“无土栽培”项目式学习的跨学科实践探索

石晓红

(江苏省锡山高级中学实验学校 江苏无锡 214100)

《义务教育生物学课程标准(2022年版)》在课程内容中增加了“跨学科实践”主题,并提出要占总课时数的10%。在物理、化学、地理等其他学科的课程标准中,也有同样的要求。跨学科实践活动的特点,首先是实践性,跨学科实践不是传统课堂中单一的理论学习,而是在真实情境中与客观世界建立联系,既要动脑又要动手,主动参与,积极探索的学习活动。在实践过程中,学生能够加深对生物学概念的理解,提升应用知识解决现实问题的能力。其次,跨学科实践活动具有跨学科性,在实践活动中,学生通常需要综合运用数学、科学、工程和技术等学科的概念、方法和思想,以解决真实情境中的复杂问题。通过参与跨学科实践活动,学生能够认识生物学与社会的关系,打破学科之间的壁垒,综合运用各学科知识,全面发展核心素养。

相比传统的课堂教学或主题式学习,项目式学习以完成项目的方式组织教与学,通过一系列的探究、合作等方式,最终以产品的形式呈现学习成果,更加有利于跨学科实践活动的展开和实施,也有利于促进学生学习的主动性、积极性和持续性,从而发展学生综合素养。下文以“无土栽培”项目式学习为例,探索跨学科实践的实施路径。

1 确定项目选题

在项目式学习的情境选择过程中,教师需要考虑多方面的因素。首先,项目情境应是源自真实世界的客观问题,是出于社会需求而存在的,具有社会意义和价值的。其次,项目的完成不是仅靠书面知识就能解决的,而是需要通过实实在在的动手操作、调查取证、设计制作、合作探究、跨学科实践等一系列实践活动才能完成。最后,项目应该适合初中生的知识能力水平,难易适度,符合学生的最近发展区。

近几年,“在家种菜”成为很多家庭的选择,很多学生也有过相关经历。种植的蔬菜既能够用来食用,还有绿化环境、美化空间、净化空气的作用,对于缓解压力、舒缓心情颇有益处。但是,随着城市化进程的加快,居民能够栽培植物的土地面积日渐减少。因此,教师可以提供中国人首次在太空当菜农的新闻,展示在缺少阳光、空气、水、土壤,并且在失重、具有多种射线的太空环境中植物生长的可能性。继而提出问题:在家能否利用有限空间来无土栽培呢?并明确项目选题“无土栽培”。

从学习动机来看,无土栽培既能引起学生的兴趣和好奇心,也是一项能够满足学生身心需要的基本技能,是一项具有广阔运用前景的未来技术。从学习过程来看,无土栽培是一项由任务驱动,需要学生主动参与、动手动脑、多维思考的跨学科实践活动。

2 规划项目设计

美国著名课程理论专家泰勒在《课程与教学的基本原理》一书中指出,在编制一组有效组织起来的学习经验时,需要符合三大标准,即连续性、顺序性和整合性。教师在项目设计过程中,不仅要保证前后连贯,符合学科逻辑顺序,还要让学生主动参与,尤其引导学生积极思考,设计解决方案并实施。

2.1 进行调查活动,了解无土栽培技术

如果仅通过教师的口头传授,学生对无土栽培技术未必会有很强烈的好奇心。由学生自己收集各种资料、开展调查活动,有利于学生的主动学习,培养学生的分析综合能力。

因此,在第一课时教师主要围绕“无土栽培”主题,组织学生展开调查活动,提出问题:无土栽培成功的秘密是什么?有哪些优缺点?现在和未来有哪些应用领域?尝试进行无土栽培需要具备哪些条件?学生以小组为单位,分工合作,参阅生物学课本,或在图书馆查询文献,或利用网络搜集资料。通过该课时的学习,学生基本了解无土栽培是一种根据植物生长需要,将水和各种不同比例的无机盐配制成植物培养液,用来栽培植物的现代化农业生产技术。它具有节省土地、提高水肥利用率、培养高品质植物、避免污染、减少病虫害等优点。在荒漠、极地,甚至太空等,无土栽培都是生产食物非常有效的方法。

2.2 设计并安装无土栽培设备

在众多学生活动中,设计装置属于工程技术类,是跨学科实践的典型。学生想要设计出较好的作品,需要清楚植物生长的条件,进而促使深入学习生物学学科知识,做到理论联系实际。

因此,在第二课时,教师围绕设计“无土栽培”装置展开教学。学生在设计时需要考虑材料和容器的选择,保证装置不仅能有效栽种,不漏水,能固定,而且对植物的生长无害。此外,装置材料应该尽可能经济,节省成本。学生在稿纸上绘出设计图,有的在水中放入带孔长方砖,以固定植物;有的在奶粉桶中加水,以保证植物的供水。

2.3 选种并完成无土育苗工作

生物的生存依赖特定的环境,不同生长时期,需求也不同。特别是种子萌发时期,对于外界条件的要求更加严格。因此学生需要根据种子的生长需求,选择植物品种,设计萌发装置以达到特定的萌发条件。

因此,第三课时教师主要围绕无土育苗工作展开教学。考虑到植物生长的气候、生长速度、可食用部分及成本等因素,教师分发给学生青菜种子尝试开展无土育苗。首先,教师引导学生在育苗盘底部放入水,将立方体海绵(低密度聚氨酯)浸入其中以吸收水分。然后,学生将青菜种子轻轻塞入每一块海绵的十字缝中,深度适中。此后,学生每天为植物喷洒营养液,以少量多次为原则,并且注意保温保湿。

2.4 学习并配置无土栽培营养液

无土栽培成功的关键之一是营养液的配制。为了研究营养液的成分,教师可以取一滴培养液滴在载玻片上,利用加热蒸发的方法,观察留下的白色结晶物质。不同的植物对无机盐的种类和数量需求不同,因此在配制营养液前学生需要调查青菜生长所需的无机盐。

因此,第四课时教师主要围绕称量药品展开教学。营养液中必须含有植物生长所必需的全部矿质营养元素,学生需要计算无机盐和水的比例,称量药品,学习使用天平。然而,称量等技术对七年级还未学习化学的学生来说,难度较大。故需要教师补充相关知识,为学生做出示范,并给学生练习规范操作的机会。

2.5 分工并完成无土栽培管理

跨学科实践活动是一项综合性的活动,需要较长时间才能完成作品,仅仅依靠课上的有限时间不足以完成任务。所以,教师需要将课内和课外有机结合,组织学生小组分工合作。学生需要做好无土栽培过程中移植、保温、筛选、记录、营养液监测、清洁等管理工作。

3 跨学科实践,突破项目难题

在项目实施过程中,不可避免地会衍生出很多二级问题。在限的时间不可能对每一个细枝末节都深度细究。教师所选择深度探究的问题,应该具有普遍性、实践性,有利于高阶思维和综合思维的培养,有利于核心素养的提升。

3.1 解决问题一:根部缺氧——设计循环装置

面对无土栽培一段时间后,植株生长矮小的问题,学生通过商讨发现其可能原因为植物根系缺氧。因此,需要对装置进行重新设计并调整,有的学生增加了循环管道,有的则增加了气雾器。学生在课后根据设计图,寻找合适的材料拼装,及时调整。针对循环管道和气雾器都需要电源的现实问题,学生提议用太阳能板蓄电以节省人力、物力、财力。

3.2 解决问题二:光线不足——自制补光灯

面对无土栽培一段时间后,有的植物叶色泛黄的问题。学生推测,很有可能是植物长期在室内,缺乏充足的阳光。教师可以引导学生上网查资料,了解光合作用中植物对不同波长光的需求,自制补光灯,并购置LED 灯珠、红光和蓝光灯珠等,学习电烙铁技术。

3.3 解决问题三:病虫害——配置波尔多液

面对无土栽培一段时间后,有的植株出现病虫害的问题。教师可以指导学生自制大蒜水、洋葱水、辣椒水等,成本低、效果好、对人无害的溶液进行病虫害的防治。教师还可以介绍并指导配置保护性的杀菌剂波尔多液,引导学生在此过程中学习使用天平、量筒,并锻炼数学计算能力。

4 全面多元化开展项目评价

新课标中关于评价的理念是学业评价促发展。跨学科实践活动不同于常规课堂教学活动,持续时间长、与其他学科关联大,所以及时、全面、有效的评价有利于学生反思、调整与提高,有利于学生更加积极主动地参与到活动中,提高综合素养。

4.1 评价内容应全面

跨学科实践活动评价应包含过程性评价和终结性评价,并以过程性评价为主。其中,过程性评价可以包括在整个无土栽培实践过程中。教师需要对学生的积极性与主动性、劳动能力、科学思维能力以及遇到困难反思与改进的能力等多方面进行综合评价。对于无土栽培的终结性评价,可以涉及装置的设计思路、安装的精细程度,植物生长的状态、收获产品的多少等方面。

4.2 评价主体应多元

在一段时间的跨学科实践活动中,学生本人在反思、同伴在合作、家长在参与、老师在指引。不同角度的综合评价更客观、公正。教师可以从生物学学科素养评价,即生命观念、科学思维、探究实践、态度责任等不同的角度评价,从而检测教学目标是否实现,哪些方面是有效的,哪些方面还需要改进。学生可以书写学习心得,总结无土栽培的经验与不足等方式进行自评。在学生展示作品后,教师可以引导其他学生点评作品的优点和不足,并给出建议。此外,家长可以在带孩子售卖无土栽培的青菜时结合其销售情况进行评价。