素养视角下项目化学习的设计与实施
——以高中生物学“微生物的培养技术及应用”专题为例

崔敏霞

江苏省江阴市教师发展中心(214400)

项目式学习是在审视和批判传统教学的基础上发展起来的一种学习方式,它克服了传统学习过于文本化和单一化的局限,注重学生综合性学习和实践能力的发展,着力培养学生的创新思维和综合能力[1]。经典的项目式学习一般选取跨学科的主题内容,基于现实情境,解决实际问题,它能从更广、更深、更结构化的层次对学生的综合能力进行培养和提升,而素养视角下的项目化学习有着新的内涵和特征。

1 素养视角下项目化学习的内涵和特征

素养视角下的项目化学习是指学生在一段时间内对与学科或跨学科有关的驱动性问题进行深入持续的探索,在调动所有知识、能力、品质等创造性地解决问题、形成公开成果的过程中,加深对核心知识和学习历程的理解,并能够在新情境中进行迁移应用[2]。

素养视角下的项目化学习更鼓励学生动手之前先动脑，鼓励他们经历从现象到问题、讨论、争议、运用证据、实验等一系列的过程；更强调学生在真实的世界和抽象的思维之间不断地建立起联系，引导学生进行深入的思考和学习，从而让学习真正发生。素养导向的项目化学习的明显特征有指向核心知识的再构建和思维的迁移、具有持续的探究与实践、关注高阶认知的发展等。

2 素养视角下项目化学习的设计与实施

“微生物的培养技术及应用”属于《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》的选择性必修课程模块3“生物技术与工程概念”中的专题,其中包括灭菌、无菌技术、培养基的配制、平板划线法、稀释涂布平板法、显微技术法等多种生物学基本方法和原理[3]。教学实践中,如果采用依次单个实验操作的方式,并不能满足学生认知的结构化需求。本案例进行了整体设计与规划,采用了“提出问题—建立联系—个性化表达”为主轴的六步设计路径引领学生开展项目化学习(见图1)[4]。

图1 项目化学习的六步设计路径图

2.1 明确目标,提出问题

学科本质问题指向学科中的大概念,是连接大概念和驱动性问题的桥梁[2]。先根据《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》确定核心知识,进而形成本质问题:微生物培养技术在生产生活中有哪些应用?高质量的驱动问题必须是真实的具有挑战性的问题,它包裹着核心知识,并且在探究的过程中促进学生对核心知识的深入理解。本案例结合学生的日常生活经验和核心知识,确定了研究问题为“生活中常见的饮用水安全问题”。

2.2 建立联系,设计方案

高阶认知包括问题解决、创见、决策、实验、调研、系统分析六种认知类型。在本项目化学习中,前期学生通过资料查找,了解水质安全检测的项目和方法,选择既符合标准检测又切实可操作的实验方案,另外,对生活中常见的饮用水安全问题进行调研,选择既具有迷惑性又能对生活产生指导性的问题进行研究。经调研、分析、决策,制定方案(见表1)。

表1 “生活中常见的饮用水安全问题”研究方案规划

2.3 实施方案,展示成果——以子项目1为例

2.3.1 方案实施

采用稀释涂布平板法检测常见品牌桶装水中的总菌数。配制牛肉膏—蛋白胨培养基,通过稀释涂布平板法接种1 mL样品,置于36 ℃恒温培养箱内培养48 h,选择菌落数在30～300之间的进行计数,菌落数较多的可借助于计数器(见图2)进行计数,设置平行重复组并计算每毫升水样中的总菌数平均值。

图2 计数器

采用多管发酵法检测常见品牌桶装水中的总大肠杆菌群数。配制乳糖蛋白胨培养基进行初发酵试验,并加入溴甲酚紫乙醇溶液(16 g/L)作为指示剂,每个待检测样品分别接入10 mL、1 mL和0.1 mL水样于发酵管中,37 ℃恒温培养箱内培养24 h,观察发酵管中产酸(颜色由紫变黄)、产气(指示管中有气泡产生)情况(见图3)，并作记录。将产酸产气的试管中的样水通过平板划线法接种到伊红美蓝培养基中，置于36 ℃培养箱内培养24 h，观察菌落形态，挑取符合深紫黑色、具有金属光泽菌落特征，紫黑色、不带或略带金属光泽的菌落特征和淡紫红色、中心较深的菌落特征的菌落(见图4)作革兰氏染色，镜检和证实试验。经上述染色、镜检为革兰氏阴性无芽孢杆菌，再分别接种到乳糖蛋白胨培养液中进行复发酵实验，置于37 ℃培养箱内培养24 h,观察发酵管中产酸(颜色由紫变黄)、产气(指示管中有气泡产生)情况,并作记录。

图3 发酵管中产酸产气情况

图4 符合革兰氏染色要求的菌落

2.3.2 成果展示

除了实验过程中的图片记录外,还需要设置表格对样水中的总菌群(见表2)和总大肠杆菌群(见表3)进行统计和记录。

表2 细菌总数检验原始记录

通常选用获得菌落数为30～300的平板进行计数,对菌落数量大于300或小于30的平板不进行计数。同一稀释度下,采用3个平板重复计数,取其平均值,经过计算,可获得该桶装水每毫升水样中的实际细菌数量。实验结果显示,桶装水1的每毫升水样中细菌总数最多,桶装水3的水样中细菌总数最少。

乳糖初发酵结果显示,在接入桶装水1水样10 mL和1 mL水样的5个发酵管中均出现了1个阳性反应(产酸产气),桶装水2只在接入10 mL水样的发酵管中出现了1个阳性反应,接入桶装水3的15个发酵管均没有出现阳性反应。将在乳糖初发酵中出现阳性反应的试管进行分离培养试验,再将得到的特征菌落进行复发酵反应,试验结果证实了桶装水1分别接入 10 mL和1 mL的试管、桶装水2 接入10 mL的试管中存在大肠杆菌。根据获得的实验数据,查《总大肠杆菌MPN检索表》可得到3个品牌的桶装水100 mL水样中,总大肠杆菌的最可能数(MPN)分别为4、2、0。

表3 总大肠菌群检验原始记录

3 实践反思

素养视角下的项目化学习是学生通过对真实且富有挑战性问题进行持续探究,从而达到对核心知识的再建构和思维迁移。在“微生物的培养技术及应用”项目内容上,选择了桶装水、隔夜水、净水器等与生活息息相关、同时与学科内容微生物的培养与计数紧密关联的主题,充分体现项目式学习的综合性、实践性和创新性。在项目化实施过程中,应正确定位教师的管理者和学生实践者的功能,充分尊重和发挥学生的主体学习者功能,让学生在实践过程中发展高阶认知能力和核心素养。