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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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