高中生物“项目·融合”教学模式的实践探索

山东省淄博实验中学   李艳梅

 

 

作者简介

 

李艳梅，山东淄博实验中学正高级教师，山东省首批齐鲁名师领航工作室主持人，山东省特级教师，齐鲁名师，山东省优秀教师，山东省教学能手，淄博市有突出贡献的中青年专家，淄博市精英人才，淄博市学科带头人，淄博市骨干教师，淄博市教学能手，淄博市名师工作室主持人。擅长高中教育教学，致力于STEM、项目式教学和教学领导力等领域的实践研究。主持和参与山东省教育科学规划课题4项、淄博市教育科学规划课题6项。在《中学生物教学》《生物学教学》等全国核心期刊发表论文20余篇。出版专著1部，主编校本教材3本。

 

 

科技的突破与发展越来越依赖于多学科的交叉、融合，这就对复合型创新人才的培养提出了更高要求。新时代背景下的教育改革直指学生核心素养的提升，综合性教学成为新课程改革的趋势，高考命题的综合性也在持续增强。然而在教学实践中普遍存在“融合性不足，教学孤立不系统”“容纳性不足，方式呆板不灵活”“熔铸性不足，素养内涵欠挖掘”等问题，学生应用各学科知识来解决现实情境问题等能力亟待提升。

笔者基于STEM、综合课程、建构主义理论，结合多年的教学实践，提出了“项目·融合”教学模式。此模式的实质是依托国家课程，应用“项目”的形式，通过课堂教学、社团活动等途径，在跨学科解决问题的过程中实现多学科的深度融合。

 

一、“项目·融合”教学模式

 

“项目·融合”教学是以项目为载体，项目来源包括基于项目（project based）、基于问题（problem based）、基于成果（product based）、基于情感（passion based），达成抛锚式融合、全链式融合、支架式融合、生成式融合等多种形态，既关注学生习得的生物学知识与技能，又关注生命观念、理性思维、科学探究、社会责任等生物学学科素养，提升了教学质效。

 

二、“项目·融合”教学实践

 

笔者打破教材序列，系统整合资源，初步形成了以生物学科为核心由内向外、逐步扩展的综合课程，构建了高中生物“项目·融合”教学模式，引导师生从基于教科书的教与学走向基于课程的教与学，打破学科壁垒，使课程资源更加丰富生动。

（一）多酶片“催化”的酶的特性

1.设计与思路

（1）秉承一个理念———STEM

STEM源于美国，由Science(科学)、Technology(技术)、Engineering(工程)和Mathematics(数学)的首字母组成。STEM并不是科学、技术、工程和数学的简单叠加，它强调多个学科有目的、系统的交叉融合，并以真实问题解决为任务驱动，在跨学科融合实践中获得知识、应用知识，培养复合思维和创新思维，提升解决问题的能力。

笔者基于STEM理念，围绕多酶片展开酶的实验探究、多酶片的设计制作、药品定价的调查等指向真实问题解决的项目，学生在解决这些问题时势必会应用酶的知识、科学的方法、跨学科的技能。在此过程中，知识得到落实和应用、能力得到锻炼和培养、素养得以形成和提升。

（2）依托两个活动———分组实验和项目式学习

《生物教师教学用书》建议：教师在教学实施过程中要充分运用探究实验，把知识的传授过程优化成科学的探究过程，让学生在探究过程中学习知识，学习科学研究的基本方法。正是基于此，笔者设计了“探究多酶片中胃蛋白酶的最适温度”这个学生分组实验，既要培养学生提出假设、变量设置、步骤设计、实验分析、数据处理等实验技能和方法，又要为后面“制作多酶片”的项目式学习打下基础。

项目式学习（Project-based learning）是教师依据教育目标和教学内容，创设教学情境，以项目问题的生成、探究、解决、运用来培养学生的创新精神和实践能力的一种学习模式。本节课中，笔者安排了“设计并制作多酶片”项目，让学生在对多酶片有一定了解的基础上，提出设计思路、画出设计草图，分享多酶片的制作方案。

（3）围绕三条主线———知识、能力、实践

以“高效性”“专一性”和“酶的作用条件比较温和”这三个酶的主要特性为知识线。课前学案对学生的自主学习、实验设计等能力提出了具体要求；课上对学生提出问题、获取信息、实验探究、质疑批判、发散思维等能力又提出了较大挑战，这些构成了本节课的能力线。以“多酶片”为线索，探究“多酶片中胃蛋白酶的最适温度”、简介多酶片的组成、设计多酶片的制作方案、了解多酶片的制作工艺与作用机理等环节组成了实践线。知识线是能力线的前提，能力线是实践线的基础，实践线的实施又可落实知识线、强化能力线。

（4）培养四个素养

学生通过认识酶是一种生命物质、酶的专一性体现结构与功能相适应等建立生命观念。学生通过设计实验、操作实验、收集数据、对实验结果进行分析解释，养成崇尚科学和实事求是等科学探究精神。学生在设计分析、思考讨论等活动中自然流露出提出问题、质疑批判、假说演绎、归纳推理、得出结论等科学思维方法和品质。通过应用酶的知识解释生活现象，结合“多酶片”调查药品的生产与定价情况，并书写调查报告等活动培养学生的社会责任。

2.策略与实施

（1）让教师成为多酶片———激活“底物”

具象的“底物”是指课本上关于“酶的特性”的相关知识，主要包含“酶的高效性”“酶的专一性”和“酶的作用条件比较温和”这三个小概念，它是“酶”这一概念的重要内涵，对于学生理解生物体的生命活动（主要指代谢和遗传）在微观领域是如何进行的有着重要的意义。

抽象的“底物”是指学生刚开始上课时所处的状态，包括注意力、兴趣点、思维活跃程度等。一节课能否高效完成，教师的教学设计很重要，但更关键的是学生是否能像“感受态”的细胞一样，处于最适于获取和接受外来知识的状态。教师要精心设计，让课前学案和组织教学（或导入）成为诱导学生发生状态转化的“钙离子”。

本项目首先通过组织教学使学生处于“感受态”，把学生的注意力和兴趣点拉到课堂上来。之后笔者利用提前准备的预习学案了解学情，依据学情调整上课细节，课上互动解决问题、启迪思维。最后通过课后探究延伸课堂、提升素养。

（2）让课堂成为反应场———催生“产物”

一堂课是要有“生成”的，易于考量的“产物”是学生对教材中所呈现的知识的掌握程度，不易考量的“产物”是知识之外的收获，即学生的能力和素养提升了多少。“实验是科学的心脏，实验是科学的灵魂。”笔者设计了学生分组实验“探究温度对多酶片中的胃蛋白酶反应速度的影响”，让学生消化知识、应用知识。学生在做实验、测数据的过程中有合作有分工、有争议有妥协，有真情的流露、有思维的碰撞，这样的课堂是多么和谐美好啊。

后续的实验证实了在pH=2的环境中，胰淀粉酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶等胰酶都失活了，口服多酶片经过胃时（胃液的pH为0.9~1.5）胰酶也会失活吗？怎样才能让多酶片在胃和小肠中都能发挥作用呢？请同学们进行项目式学习———设计多酶片的制作方案。任务分解：①提出设计思路；②画出设计草图；③观察“解剖”多酶片修正设计方案。然后笔者让学生到黑板上展示设计草图并为其他同学讲解设计思路，学生和教师进行评价。最后笔者展示了多酶片的制作工艺和作用机理，并把生产过程的视频制作了二维码，供学生课下观看深入了解。

对学生的设计方案充分肯定后，笔者创设了这样一个情境，假如你是一名医生，你为一位消化不良的患者开了多酶片，请结合“酶的特性”的相关知识和你对多酶片的了解给患者写一份服药指南。

3.反思与启示

本项目中，笔者以实践线为“经”，以知识线、能力线、素养线为“纬”，构建了一个“王”字。教育的根本任务是立德树人，所有的设计都是为课堂教学服务的，课堂是培养“人”的场所，教学是培养“人”的过程，教育“人”、培养“人”既是教师的初心又是教师的使命，所以笔者的最终目的是力求实现一个“全”字。

（二）细胞的观察与精彩纷呈

细胞是生物体结构与生命活动的基本单位。有关细胞的知识和其在生物学中的地位都非常重要，但学生学完后仍未对“细胞”形成知识体系的现象普遍存在。针对上述现状，笔者开发了“细胞的观察与精彩纷呈”项目式教学，引导和加深学生对细胞相关知识、科学过程和本质的进一步理解。

该项目提取了生物学科国家课程中的下列内容：细胞的多样性和统一性，细胞膜、细胞器、细胞核、生物膜的流动镶嵌模型。同时根据《普通高中生物学课程标准（2017年版）》要求，开展了下列活动：观察叶绿体和细胞质流动；尝试制作真核细胞的结构模型；使用显微镜观察各种细胞；通过模拟实验探究膜的透性；观察植物细胞的质壁分离和复原；观察叶绿体和线粒体；探究酵母菌的呼吸方式；制作和观察根尖细胞有丝分裂简易装片。

1.用显微镜观察细胞和细胞器

让学生接受知识最好的方式莫过于让其亲眼所见。在学习了显微镜的使用和关于细胞的相关知识后，笔者利用各种与细胞有关的学生分组实验，让学生通过显微镜看到真实的动、植物细胞和细胞器的结构和分布。实验结果的显微照片如下图所示。①吡罗红染色的人口腔上皮细胞；②酵母菌细胞；③正常形态的人红细胞；④吸水胀破的人红细胞；⑤菠菜叶肉细胞和叶绿体；⑥人口腔上皮细胞和线粒体；⑦质壁分离的洋葱外表皮细胞；⑧甲基绿和吡罗红染色的人口腔上皮细胞；⑨和⑩大蒜根尖细胞的有丝分裂。

 

2.手绘细胞和细胞器    

项目式学习小组的同学用绘画展示了对细胞和细胞器相关知识的理解。不但画了叶绿体、线粒体、动物细胞、植物细胞的重要结构，还画出了核糖体、内质网、高尔基体等细胞器之间的分工合作，甚至有的同学还结合大学教材形象生动地对细胞器的结构和功能进行了必要的扩展，如下图所示。

 

3．构建细胞和细胞器的物理模型

课下，项目式学习小组的同学用太空泥、水晶泥等材料制作了细胞膜、各种细胞器、植物细胞和动物细胞的物理模型；课上，以小组为单位从选材、制作思路、模型的优点和不足等方面进行了展示和评价，如下图所示。

 

4．3D打印呈现细胞和细胞器的立体结构

展示时，多名学生指出了物理模型的不足之处，一是科学性，二是真实性，比如中心体，每个中心粒是由排列成圆筒状的9束三联体微管组成的，用太空泥等材料很难塑造出这样的结构。于是同学们在信息技术老师的帮助下，开始尝试用3D打印技术来建构细胞结构模型，如下图所示。

 

5.小品和话剧表演模拟细胞和细胞器的功能

前面的项目式学习主要是针对细胞结构进行的设计，涉及细胞的功能并不多，于是项目式学习小组的同学们用小品《分泌蛋白诞生记》分角色表演，生动地展示了分泌蛋白合成及分泌过程。

话剧包括第一幕———走近细胞；第二幕———走进细胞；第三幕———走出细胞。“走近细胞”目的在于让学生从外部、从整体上了解细胞，比如动植物细胞的区别与联系、真核细胞和原核细胞的区别与联系等。“走进细胞”目的是让学生从细胞的结构与功能相统一的角度深入理解细胞和各种细胞器的功能。“走出细胞”是引导学生走出单个细胞，从稳态和环境的角度进一步认识细胞，比如细胞间的信息交流、细胞在内环境中的作用以及对内环境的影响等。

这些观察、实验等探究性学习活动，帮助学生增加了感性认识，克服对微观结构认识的困难，使学生领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能。结合生物个体水平的知识、化学和物理学知识以及学生的生活经验，突破学习难点。鼓励学生搜集有关细胞研究和应用方面的信息，进行交流，以丰富相关知识，加深对科学、技术、社会相互关系的认识。

（三）优秀传统文化在生物中的渗透

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出：“中国传统文化源远流长，博大精深，其中不乏经过实践检验的生物学知识。在教材中适当引入这方面的内容，既能帮助学生更好地理解生物学知识，又能在科学与人文之间搭建沟通的桥梁，提高学生的人文素养。”在项目开展的过程中，笔者基于STEM理念突出学科融合的特点，以优秀传统文化的渗透为切入点，进一步将生物等科学学科和语文、历史等人文社会学科融合在一起，做了一些探索。

1.以课堂教学为支撑点，挖掘学科素材渗透传统文化

深入挖掘生物教材与传统文化素材的连接点与整合点，通过创设故事化、生活化的情境，用优秀传统文化丰富和优化高中生物课堂教学，激发学生的文化共鸣，提升民族认同感。

（1）成语、古诗文中的生物学

如成语“莼鲈之思”源于西晋张翰因思念家乡美食而辞官回乡，其中“鲈”是指松江四腮鲈鱼。成语“津津有味”的背后是淀粉酶的分解作用，“望梅止渴”则是条件反射。“飞蛾投火”的悲剧是由于生物的应激性，“揠苗助长”的失败则源于细胞中水和无机盐的缺失；“怒发冲冠”因为激素调节，“白发苍苍”则是酶活性降低导致的细胞衰老。俗语“龙生龙，凤生凤”印证遗传，“龙生九子，各有不同”则是变异。“一方水土养一方人”则体现了生物和环境的关系。

杜甫“巫山秋夜萤火飞，帘疏巧入坐人衣”，萤火虫发光的能量源自ATP。“蒹葭苍苍，白露为霜；所谓伊人，在水一方。”从《诗经》开始，蒹葭似乎总与可望而不可即的追寻相连；毛苌《诗疏》载“苇之初生曰葭，未秀曰芦，长成曰苇”；芦苇可以造纸，但多数芦苇的纤维短、品质较差，如果应用植物生长调节剂，在其生长期用赤霉素溶液处理，可使其纤维长度增加50%左右。

（2）古代科学技术中的生物学

“宋四家”之一蔡襄不仅书法自成一体，还著有茶学专著《茶录》和果树分类学著作《荔枝谱》，《荔枝谱》最早揭示了核种导致荔枝品种变异的现象。宋代著作《种艺必用》记载了用小便浸晒黄泥封枝促进空中压条生根的方法，其原理是生长素可以促进插条生根，而人尿中含有少量具有生长素效应的化学物质———吲哚乙酸（IAA）。

我国历史上最早的农业科学著作《氾胜之书》提到利用绿肥改良土壤的独特技术。中国现存最早、保存最完整的农学巨著《齐民要术》要求栽种农作物要“正其行，通其风”，目的是提高光合作用效率从而增产。

（3）古代哲学思想中的生物学

如孔子“子钓而不纲，弋不射宿”，彰显了两千多年前古人的生态智慧。老子“人法地，地法天，天法道，道法自然”，暗含一个天地人以道为主的生态系统，是一种自然本体论的人文生态观。荀子“草木荣华滋硕之时则斧斤不入山林”，孟子“数罟不入洿池，鱼鳖不可胜食也”等无不渗透着对自然要取之以时、取之有度的理念，传递出生态保护、可持续发展的思想。孟子“尽其心者，知其性也，知其性，则知天矣”与庄子“天地与我并生，而万物与我为一”传达出的“天人合一”思想，是中国人对人与自然和谐态度在哲学命题上的凝练表达，都江堰、哈尼梯田、桑基鱼塘等都是人与自然和谐相处的创造典范。

（4）古代制度法令中的生物学

我国很早就把关于自然生态的观念上升为国家管理制度，专门设立掌管山林川泽的机构，制定政策法令，即虞衡制度。《周礼·地官·山虞》记载，设立“山虞掌山林之政令，物为之厉而为之守禁”，“林衡掌巡林麓之禁令，而平其守”。虞衡制度一直延续到清代，这是中国对世界自然资源管理作出的制度性贡献。我国不少朝代都颁布了保护自然资源与生态环境的法令，如周文王颁布的《伐崇令》被誉为“世界最早的环境保护法令”，秦朝的《田律》是迄今为止保存最完整的古代环境保护法律文献。

2.以专题研究为生发点，把课程与生活相关联

寻找与生活相关的合适的主题开展项目式学习。学生在将跨学科内容与真实生活情境联系时，不仅获得了知识，还能深入理解科技、社会、文化、生活之间的相互关联，从而培养复合型思维，提升综合素养。

如要透彻理解《诗经·小雅》“螟蛉有子，蜾蠃负之”一句，必须跨学科融合才能完成。语文解决注音释义，“螟蛉”读míng líng，“蜾蠃”读guǒluǒ。此句是说有一种叫蜾蠃的小虫不能产子，为繁衍后代只好把螟蛉衔回窝内抚养，后人据此把收养的义子称为螟蛉之子。对这一现象的认识又存在历史沿革，南北朝时道士陶弘景不相信蜾蠃无子，决心亲自观察以辨真伪，结果发现原来螟蛉不是义子，而是蜾蠃为孵养后代准备的食物，从而揭开了真相。用生物学原理来阐释，螟蛉是一种绿色小虫，而蜾蠃是寄生蜂，它将螟蛉捉住后放在自己的窝里，在它们的身体里产卵，卵孵化后就以螟蛉为食，揭示了不同生物之间的捕食关系。

再如“牝鸡司晨”的项目式学习。“牝”读pìn，指“雌性的（指鸟兽，跟‘牡’相对）”，“司”指主管。成语意为雌鸡像雄鸡那样啼鸣，指母鸡报晓，比喻女人篡权。语出《尚书·牧誓》，原是武王伐纣的檄文。牝鸡司晨实际是一种性反转现象，从遗传的物质基础和性别控制的角度分析，鸡是ZW型性别决定，公鸡的性染色体是同型的（ZZ），母鸡是异型的（ZW）。母鸡性反转为公鸡，性别的表现受环境影响，但染色体组成并未改变，母鸡的性染色体仍为ZW。

上述项目把课程与生活相关联，提升了学生的学习兴趣，培养学生运用已有知识、依据实际生活经验，创造性地解决现实问题的能力。项目的实施不仅拓展了课堂的深度和广度，统整与延展了课程，应用于生活实践并实现了跨学科解决问题，而且将“项目·融合”教学模式推广到优秀传统文化教学中，在课程综合化实施中提升学生核心素养。

 

 

（《山东教育》2021年11月第46期）