专题：设计跨学科项目，在实践活动中有效落实学生核心素养

设计跨学科项目，在实践活动中有效落实学生核心素养

文_季 鑫／重庆市巴蜀中学校

发展核心素养要重视核心概念

跨学科学习要求引导学生学以致用，将所学的知识和方法应用迁移到真实的情境或其他领域中，或者是将学习过程中形成的积极态度、创新精神、规范行为、正确价值观以不同的形式迁移到日常生活及未来的学习和生活中。思维型教学理论的目标是指向核心素养，特别是注重思维。思维型教学理论的基本思想为：教学的核心是思维，学习的关键是思考。如何有效地发展核心素养呢？思维型教学理论提出，在教学内容的安排上要注重核心概念，这也是我国及国际科学教育的一个重要方向。 学科核心概念指各门学科中非常重要的关键性概念，是反映学科本质及其特殊性的学科框架概念，它们能为理解或研究更复杂的概念和解决问题提供工具与支持，对于教学具有重要的价值。跨学科概念是指那些能应用于所有科学与工程领域的通用概念，它们都具有解释的价值，如模式、原因与结果、比例、尺度及数量、系统与模型、结构与功能、物质与能量、稳定与变化。 在义务教育阶段，可以相对侧重后4个，即系统与模型、结构与功能、物质与能量，以及稳定与变化。在这4个跨学科概念的基础上，再引导学生关注“模式、原因与结果、比例、尺度及数量”。 跨学科概念与学科核心概念是一个有机统整的模式，在建构相应的学习策略或帮助学生设计学习材料时，仍然以学科为基础，在学科核心概念的基础上再引导学生关注和发展跨学科概念。反过来，跨学科概念也能为学科核心概念的学习提供一种认知支架，促进学生对核心概念的深度理解和灵活迁移，跨学科概念还能加强学科之间的融会贯通，有助于学生连贯、系统地建构各学科及整个科学领域的知识体系。

基于思维型教学理论的跨学科实践项目设计

在设计思维型跨学科科学实践项目时，需要基于学生对学科核心概念和跨学科概念的深度理解和应用迁移，在真实、复杂的情境中引导学生通过观察、收集、比较、提取相关信息，辨别、选择可靠的科学证据，并运用分析与综合、抽象与概括、归纳与演绎、类比与迁移、应用与创新等思维方式进行创造性科学问题提出和创造性科学问题解决的学习过程。 我们将基于思维型教学理论的跨学科实践项目的设计思路界定为以核心概念（或大概念、大主题、大任务）为中心，对多个学科学习内容进行分析、解构、重组、融合或统整，形成具有明确的问题情境、活动主题、学习目标、活动任务、学习评价等要素的项目设计与实施方案。教师在开发这些跨学科实践主题的时候要充分分析各学科领域的学科核心概念，然后基于学生的知识经验、认知水平、兴趣特点，遵循学生的学习规律并依照学科的内在逻辑进行有机地统整与融合。
思维型教学提出5大基本原理，即动机激发、认知冲突、自主建构、自我监控与应用迁移（图1）。大量研究表明，有效的教学必须遵循这5个原理。 基于5大原理，将科学实践项目的实施步骤分为5个阶段，每个阶段都有相应的原理与之对应：情境导入阶段对应“动机激发”，问题提出阶段对应“认知冲突”，探究实践阶段对应“自主建构”，总结反思阶段对应“自我监控”，应用迁移阶段对应“应用迁移”。
如何有效实施跨学科科学实践项目

下面以“中药植物多样性及应用”主题案例进行跨学科科学实践分析。针对这一主题，我们开展了一系列相关实践活动，其中一个课题为“探究端午传统中药植物芳香油的提取及应用”。在这个课题中，涉及生命科学、物质科学、地球与宇宙科学和工程与技术4个领域的学科核心概念。

图2 中药研究院互动课堂——药剂学讲座

生命科学：植物的结构层次，生物多样性，植物的生活（生长、发育、繁殖），细胞代谢，人体健康及免疫。物质科****学：物体的尺度，物质的形态与变化，物质的属性（物理性质、化学性质）。地球与宇宙科学：地图，气候（天气、气温与降水分布、气候类型），自然环境与自然资源。工程与技术：技术的核心是发明，工程的关键是设计。课题涉及到的跨学科概念主要有系统与模型、结构与功能、物质与能量、稳定与变化。同时，在科学实践活动中介绍和引导学生通过文献检索法、调查法、实验探究法、比较分析法进行思维型科学探究。该课题基于“健康”大主题，同时考虑到增加文化自信，在学习和探究实践中纳入端午节这个传统节日，深入挖掘中药传统文化，药用植物资源用于抑菌免疫、驱瘟辟邪、防病保健等用途，以及现代医药科技等内容，一方面更好地传承传统文化，让学生体验现代科技的魅力，发展核心素养；另一方面也有利于学生形成健康生活的科学认识、正确态度和良好的生活习惯，树立热爱生活、珍爱生命的人生观。
第1阶段：情境导入

在这个阶段，开展以下4项活动。参观访问重庆市中药博物馆，了解博大精深的中药传统文化。学生在博物馆看到了38万多份动植物、矿物标本，直接给学生感官上的刺激，丰富学生的感知信息，让他们有直觉的兴趣启发。参观访问重庆市中药研究院，了解当地中药生药资源分布、种植、现代中药制药工艺等。调查访问，了解当地百姓人家的端午习俗，制作端午香囊，让学生直观地闻到中药中芳香精油的气味，为下一步的提取和应用作铺垫。搜集文献，初步了解端午节常用中药植物的种类、生物学特征及用途。通过这样的设计引导学生有兴趣进一步参与到后续的科学实践中。
图3 重庆市中药博物馆参观学习

图4 学生制作端午香囊

图5 学生制作药用植物标本

第2阶段：问题提出

很多学生在分享过程中引发了认知冲突，提出了质疑：端午传统中药为什么有抑菌免疫、防病保健的作用呢？这些植物中有哪些成分有免疫作用？用什么方法能有效提取药用植物活性成分？
第3阶段：探究实践

在这个阶段，根据难度进阶设计了以下4个层次的活动。辨识端午传统中草药，调查药用植物多样性，制作标本。水蒸气蒸馏法提取中药芳香油。丁香精油主要成分——丁香酚的鉴定实验。不同水蒸气蒸馏装置提取植物芳香油的比较研究。
图6 学生提取中药草本精油

第4阶段：总结反思

学生对传统蒸馏装置的工作原理、优点和缺点进行了总结和对比，然后对之前的实验设计进行完善。学生在这个过程中学到了如何进行科学实验设计，如何亲历科学实验探究，如何不断地改善科学实验方法。

第5阶段：应用迁移

此阶段，提供给学生一些课题，比如进一步探究不同种类中药精油的抑菌活性；探究艾叶精油和丁香精油的抑菌（或体外杀螨）效果；探究植物精油在食品防腐保鲜中的应用；尝试繁殖、栽培药用植物（植物组织培养技术、无土栽培技术等）。除此之外，还可进行产品的制作与开发，让学生体验工程技术。教师带领学生将实验中提取的中药精油制作成精油香薰挂件、本草驱蚊液、抑菌免水洗凝胶、手工皂等。然后加上学生自己设计的logo和包装盒。这也体现了“五育并举”，让学生在科学活动的同时也进行劳动实践。教师还让学生把他们的产品进行义卖，利用义卖所得购买一些书籍关爱重庆儿童医院的白血病患儿，并与他们进行交流。另外，引导学生进一步关注屠呦呦和青蒿素的提取，编排原创科普话剧《呦呦之蒿——中医药献给世界的礼物》。学生在这个过程中，进一步感受到了科学研究者的科学精神。在学习评价方式方面，我们通过诊断性评价、过程性评价、终结性评价3个阶段，进行多元评价，以评促学，以评促教，设计了相应的评价标准，参考高中生物学课程标准的4个核心素养分成4个维度，每个维度之下设立二级指标，每个指标又分为3个水平。

图7 学生编排原创科普话剧

在思维型跨学科科学实践中，以学生的学科核心概念为基础，通过多层次、多角度、合作化的螺旋式进阶学习形式为学生构建了一个动态、开放、交互性的学习生态环境。这个学习环境包括行政班级的学习，也包括选修课的学习、社团的学习，以及每年的生命周、科技文化节和校外科技场馆、科研院所的实践学习等。 在学生活动中，教师是协助者和指导者，促进学生在“直觉兴趣—操作兴趣—因果兴趣—理论兴趣”上进阶发展，最终促进学生更深入地学习学科核心概念和跨学科概念。 总之，教师在教育过程中，学生在学习的过程中都应该是幸福的。在五育并举和全人教育的思想下，教师自己也要不断地学习、实践和反思，陪伴、引导、激励、鼓励、督促学生养成终身学习成长的习惯，全面发展核心素养。参考文献

[1] 林崇德，胡卫平．思维型课堂教学的理论与实践[J]．北京师范大学学报，2010，1：29-35．

[2] 胡卫平．思维型教学理论及其应用[J]．教育家，2018（48）：13-16．

[3] 胡卫平，郭习佩，季鑫，等．思维型科学探究教学的理论建构[J]．课程·教材·教法，2021，41（06）：123-129．DOI:10.19877/j.cnki.kcjcjf.2021.06.024．

[4] 周晓庆，季鑫．不同水蒸气蒸馏装置提取植物芳香油比较研究[J]．中学生物教学，2017（04）．

来源：《中国科技教育》2022年第6期专栏