詹琪芳 （上海市盧灣高級中學 上海 200023）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出，“生物學課程要求學生主動地參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成科學思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習及創(chuàng)

新實踐能力”“加強學科間的橫向聯(lián)系，利于學生建立科學的生命觀，逐步形成正確的世界觀，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)”［1］。由此可見，高中生物學注重學科間的相互聯(lián)系與科學精神的滲透，關注學生核心素養(yǎng)的達成，培養(yǎng)能適應未來發(fā)展的人。而項目化學習模式（project-based learning，簡稱PBL）作為培育科學素養(yǎng)的一種重要手段受到了普遍的關注并獲得了快速發(fā)展［2］。其指向問題解決能力的學習方式，通過對蘊含核心概念驅動性問題的持續(xù)探究，引發(fā)學生對真實復雜問題的思考和解決，調動所有知識、能力、品質等創(chuàng)造性地解決問題，形成公開可視化的成果，實現(xiàn)跨情境的知識遷移，切實培養(yǎng)學生對現(xiàn)實復雜問題的解決能力［3］。本文結合學生的實際認知水平，調動學生跨學科融合專業(yè)知識，以性狀分離比模擬實驗的改進為例，組織學生開展項目化學習，交流、展示項目成果，以項目激發(fā)學生的學習熱情，落實生物學學科核心素養(yǎng)。

1 分析實驗內涵，抓住問題本質

教材中的“性狀分離比的模擬實驗”，采用模型構建的方式驗證孟德爾的分離定律。學生通過從布袋中隨機抓取小球理解分離定律的實質，統(tǒng)計性狀的分離比。但該模擬實驗也存在一些不足，例如，抓取次數較多、耗時較長、統(tǒng)計繁瑣等。筆者在實施本節(jié)教學內容時，啟發(fā)學生思考模擬實驗的本質是什么？并以此為切入點，鼓勵學生運用發(fā)散思維改進實驗作為項目化學習的內容。

經過討論，學生一致認為“性狀分離比的模擬實驗”的核心是，雌、雄生殖器官能產生等比例的帶有等位基因的配子，且二者的結合是隨機的，這與雜合子的自交本質特征是相似的。無論如何改進，模擬實驗依據的科學本質是不能變的，變的是形式、裝置或操作等［4］。明確了不變的問題本質，學生按照自己的興趣特長組建項目小組，開展改進工作。教師需要提醒，變是為了使原有的操作更高效、現(xiàn)象更明顯，如果改變不能起到上述效果，需要轉變設計思路，嘗試其他改進方向。

2 嘗試分拆問題，確立任務目標

跨學科的項目化學習指向學生問題的解決能力，如果問題的解決超出了學生現(xiàn)有的水平，要將其轉化為與學生相關聯(lián)的驅動性問題，增加問題與學生的“黏性”，讓學生更易接受［5］。教師要帶領學生學會如何將較困難的大問題拆解，分割成容易上手的小問題，降低問題的處理門檻，學生可在積極的情感體驗中，進行具體的實施和思考，探索多樣的解決方案，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，提升學習的自我效能感。

對于實驗的改進，學生最初是盲目的，教師予以引導，讓學生嘗試說出原有實驗1～2 個缺點，目的是讓學生能結合實際操作進行思考、分析，自己發(fā)現(xiàn)需要改進的方面，同時教師給予充分的信任和鼓勵，實驗的改進很難做到完美，尤其是對經典實驗的改進，如果能改進其中的某個方面就是很大的進步。經過討論和分析，每個小組進一步確立了自己的改進目標，方向不盡相同：有的選擇縮短實驗時長，有的選擇減少主觀誤差，有的選擇精簡實驗裝置，有的選擇簡化統(tǒng)計過程等（圖1）。學生意識到，應用單一學科知識解決問題是難以實現(xiàn)的，須要糅合、運用多個學科靈活開展跨界學習實踐活動，培養(yǎng)高階思維能力。

圖1 分解“性狀分離比模擬實驗”中的問題示意圖

3 設計實踐活動，形成項目成果

跨學科的項目化學習指向培養(yǎng)具有綜合素質的問題解決者，整個過程需要學生親身體驗，需要學生帶有思考、假設、探究性質的動手、動腦的行動。在項目化學習中，學生大都扮演學科專家的角色，實踐活動更具有專業(yè)性，聚焦學科專業(yè)知識［6］。每個小組改進的方向不同，制定的目標也就不同，設計的實踐活動方案也有所差異，需要預先填寫項目報告（表1），根據擬定的方案改進實驗。本文摘選3 個具有代表性的小組的實施過程。

表1 基于項目化學習創(chuàng)新“性狀分離比模擬實驗”項目報告

3.1 縮短時長小組 教材中的實驗采用紙筆記錄數據，用計算器進行計算。學生首先想到用Excel 軟件替代計算器，批量計算可節(jié)約時間；實驗中抓取、放回、混勻小球的過程耗時費力，學生又想到可借助于網絡或APP 中現(xiàn)有的隨機程序，模擬“抓取小球”的實驗過程；后來有的學生提議運用信息課學習到的Visual Basic 語言（簡稱VB語言），自編一套實驗程序，可任意輸入抓取次數并計算比例，將實驗的過程、記錄和統(tǒng)計全部涵蓋，最大程度節(jié)省了實驗時間，由抓取1 000 次大約需要40 min 縮短到1 min（圖2）。從目標的設立，到模擬程序的完成，學生在不斷地假設、求證、推翻、設計、再求證的循環(huán)中形成迭代思考，最終完成了縮短時長的目標，跨學科應用知識解決問題的能力也得到了提升。

圖2 縮短時長小組的改進過程及VB 制作的模擬性狀分離比實驗程序

3.2 減少誤差小組 該小組認為用手從布袋中抓取小球，會不可避免地產生主觀誤差，如果裝置不是人為抓取，2 個布袋模擬的雌、雄生殖器官隨機產生精、卵配子，將會使實驗更加嚴謹［7］。方案①：在2 個培養(yǎng)皿中裝入黑、白色珠子，皿蓋上面覆蓋一層只留有一個孔的不透明紙片，雙手同時搖動，停下時觀察記錄小孔中珠子的顏色；方案②：在2 個透明罐子中各放一枚硬幣，封口，上下晃動，記錄硬幣的正、反面。2 個方案雖減少了人為誤差，但每次只能記錄一組數據。之后，學生又想到了一個可批量觀察組合的方案③：準備2 張紙條，均勻地打上方格，隨機將一些方格涂成黑色，每個方格代表含有A 或a 的配子，2 張紙條分別代表雌、雄生殖器官（圖3），將2 張紙條擺放在一起，任意拖動改變二者的相對位置，上下組合即表示精、卵的隨機結合，學生記錄多組數據，再次拖動，組合發(fā)生改變，學生再次記錄（表2）。這些改進方法均達成了盡量減少人為主觀誤差的目標。

表2 精、卵隨機結合情況統(tǒng)計表

圖3 代表雌、雄生殖器官的紙條

3.3 可視化統(tǒng)計過程小組 按照概率學理論，隨著抓取次數的增多，小球組合中代表性狀的分離比會趨于3∶1，但趨于的過程很難直觀顯示，該小組希望借助儀器模擬二者的比例動態(tài)關系曲線圖，記錄比例變化軌跡。學生請教了有關專家和技術人員，運用TI 編程圖形計算器編寫程序，外接隨機閃爍的A 和a 的彩燈，制作了實驗模擬裝置（圖4）。按照操作步驟，首先運行main（），按enter鍵開始，Speed 值表示每一次生成的基因型組合數量，默認為每次生成1 個基因型（圖5A），Cyber Number 值表示同時抓取生成的子代基因型總次數，可輸入任意數字（圖5B），進入系統(tǒng)后，按下相應的功能鍵對應的數字，程序開始運行或停止，例如，1-Generate 代表手動生成組合結果，2-Auto 代表系統(tǒng)自動生成組合結果，3-Stop 代表停止運行，4-Pause 代表暫停／繼續(xù)（圖5C），最終，獲得（AA+Aa）∶aa的比值變化曲線（圖5D）。圖示顯示的是500 次的抓取過程軌跡，可清晰地顯示，性狀分離比圍繞著3∶1 波動，但隨著次數的增多，比值逐漸趨近于3∶1。

圖4 連有TI 計算器的實驗裝置

圖5 實驗裝置操作流程顯示圖

4 展示項目成果，撰寫項目報告

項目活動結束后，每個小組都完成了項目報告，并進行了交流和展示。在形成報告的過程中，學生發(fā)揮才智和技能，跨學科處理問題的能力得到了提升；在報告交流階段，學生暢所欲言，分享理念和科學精神得以形成，這也是跨學科項目化學習中不可或缺的組成部分［8］。

5 引入表現(xiàn)性評價，聚焦核心素養(yǎng)

表現(xiàn)性評價要求學生 “在某種特定的真實或模擬情境中，運用先前所獲得的知識完成某項任務或解決某個問題，以考查學生知識與技能的掌握程度、問題解決、交流合作和批判性思考等多種復雜能力的發(fā)展狀況”［9］。表現(xiàn)性評價注重過程的評價，立足于真實或模擬的現(xiàn)實生活情境，關注學生的真實表現(xiàn)。在本次項目化學習中，教師向學生征集評價的方面和依據，讓學生參與設計評價量表，不以單一的量化標準進行評價，最終的項目成果不作為唯一的評判，而是以側重過程的表現(xiàn)性評價進行判定，引入多元評價方式，尋找學生的突出表現(xiàn)并適時提出建議，促進學生學習能力的不斷提升，落實學科核心素養(yǎng)（表3）。

表3 “基于項目化學習創(chuàng)新性狀分離比模擬實驗”評價表

6 活動反思

在展開項目化學習活動之前，很多學生先查找了相關文獻，通過查閱學習開拓了思路，有不少改進的方法，但同時也容易禁錮思維。如何在他人的工作基礎上作出自己的特色是這次項目化學習的難點，教師鼓勵學生迎難而上，開動腦筋，不墨守成規(guī)。事實證明，項目化的學習方式可充分發(fā)掘學生的潛力和智慧，由此設計出令人欣喜的作品。

生物學課程標準要求讓學生體驗科學探究的過程，學習科學研究的方法，加深對科學本質的認識，增強創(chuàng)新精神和實踐能力，基于項目化學習教學方式的應用可提供這樣的平臺，以不變的核心知識為出發(fā)點，啟發(fā)學生通過多學科知識的綜合應用尋求問題的最佳解決方案。在這次跨學科改進性狀分離比模擬實驗的項目化學習活動中，學生以雌、雄雜合子產生等比例不同的配子并隨機結合為內在契機，應用數學的統(tǒng)計運算、模型構建、VB 和TI 編程圖形計算器等技術方法，嘗試化解實驗中存在的問題，不僅增強了創(chuàng)新意識，也對問題的解決方式有了全新的體會。