基于项目式学习的跨学科实践设计探索

摘要：本文围绕“电子烟对人体健康是否有害”这一驱动性问题，引导学生在完成“辨烟”“探烟”“禁烟”三个任务的过程中，综合运用生物学、物理、化学、数学、信息技术等多学科知识，解决真实情境下的实际问题，从而提高学生知识迁移和问题解决的能力，培养学生的高阶思维和核心素养。

关键词：项目式学习；跨学科实践；电子烟；人体健康

文章编号；1003-7586（2024）05-0025-04 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

1主题的确立

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》在课程设计思路上以“学习主题为框架”，设置了“生物学与社会·跨学科实践”学习主题，旨在引导学生综合运用生物学、化学、物理、地理、数学等学科的相关知识和方法，尝试分析和解决实际问题。而项目式学习是打破学科壁垒，实现学科融合，开展跨学科实践的良好载体。

随着电子烟市场的快速开拓与发展，学生发现身边出现很多吸食电子烟的例子，甚至私下有学生购买电子烟来吸食。探究电子烟对人体健康的危害既能帮助学生形成“人体通过呼吸系统完成与外界的气体交换”“人体通过循环系统进行体内物质的运输”“生活习惯以及行为选择能够影响人体健康”等生物学重要概念，又能提升学生利用多学科的知识与方法解决实际问题的能力。

基于以上理念，本文围绕“电子烟对人体健康是否有害”这一驱动性问题设计项目活动，通过丰富的活动内容和多样的活动形式，激发学生的内在学习动力，转变学生的学习方式，促进学科知识深度融合，在解决真实的问题的过程中培养学生的高阶思维和核心素养。

2学情调研与子问题的确定

2.1学生问卷调查

学生设计调查问卷，并发布给初二级部学生，调查问卷及数据统计如表1所示。

2.2调查结果分析与子问题的确定

通过调查分析，发现81.05％的受访学生知晓电子烟的存在，但66.01％的学生表示并不了解电子烟的具体情况。此外，87.58％的学生认为电子烟会对人体健康产生影响，但61.88％的学生并不清楚电子烟的具体危害。此外，45.1％的学生不清楚电子烟与传统香烟相比，哪一种更具危害性。可见，通过问卷分析可知，部分学生并不了解电子烟对人体健康的具体危害，只是通过新闻报道等渠道了解到电子烟对人体健康有影响，同时对香烟与电子烟对人体健康危害的区别并不了解。基于以上分析，结合学生兴趣，本项目将驱动性问题分解为三个子问题：电子烟与香烟的区别是什么？电子烟对身体健康的具体危害有哪些？在校园内如何有效开展“禁烟行动”？

3项目学科融合点

要探究电子烟对人体健康的具体危害，需要学生设计并制作烟雾收集装置，同时需要测定烟油溶液与烟草浸出液对水蚤心率的影响。该项目除了涉及生物学相关知识外，还涉及数学、信息技术、化学、物理等学科的相关知识，学生确定项目主题后，梳理出该项目涉及的各学科任务（见表2）。

4项目活动设计与成果呈现

4.1项目设计框架

该项目充分考虑项目式学习的特点与该项目的学习目标，围绕驱动问题，在三个子问题的指引下，设计了层层递进的项目任务——“辨烟”“探烟”“禁烟”，引导学生跨学科运用知识与技术，亲身体验问题解决的过程，学会在任务中迁移知识，从而培养学生的核心素养。项目整体设计如图1所示。

4.2项目实施中遇到的问题与项目方案的修订

4.2.1实验材料的选择

学生经过查阅资料，发现香烟与电子烟烟雾中的尼古丁可溶于水，香烟烟雾中的主要有害物质一氧化碳、焦油不溶于水，所以使用烟雾溶解液的意义不大，最后选取烟草浸出液与烟油溶液进行实验。

4.2.2实验对象的选择

初次实验中，研究小组选择了通体透明的玻璃拉拉鱼作为研究对象，主要基于其身体透明、体型较大以及心脏跳动明显的特点，有利于简单快速地进行心率计数。然而，在实施实验过程中，学生发现玻璃拉拉鱼对水质要求较高，在烟草提出液和不同浓度的烟油溶液中，生存时间不足30s，显微镜观察下心率明显下降，甚至出现死亡现象。学生通过预实验选用环境敏感性更低的水蚤作为实验对象，以提高实验的可靠性与可重现性。经验证，发现水蚤在烟草浸出液与不同浓度的烟油溶液中5min仍然活动如常，满足实验要求。

4.2.3溶液浓度的选择

学生经询问化学教师，利用化学中的定容法配制体积分数分别为1％、5％的烟油溶液。将水蚤置于两种浓度的烟油溶液中5 min，显微镜下观察心率，发现在5％烟油溶液中的水蚤心跳停止、死亡，而1％烟油溶液中的水蚤状况良好且比在清水中时心率明显升高。于是，项目组成员确定实验用烟油溶液的体积分数分别为0.1％、0 2％、0.4％、0.6％、1％。

4.2.4水蚤心率的计数

项目组成员在实验过程中，发现水蚤个体只有2-3 mm，同时心脏跳动很快，不易计数。学生查阅资料发现传统记录水蚤心率的方法是打点计数法。学生经过实践发现在快速打点时，有的点会重叠在一起，有的点没有在纸上留下明显痕迹，从而造成实验误差。有学生提出，可以用手机拍摄水蚤10 s，然后使用手机上慢倍速播放功能播放录下的视频，根据视频来数出水蚤心率。成员们经过实践，发现这种方法既能记录实验实时数据，又能较精准地记录水蚤心率，于是确定了用该方法为水蚤心率计数。

4.3项目关键成果呈现

4.3.1烟雾收集器

如何设计并制作烟雾收集器呢？学生运用物理学中的压力差和容积变化的原理，想到可以通过不断增大装置内气体的体积，减小装置内气压，使得装置内气压小于外界气压，从而使空气经过香烟和电子烟进入装置中，实现抽吸的效果。在这一理论的指导下，学生设计并制作了烟雾收集器，如图2所示。

在实验过程中，学生发现，烟雾收集器的密封效果直接影响实验效果，所以瓶盖开口应尽量与香烟、电子烟直径相近，瓶底下方开口应与软管直径相近，最好用热熔胶枪将矿泉水瓶与软管接口处密封。使用时，用止水夹夹住下方软管，在瓶内接人适量的水，瓶盖上方插入香烟或电子烟，打开止水夹，随着瓶内水的流出，瓶内气压减小，从而将烟雾“吸”人瓶中。

4.3.2实验分析报告

学生对比观察烟雾收集器瓶口的棉花，发现电子烟中由于不含焦油，没有在棉花上留下痕迹，而香烟由于含有焦油，在棉花上留下明显的黄色痕迹。成员们结合所学知识，分析焦油会沿呼吸道附着于肺泡，进而影响肺泡与血液的气体交换过程，从而导致肺换气功能障碍，长期大量吸烟所产生的焦油甚至会诱发肺癌。

那么，电子烟不含焦油，就对呼吸系统没有影响了吗？学生通过查阅资料，发现大多数电子烟都通过添加二乙酰增味剂，使电子烟具有类似黄油的口味，这种化学物质会通过呼吸道进入肺部，造成闭塞性细支气管炎——“爆米花肺”。这一疾病轻则导致患者呼吸受阻，重则导致肺组织纤维化，使肺功能丧失，甚至致人死亡。因此，吸食电子烟同样会危害人的呼吸系统。

学生对水蚤进行实验，发现在烟草浸出液与1％烟油溶液中，水蚤心率有不同程度的加快。在一定范围内，随烟油溶液浓度的增加，水蚤心率呈现上升趋势，但高浓度烟油溶液会导致水蚤死亡（见图3）。即香烟与电子烟都会影响循环系统，其中所含的尼古丁会加快心率，增高血压，过量的尼古丁会致人死亡。

4.4项目活动评价

项目组成员根据项目开始前制定的评价量规进行自评，并上台交流分享参与跨学科实践项目的经验与反思，笔者也基于评价量规对成员们的表现进行评价，并针对项目任务进程中成员们表现的优势与不足进行总结，评价量规如表3所示。

5反思

优秀的驱动问题是跨学科实践项目成功的重要条件。驱动问题的设计要基于各学科的课程标准，能够反映学生需要掌握的基本知识和技能，具有发展学生核心素养和学科能力的价值。同时，问题的选取要贴合学生的生活实际，找准学生的兴趣点，具有一定的开放性和挑战性。驱动问题确定后，教师要精心思索如何将其分解为相关的子问题链并转化为任务链。

在项目实践过程中，教师要做好“观察者”，根据学生的实际体验和项目实践需求，为学生提供相应的学习支架，帮助学生顺利完成项目，形成物化的产品和成果并进行展示交流。教师通过项目成果来判断学生在项目学习中对知识、概念的掌握程度以及关键能力的发展状况，通过评价来促进学生的总结与反思。学生在项目活动中，除了应用本学科的核心知识外，还要自主调用多学科的知识与方法，在真实情境中体验解决问题的过程，最终促进其核心素养的发展。