命观念以及“细胞的生存需要能量和营养物质”这一学科大概念。

1.2 整合项目素材

教师基于课程标准，选择能够承载学科思想方法、有助于学生建立学科主要活动类型的经验图式，选择贴近生活、贴近社会、真实、有意义的项目素材。教师依据选取的素材，设计学生感兴趣、具有挑战性和可操作性的任务。例如，以设计植物工厂的光照系统为挑战性任务，教师要求学生在构建观念和概念的同时，设计并搭建出智能化控制的光照系统。

1.3 进行项目拆解

教师依据驱动性问题，制订出本项目的问题驱动任务单。在本项目中，学生要想设计出植物工厂的光照系统，就需要知道人工光源生产蔬菜的好处、控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度的原因、不同的光照条件对植物光合作用的影响、光照系统设计图的绘制和优化方法、搭建光照系统的所需材料、智能化控制光照系统的的方法等问题。

1.4 细化实践活动

教师设计有梯度的学习环节和学生任务，组织学生按照项目小组建立及分工、研读学习内容、设计活动方案、开展系列活动、成果展示和反馈评价的顺序进行。本项目中，学生要对捕获光能的色素和结构、植物生长特点、叶绿体的结构、光合作用的原理等学科概念进行文献调研和科学探究，通过工程设计和仿真实验，选择出最优设计方案，最终搭建系统、形成产品报告并进行展示交流。

1.5 设计学习支架

教师要设计有助于学生解决问题并获得高阶思维能力发展的各类学习支架。例如，要为学生提供认知模型、光合作用科学史资料、科学研究设备、实验方法、KWL表、头脑风暴任务单、问题解决清单和项目日志等学习支架。

1.6 确定评价方案

教师应聚焦目标、实践、成果和评价的一致性，评价要以终为始、逆向设计，并贯穿项目始终。例如，本项目的评价包含表现性评价和终结性评价两种，分别评价学生在科学实践过程中的表现和对跨学科观念、生命观念的理解程度，并对产品说明书、系统模型实现类成果以及书面说明、口头汇报、模型演示和科学研究报告等论证解释类成果的完成情况进行评价。

2 项目式学习的实施

2.1 入项探索

入项要让学生产生解决驱动性问题的强烈意愿，并让学生有探索空间，充分暴露他们对项目及其解决过程的理解；要让学生产生与个人相关的联系感。在本项目中，教师首先发布项目任务书，师生从工程目标、成果、产品的标准和产品的特征等角度拆解项目任务书，规划整个项目的时间和内容。然后，通过破冰活动、角色认定、制定团队规则等进行团队的组建。

2.2 科学实践

项目式学习不是学生运用已有知识来解决问题，而是在实践中建构知识和能力。知识与能力的建构要精准地指向项目目标，要让学生经历“有效失败”，并不断地迭代项目成果。在本项目中，教师设计了以下5个活动：

（1）逆向拆解：教师通过组织学生参观植物工厂相关企业或校园内的植物培养空间，引导学生了解温室栽培植物需要控制的条件，并亲身体验栽培植物的过程。学生在此活动中能够了解自动化植物工厂的运行原理，体验应用传感器、编程等实现植物生长条件的控制。

（2）体验探究：学生进行光的色散、绿叶中色素的提取和分离以及环境因素对光合作用的影响3个实验，直观感受光以及探究环境因素对植物生长的影响。

（3）定制光配方：光配方包括光照强度、光照均匀性、光质、光照时间和LED光源放置位置等内容。学生通过阅读教科书和科学史资料，调研植物进行光合作用的条件，比较不同植物生长条件的差异并进行植物的选型，探究光照强度对光合作用强度的影响，找出光照强度的控制参数（如光源的个数、植物与光源的距离等）以及其他环境参数。

（4）设计光照系统的结构：学生在教师引导下确定植物生长所需的适宜条件（植物的密度、立体植物架的层高等），结合限定条件，进行光照系统的设计并画出三视图；确定衡量植物生长状态的指标。在组内、组间和专家评价设计方案和设计图后，学生再次进行优化。

（5）设计智能化控制系统：学生课后进行温室栽培实践，对植物工厂建立直观的认识；设计不同的传感器采集温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度等信息，设计控制系统实现自动调控和远程控制植物工厂的环境、灌溉和施肥作业等要求，画出智能光照系统的设计图或模型图，完成控制系统的设计和程序编程。学生需要在约束条件（如农作物的生长特性、LED光源的成本等）因素的影响下，对多种设计方案进行经济性分析；运用数学模型，寻找最优方案。

2.3 形成成果

项目式学习需要通过显性的项目成果展示学生的学习过程。成果要能回答驱动性问题，要包含对核心知识与能力的转化和迁移，要体现创造性，并对自己和他人有影响力。例如，教师提出“如何通过制作海报和搭建模型表达出设计思路？”这一驱动性问题。学生搭建模型的外观轮廓，连接软件和硬件设备，并通过工程测试对模型进行优化，同时撰写产品说明书，详细描述光照系统的结构和功能并进行海报设计和制作。

2.4 展示迭代

展示环节不仅要展示成果，更要反映参与者的成长，给学生发自内心的激励和仪式感，获得和真实世界对话、反思的机会。常见的展示形式包括创建主题博物馆、制作海报及模型、制作PPT、录制视频、举办比赛、制作迭代产品、主题宣传日、制作主题手册和调查报告等。例如，在本项目中，让学生回顾项目历程，反思是否完成了项目的全部任务，这样的设计可否迁移解决其他问题等。教师举办公开成果展，师生和专家共同评价和优化方案，学生对项目进行复盘并分享问题解决策略的运用。

在项目式学习的实施过程中，教师要让学生充分的实践，提示并示范问题解决的角度和思路，预设并捕捉学生的素养表现，及时调整学习活动。教师要应用信息技术提高交流的效率、深度，通过师生之间的对话和追问，外显双方的思维。教师要有针对性地反馈并帮助学生，外显问题解决的方法和思路。

3 学习方式的变革促进师生共同发展

在项目式学习中，教师要具备项目设计能力、项目实施能力、项目评价能力和项目支持能力。项目设计能力包括对于驱动性问题的设计、对学习任务的水平和逻辑的设计、对项目作品及展示的设计。项目实施能力包括对于项目的规划、监控和总结。项目评价能力要求教师能够设计评价的维度和标准，包括对于核心活动、项目作品、项目总结的评价。项目支持能力是指能够对学生提供素材、技能指导和思路引导。在项目的实施过程中，教师引导学生自主进行项目拆解，进行多轮次指导和评价。学生通过参与科学实践和解决问题，最终形成有足够证据支撑的观点或产品，发展科学探究能力和科学思维。有转基因技术、埃博拉出血热、新型冠状病毒肺炎、试管婴儿、基因编辑婴儿和抗生素溢用等许多适合社会责任教育的生物学和社会问题都可做为项目主题，以为学生学习生物学概念、生命观念和学科思想方法提供项目式学习情境。