聚焦重要概念的項目化學(xué)習(xí)設(shè)計與實踐

周旖旎 陳國

項目化學(xué)習(xí)的目的是促成學(xué)生對學(xué)科重要概念的深度理解，其價值在于實現(xiàn)知識向素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。因此，“學(xué)科重要概念”是學(xué)科項目化學(xué)習(xí)設(shè)計的起點，在項目化學(xué)習(xí)過程中，它發(fā)揮著統(tǒng)攝作用，將知識與知識、知識與實踐、知識與學(xué)習(xí)主體進行有機融合，對開放性的項目化學(xué)習(xí)起著定向的作用。

1 聚焦重要概念的項目化學(xué)習(xí)設(shè)計與實踐

聚焦重要概念的項目化學(xué)習(xí)活動需以重要概念為基點，通過“概念提煉、概念映射、概念應(yīng)用、概念反思”4個階段促成學(xué)生對學(xué)科重要概念的持續(xù)建構(gòu)與深度理解，具體操作流程如圖1所示。

下面以“楊梅酒的改良”項目化學(xué)習(xí)為例，對聚焦重要概念的項目化學(xué)習(xí)設(shè)計的基本操作路徑進行探討。

1.1概念提煉：確定項目化學(xué)習(xí)的基點

追求概念理解的項目化學(xué)習(xí)設(shè)計是從期待學(xué)生理解和掌握的重要概念出發(fā)，把設(shè)計問題的過程變成概念在現(xiàn)實中的“映射”和“外顯”。那么，如何提煉項目化學(xué)習(xí)的“重要概念”呢？

1.1.1從課程標準中提煉

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》明確了“細胞是由多種多樣的分子組成，包括水、無機鹽、糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等”等31個生物學(xué)學(xué)科重要概念。這些概念蘊含了人們對知識的態(tài)度和價值判斷，具有整合性、意義性、可遷移性和發(fā)展性，是學(xué)科項目化學(xué)習(xí)設(shè)計的良好基石。

1.1.2從教與學(xué)中提煉

教師可以對生物學(xué)習(xí)中反復(fù)出現(xiàn)的觀點、能引起思維沖突的知識、與現(xiàn)實世界緊密聯(lián)系的知識進行分析和提煉，從中凝練出學(xué)科重要概念。例如，學(xué)生在解釋“生物的進化”“微生物的培養(yǎng)與選擇”“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)”等多個生物學(xué)問題時都需運用“生物的生存依賴于適宜的環(huán)境，同時生物的活動也反作用于環(huán)境”這一觀念，因此可將此提煉為學(xué)科重要概念。

1.2概念映射：創(chuàng)建項目化學(xué)習(xí)的情境

明晰重要概念之后，教師需要將對重要概念的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成一個圍繞驅(qū)動情境展開的項目化學(xué)習(xí)過程，即將比較抽象的、枯燥的概念轉(zhuǎn)化為高中段學(xué)生感興趣的、具有挑戰(zhàn)性的生活問題。驅(qū)動情境的質(zhì)量決定了學(xué)生建構(gòu)概念的質(zhì)量。驅(qū)動情境中衍生出的一系列驅(qū)動性問題將會作為整個項目的驅(qū)動力而推動學(xué)生學(xué)習(xí)的進行。

案例：把“發(fā)酵工程利用微生物的特定功能規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品”與“寧波市盛產(chǎn)楊梅，許多人家會在家自制楊梅酒，但制作的楊梅酒品質(zhì)不高”這一現(xiàn)實問題對應(yīng)起來，就形成了如下驅(qū)動情境：浙江寧波盛產(chǎn)楊梅，但楊梅的果期很短，當?shù)鼐用癯蠲芬越莸男问街瞥蓷蠲肪?，但風(fēng)味有限。你和你的小組成員作為果酒研發(fā)人員，請嘗試提出楊梅酒的改良方案并創(chuàng)立屬于自己的果酒品牌。

通過將“微生物”和“發(fā)酵工程”分別具體化為“酵母菌”和“自制楊梅果酒”，實現(xiàn)“概念—現(xiàn)實問題”的映射，使概念成為解決現(xiàn)實問題的有效工具，同時現(xiàn)實問題則成為了學(xué)習(xí)重要概念的有效載體，驅(qū)動學(xué)生主動、積極地運用生物學(xué)知識展開項目研究。

1.3概念應(yīng)用：開展項目化學(xué)習(xí)的實踐

創(chuàng)設(shè)情境之后，學(xué)生需要分析存在的問題，明確概念視角，進而逐步地解決問題，親歷“作出假設(shè)—制定方案—實踐驗證—遷移應(yīng)用”的探究過程，最終形成公開的作品。

1.3.1提出假設(shè)——建立概念視角

“提出假設(shè)”就是學(xué)生針對驅(qū)動情境中隱含的驅(qū)動性問題進行界定之后，提出解決問題的基本思路。在這一過程中，學(xué)生嘗試將理論知識與現(xiàn)實實踐聯(lián)系起來，并且明確自己解決問題的切入角度，即初步建立概念視角。

案例：在項目化學(xué)習(xí)活動“楊梅酒的改良”中，為了解決“如何改良楊梅酒的品質(zhì)？”這一問題，學(xué)生需要先思考：“家釀楊梅酒是以哪種方式獲得的？這種制作方式存在哪些問題？”學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗，可以發(fā)現(xiàn)：家釀楊梅酒往往是使用高濃度白酒浸泡楊梅制得的。如此制得的楊梅酒酒精度較高，白酒味濃，口味較烈，且在放置一段時間后容易出現(xiàn)渾濁等現(xiàn)象。在明確現(xiàn)存問題之后，學(xué)生紛紛提出改良的角度：有的認為應(yīng)改用微生物發(fā)酵的方式釀制楊梅酒從而充分提煉楊梅本身的果味;有的認為應(yīng)降低酒精度，使大部分人群都能飲用楊梅酒;有的從渾濁現(xiàn)象出發(fā)認為需要分析渾濁的原因并進行改良;有的提出可以從原料和發(fā)酵菌的角度，如篩選楊梅品種和發(fā)酵菌種、加入調(diào)味劑等來改良楊梅酒的風(fēng)味。

學(xué)生自覺調(diào)用原有知識和生活經(jīng)驗開展頭腦風(fēng)暴，選定研究角度的同時也明確了項目最終可能或必須產(chǎn)出的產(chǎn)品，在思維上奠定了項目所指向的概念理解水平。

1.3.2制定方案——建構(gòu)概念認知

學(xué)生在假設(shè)的基礎(chǔ)上制定詳細的、可操作的方案。制定方案需要學(xué)生運用概念審視問題、分析現(xiàn)象、尋找規(guī)律并論證方案的可行性。因此，在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生可能的行動有：通過網(wǎng)絡(luò)搜索收集相關(guān)資料信息、對相關(guān)人員進行調(diào)查或訪談、整理評論已有信息、調(diào)用舊知識、主動學(xué)習(xí)相關(guān)的新知識等。

案例：某研究小組明確了問題的解決方向——改用發(fā)酵型的方法釀制楊梅酒，并從原料和發(fā)酵菌的角度來改良楊梅酒的風(fēng)味。為了制定出可行的改良方案，小組成員們對自己的研究任務(wù)進行分解：①對楊梅酒的市場需求進行調(diào)查;②學(xué)習(xí)微生物的篩選和培養(yǎng);③學(xué)習(xí)楊梅酒的發(fā)酵原理和發(fā)酵流程。通過市場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：有些群體希望獲得酒精度高的楊梅燒酒，而大部分的人群則希望獲得酒精度較低、口味香甜、口感柔和的楊梅果酒。于是，該小組成員選擇明確楊梅酒的改良方向為更適合大范圍推廣的楊梅果酒。那么接下來的任務(wù)就是“如何獲得酒精度較低、口味香甜、口感柔和的楊梅果酒”。

該小組制定了后續(xù)的研究方案：

①篩選不同的釀酒酵母菌菌種，比較發(fā)酵產(chǎn)物的口感，選出表現(xiàn)優(yōu)秀的菌種。②選用不同品種的楊梅進行發(fā)酵，比較發(fā)酵產(chǎn)物的口感。③調(diào)查市場上常用的安全的食品添加劑種類，分析獲得最佳果酒口感的添加劑添加情況和比例。④結(jié)合上述研究結(jié)果，獲得楊梅酒的最終改良方案并投入實踐。⑤成立自創(chuàng)果酒品牌——“塔山楊梅酒”。

在制定方案的過程中，學(xué)生用概念分析問題，通過闡釋、論證、對比、思辨，最終建構(gòu)概念認知。

在上述案例中，學(xué)生不可避免地會面臨“從何處獲得不同的酵母菌菌種”這一問題。學(xué)生根據(jù)已有的知識背景及查閱資料，了解到酵母菌常分布在水果、蔬菜的表面及果園的土壤中等含糖量較高的酸性環(huán)境中，同時也可以在市面上直接買到酵母菌種。這一過程引發(fā)了學(xué)生對微生物與其生存環(huán)境的思考——“酵母菌與環(huán)境之間的依存關(guān)系”。

1.3.3實踐驗證——應(yīng)用概念工具

制定的方案是否科學(xué)可行，需要學(xué)生通過實踐來驗證說明。項目方案的實踐過程就是學(xué)生應(yīng)用概念指導(dǎo)實踐的過程。此時的“概念”扮演了“工具”的角色，輔助學(xué)生解決問題。

案例：學(xué)生嘗試從水果表面或土壤中獲得酵母菌，但在實踐過程中發(fā)現(xiàn)水果和土壤表面不光分布有酵母菌，還分布有各類霉菌、細菌等。那么，如何從此類環(huán)境中分離獲得酵母菌用于楊梅的發(fā)酵呢？這就引發(fā)了學(xué)生對微生物發(fā)酵產(chǎn)生進一步的認識：獲得純凈的微生物培養(yǎng)物是發(fā)酵工程的基礎(chǔ)。那么，如何實現(xiàn)純凈微生物的獲得呢？學(xué)生運用已形成的概念“微生物與環(huán)境之間的依存關(guān)系”解決問題：“通過調(diào)整培養(yǎng)基的配方可有目的地培養(yǎng)某種微生物”。此時，學(xué)生理解的概念得到進一步的完善——“環(huán)境對酵母菌具有選擇作用”。

在實踐環(huán)節(jié)中，概念作為工具，輔助學(xué)生尋找方法、解釋現(xiàn)象、解決問題。同時，實踐中生成的問題以及獲得的結(jié)果又會反饋作用于學(xué)生的概念認知，幫助學(xué)生實現(xiàn)概念工具的升級與改進。

1.3.4遷移應(yīng)用——完善概念體系

知識的遷移注重將知識外顯化和操作化，將間接經(jīng)驗直接化或從抽象到具體的過程。知識遷移需要建立在對概念深度理解的基礎(chǔ)上，將不同層級的概念進行外展與聯(lián)系，形成屬于學(xué)生自己的、具有個性化特點的概念體系。知識遷移的數(shù)量和質(zhì)量可以檢驗學(xué)生對概念的理解程度。

案例：有了改良楊梅酒的經(jīng)驗后，學(xué)生會主動將相關(guān)概念遷移應(yīng)用于新的情境中。例如，如何制作出松軟可口的包子皮？自制酸奶的方案是什么？能否制作生物處理器用于處理河道的污染？……在這些新情境中，學(xué)生不是簡單地重復(fù)已掌握的概念，而是要將改良楊梅酒習(xí)得的概念去情景化、抽象化再用于解決新的問題。

此時，學(xué)生理解的概念從“酵母菌與環(huán)境之間的關(guān)系”“酵母菌的發(fā)酵產(chǎn)物可用于制酒”遷移到“乳酸菌、降解化學(xué)污染物的微生物與環(huán)境的相互作用”、“乳酸菌的發(fā)酵產(chǎn)物可用于制作酸奶”“某些微生物的代謝過程可以幫助人類改善環(huán)境污染”中去，進而上升到“生物與環(huán)境之間存在相互作用的關(guān)系”“發(fā)酵工程利用微生物的特定功能規(guī)?；a(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品”，這樣就形成了更加完善的概念體系。

1.4概念反思：收獲項目化學(xué)習(xí)的碩果

在項目研究的過程中及項目結(jié)束時，學(xué)生都應(yīng)主動進行整理和反思，針對研究過程中產(chǎn)生的問題、解決的方案與理論依據(jù)，進行交流與討論;在公開展示項目成果時，則要對自己的成功或失敗進行系統(tǒng)的復(fù)盤和總結(jié)。

1.4.1項目過程中的反思

項目過程中的反思是對正在開展的項目化學(xué)習(xí)過程進行的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，從而及時發(fā)現(xiàn)問題并加以解決。此階段的反思需要學(xué)生通過整合知識信息、批判性分析、概念建構(gòu)來實現(xiàn)對知識的深度加工。學(xué)生通過對項目推進過程中產(chǎn)生的疑問和矛盾進行思考，通過反思發(fā)現(xiàn)矛盾產(chǎn)生的原因，建構(gòu)新的概念認知、以概念為工具生成消除矛盾的方案，即經(jīng)歷“矛盾—反思—發(fā)展”的過程。

在此階段，學(xué)生在概念的指導(dǎo)下，有選擇地、批判地接受新知識信息，主動地建構(gòu)個人知識意義，通過反思對過程中產(chǎn)生的問題進行有效解決，并調(diào)控自身的知識建構(gòu)與再建構(gòu)的過程。

1.4.2項目總結(jié)時的反思

學(xué)生在經(jīng)歷了持續(xù)探究的、困難重重的項目化學(xué)習(xí)之后，有的能夠成功獲得預(yù)期的成果，但有的或許會失敗。但成果的成功與否并不意味著學(xué)生通過項目化學(xué)習(xí)的成功與否。因此無論成功還是失敗，教師都要組織和引導(dǎo)學(xué)生回顧項目歷程并進行反思。學(xué)生可以利用自我評價表、學(xué)習(xí)總結(jié)表等具體的反思工具來對自身的學(xué)習(xí)過程及結(jié)果進行總結(jié)，反思自己對概念的理解與建構(gòu)情況、失敗原因或成功的原因，總結(jié)經(jīng)驗、補救不足、創(chuàng)造新知。

（1）失敗后的反思。失敗后的反思主要涉及：①對失敗的原因進行反省和總結(jié)，即針對“無法獲得項目預(yù)期成果”的緣由進行分析。②對過程中的收獲進行回顧和展示。即使最后的結(jié)果不理想，在獲得結(jié)果的過程中學(xué)生依舊經(jīng)歷了思維和能力的成長以及概念的建構(gòu)，需要對自己過程中的成長進行肯定并將之進行分享;③對他人提出的質(zhì)疑與意見進行討論和思辨，即當教師或其他同學(xué)對小組的觀點與方案提出質(zhì)疑或意見時，要與質(zhì)疑者展開討論，在交流中矯正自己的錯誤認知、完善自己的不足之處。例如，某小組的改良目標是獲得較高濃度的楊梅果酒，但在實踐后發(fā)現(xiàn)只能獲得酒精度較低的發(fā)酵型果酒，且在長時間的發(fā)酵后會出現(xiàn)發(fā)酵液酸化的現(xiàn)象。通過分析，該小組提出酵母菌的代謝產(chǎn)物酒精對于酵母菌的活性具有抑制作用，而后期的酸化現(xiàn)象則是由產(chǎn)酸雜菌引起的，若要解決上述問題則需設(shè)法獲取耐酒精且能較好抵抗雜菌的酵母菌種或發(fā)酵方法。通過查閱資料，該小組發(fā)現(xiàn)有研究表明固定化酵母菌相較于游離型酵母菌而言，產(chǎn)酒精能力強且發(fā)酵液酸度穩(wěn)定，從而明確改進方案：①篩選獲得耐酒精能力強的酵母菌菌種;②采用固定化酵母菌進行果酒發(fā)酵。

（2）成功后的反思。成功后的反思主要從知、行、意、移4個維度進行反思。“知”即學(xué)生在項目過程中知道了哪些事實性知識，如學(xué)生知道了“楊梅酒的發(fā)酵方式”“可以用選擇培養(yǎng)基從混合物中篩選酵母菌”等知識?！靶小奔磳W(xué)生在項目過程中掌握了哪些程序性知識，如配制培養(yǎng)基、滅菌、問卷調(diào)查與分析等技能?！耙狻奔磳W(xué)生從事實性知識與程序性知識中抽象、提煉、建構(gòu)而成的學(xué)科重要概念及概念體系。“移”即學(xué)生將概念遷移聯(lián)想至其他情境中，反思“我們還能做什么”，如學(xué)生根據(jù)“楊梅酒的改良”中獲得的知識與技能進一步聯(lián)想提出新的研究方向：如何制作出松軟可口的包子皮？自制酸奶的方案是什么？能否制作生物處理器用于處理河道的污染？”……

反思的過程實質(zhì)上也是學(xué)生深度學(xué)習(xí)的過程，學(xué)生通過反思深化自身的概念理解，收獲項目化學(xué)習(xí)的真正碩果，提升學(xué)習(xí)效果。

2 聚焦重要概念的項目化學(xué)習(xí)價值反思

聚焦重要概念的項目化學(xué)習(xí)的目標是：通過解決真實情境中的問題，促成學(xué)生形成、修正、豐富學(xué)科重要概念，推動學(xué)生深刻理解概念的內(nèi)涵與外延。本研究所提出的操作路徑有組織有計劃地從以下幾個方面落實并達成了上述目標。

2.1深度的概念理解

項目化學(xué)習(xí)的靈魂是學(xué)科重要概念。項目實施過程中，學(xué)生在真實的情境中進行高階的思考，對概念的理解增加自己的詮釋和解讀，最終實現(xiàn)對概念的建構(gòu)、遷移和運用，并且落實于實踐。

2.3主動的高階學(xué)習(xí)

項目化學(xué)習(xí)在啟動之初就為學(xué)生提供了指向高階思維的項目情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中實現(xiàn)對新知識的習(xí)得或?qū)σ延兄R的再構(gòu)，強調(diào)學(xué)生的自主探索、學(xué)生之間的交流合作以及對學(xué)習(xí)過程和成果的評價與反思，從而改變了原本識記、做題的低階學(xué)習(xí)模式，發(fā)展了學(xué)生的高階思維。

2.4持續(xù)的探究實踐

常規(guī)的教學(xué)往往是讓學(xué)生先學(xué)習(xí)知識，然后再進行運用。但本研究所提出的項目化學(xué)習(xí)是通過任務(wù)驅(qū)動，產(chǎn)生學(xué)習(xí)動機，從而讓學(xué)生在項目的完成中達成對概念的深度理解。在這一過程中，學(xué)生不是按部就班地按照教師的要求完成相關(guān)的流程，而是主動地探索，在探索過程中不斷產(chǎn)生新的想法與疑問，在矛盾、碰撞的過程中經(jīng)歷持續(xù)性的探究實踐。