素養視角下項目化學習的設計與實施
——以高中生物學“微生物的培養技術及應用”專題為例

崔敏霞

江蘇省江陰市教師發展中心(214400)

項目式學習是在審視和批判傳統教學的基礎上發展起來的一種學習方式,它克服了傳統學習過于文本化和單一化的局限,注重學生綜合性學習和實踐能力的發展,著力培養學生的創新思維和綜合能力[1]。經典的項目式學習一般選取跨學科的主題內容,基于現實情境,解決實際問題,它能從更廣、更深、更結構化的層次對學生的綜合能力進行培養和提升,而素養視角下的項目化學習有著新的內涵和特征。

1 素養視角下項目化學習的內涵和特征

素養視角下的項目化學習是指學生在一段時間內對與學科或跨學科有關的驅動性問題進行深入持續的探索,在調動所有知識、能力、品質等創造性地解決問題、形成公開成果的過程中,加深對核心知識和學習歷程的理解,并能夠在新情境中進行遷移應用[2]。

素養視角下的項目化學習更鼓勵學生動手之前先動腦，鼓勵他們經歷從現象到問題、討論、爭議、運用證據、實驗等一系列的過程；更強調學生在真實的世界和抽象的思維之間不斷地建立起聯系，引導學生進行深入的思考和學習，從而讓學習真正發生。素養導向的項目化學習的明顯特征有指向核心知識的再構建和思維的遷移、具有持續的探究與實踐、關注高階認知的發展等。

2 素養視角下項目化學習的設計與實施

“微生物的培養技術及應用”屬于《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》的選擇性必修課程模塊3“生物技術與工程概念”中的專題,其中包括滅菌、無菌技術、培養基的配制、平板劃線法、稀釋涂布平板法、顯微技術法等多種生物學基本方法和原理[3]。教學實踐中,如果采用依次單個實驗操作的方式,并不能滿足學生認知的結構化需求。本案例進行了整體設計與規劃,采用了“提出問題—建立聯系—個性化表達”為主軸的六步設計路徑引領學生開展項目化學習(見圖1)[4]。

圖1 項目化學習的六步設計路徑圖

2.1 明確目標,提出問題

學科本質問題指向學科中的大概念,是連接大概念和驅動性問題的橋梁[2]。先根據《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》確定核心知識,進而形成本質問題:微生物培養技術在生產生活中有哪些應用?高質量的驅動問題必須是真實的具有挑戰性的問題,它包裹著核心知識,并且在探究的過程中促進學生對核心知識的深入理解。本案例結合學生的日常生活經驗和核心知識,確定了研究問題為“生活中常見的飲用水安全問題”。

2.2 建立聯系,設計方案

高階認知包括問題解決、創見、決策、實驗、調研、系統分析六種認知類型。在本項目化學習中,前期學生通過資料查找,了解水質安全檢測的項目和方法,選擇既符合標準檢測又切實可操作的實驗方案,另外,對生活中常見的飲用水安全問題進行調研,選擇既具有迷惑性又能對生活產生指導性的問題進行研究。經調研、分析、決策,制定方案(見表1)。

表1 “生活中常見的飲用水安全問題”研究方案規劃

2.3 實施方案,展示成果——以子項目1為例

2.3.1 方案實施

采用稀釋涂布平板法檢測常見品牌桶裝水中的總菌數。配制牛肉膏—蛋白胨培養基,通過稀釋涂布平板法接種1 mL樣品,置于36 ℃恒溫培養箱內培養48 h,選擇菌落數在30～300之間的進行計數,菌落數較多的可借助于計數器(見圖2)進行計數,設置平行重復組并計算每毫升水樣中的總菌數平均值。

圖2 計數器

采用多管發酵法檢測常見品牌桶裝水中的總大腸桿菌群數。配制乳糖蛋白胨培養基進行初發酵試驗,并加入溴甲酚紫乙醇溶液(16 g/L)作為指示劑,每個待檢測樣品分別接入10 mL、1 mL和0.1 mL水樣于發酵管中,37 ℃恒溫培養箱內培養24 h,觀察發酵管中產酸(顏色由紫變黃)、產氣(指示管中有氣泡產生)情況(見圖3)，并作記錄。將產酸產氣的試管中的樣水通過平板劃線法接種到伊紅美藍培養基中，置于36 ℃培養箱內培養24 h，觀察菌落形態，挑取符合深紫黑色、具有金屬光澤菌落特征，紫黑色、不帶或略帶金屬光澤的菌落特征和淡紫紅色、中心較深的菌落特征的菌落(見圖4)作革蘭氏染色，鏡檢和證實試驗。經上述染色、鏡檢為革蘭氏陰性無芽孢桿菌，再分別接種到乳糖蛋白胨培養液中進行復發酵實驗，置于37 ℃培養箱內培養24 h,觀察發酵管中產酸(顏色由紫變黃)、產氣(指示管中有氣泡產生)情況,并作記錄。

圖3 發酵管中產酸產氣情況

圖4 符合革蘭氏染色要求的菌落

2.3.2 成果展示

除了實驗過程中的圖片記錄外,還需要設置表格對樣水中的總菌群(見表2)和總大腸桿菌群(見表3)進行統計和記錄。

表2 細菌總數檢驗原始記錄

通常選用獲得菌落數為30～300的平板進行計數,對菌落數量大于300或小于30的平板不進行計數。同一稀釋度下,采用3個平板重復計數,取其平均值,經過計算,可獲得該桶裝水每毫升水樣中的實際細菌數量。實驗結果顯示,桶裝水1的每毫升水樣中細菌總數最多,桶裝水3的水樣中細菌總數最少。

乳糖初發酵結果顯示,在接入桶裝水1水樣10 mL和1 mL水樣的5個發酵管中均出現了1個陽性反應(產酸產氣),桶裝水2只在接入10 mL水樣的發酵管中出現了1個陽性反應,接入桶裝水3的15個發酵管均沒有出現陽性反應。將在乳糖初發酵中出現陽性反應的試管進行分離培養試驗,再將得到的特征菌落進行復發酵反應,試驗結果證實了桶裝水1分別接入 10 mL和1 mL的試管、桶裝水2 接入10 mL的試管中存在大腸桿菌。根據獲得的實驗數據,查《總大腸桿菌MPN檢索表》可得到3個品牌的桶裝水100 mL水樣中,總大腸桿菌的最可能數(MPN)分別為4、2、0。

表3 總大腸菌群檢驗原始記錄

3 實踐反思

素養視角下的項目化學習是學生通過對真實且富有挑戰性問題進行持續探究,從而達到對核心知識的再建構和思維遷移。在“微生物的培養技術及應用”項目內容上,選擇了桶裝水、隔夜水、凈水器等與生活息息相關、同時與學科內容微生物的培養與計數緊密關聯的主題,充分體現項目式學習的綜合性、實踐性和創新性。在項目化實施過程中,應正確定位教師的管理者和學生實踐者的功能,充分尊重和發揮學生的主體學習者功能,讓學生在實踐過程中發展高階認知能力和核心素養。