穆 銘

(北京市東城區(qū)教育科學研究院，北京，100009)

根據(jù)已有研究結(jié)果，項目式學習將理論與實踐結(jié)合起來，指向真實情境中的問題解決，其培養(yǎng)目標可解構(gòu)為基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)三個方面：而科學領(lǐng)域的物理、化學、生物三門學科的核心素養(yǎng)有很多共通之處，其可被解構(gòu)、整合為科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個維度。[1-2]理化生融合項目式學習是指涉及物理、化學、生物三門或其中兩門學科與課程標準緊密結(jié)合的項目式學習，通過理化生融合項目式學習提高科學領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)具有很高的理論價值與實踐可行性，但目前國內(nèi)缺乏此類項目式課程教材。[3-4]為此，筆者開發(fā)出項目式學習課程“制作面膜加熱器”，并在北京市某中學實施了此課程。筆者在實施后對學生訪談，發(fā)現(xiàn)該課程得到了學生的高度認可，能有效提高學生的核心素養(yǎng)，可為后續(xù)同類課程的開發(fā)提供參考。

一、課程設(shè)計

(一)項目導引

冬天氣溫較低，人們在敷面膜時需要面膜加熱裝置升高面膜溫度，促進毛孔舒張以吸收面膜精華并提高敷面膜時的舒適度。筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的面膜加熱裝置基本以物理方法為主，通過電熱絲加熱面膜，但加熱效果無法持續(xù)或裝置臃腫不便使用，且安全性不高。利用化學放熱反應(yīng)制作面膜加熱貼，或改良主要利用物理原理加熱面膜的加熱裝置很有必要，能有效解決生活中遇到的實際問題。

(二)學習任務(wù)

任務(wù)1：了解皮膚的結(jié)構(gòu)和面膜作用于人體面部的機理，初步確定面膜的適宜溫度及面膜加熱器適用的熱效應(yīng)。

任務(wù)2：探究常見加熱產(chǎn)品的主要成分及發(fā)熱原理。

任務(wù)3：制作主要利用化學原理發(fā)熱的面膜加熱貼或改良主要利用物理原理加熱的面膜加熱器。

任務(wù)4：分小組匯報成果，組間相互交流。

探究與研討：能否制作出可循環(huán)使用的超級面膜加熱器或面膜與加熱貼一體的自熱面膜。

(三)學生活動

1.知識鏈接與拓展閱讀

展示面部皮膚的結(jié)構(gòu)及可拆卸的面膜加熱罩、暖寶寶、即熱飯盒加熱包、蒸汽眼罩使用說明。

2.交流研討

內(nèi)容1：查閱文獻并討論面膜改善肌膚的機理。

內(nèi)容2：討論可拆卸面膜加熱罩的加熱機理以及如何改良。

內(nèi)容3：討論常見的化學放熱產(chǎn)品的發(fā)熱原理以及它們不能用于面膜加熱的原因。

內(nèi)容4：討論初始設(shè)計時應(yīng)考慮的主要因素。

3.學生活動(以學生利用化學原理制作面膜加熱貼為例)

活動1：加熱產(chǎn)品的成分探究。探究蒸汽眼罩、暖寶寶、即熱飯盒加熱包等常見加熱產(chǎn)品的主要成分并填寫實驗記錄表。

活動2：分小組查閱文獻，研究加熱產(chǎn)品中各成分的作用，匯報并討論研究結(jié)果。

活動3：選擇合適反應(yīng)物并制作面膜加熱貼。小組合作，利用溫度傳感器等工具探究合適的發(fā)熱體系?；顒影y已有產(chǎn)品加熱溫度隨時間的變化、選擇合適的反應(yīng)物、選擇合適包裝材料、設(shè)計面膜加熱貼的外觀等。選擇合適發(fā)熱物質(zhì)及體系需考量反應(yīng)物熱值大小、反應(yīng)速率、反應(yīng)持續(xù)時間、反應(yīng)所能達到的最高溫度等。

活動4：成果課堂展示及組間相互交流。分小組展示面膜加熱貼，介紹產(chǎn)品設(shè)計的優(yōu)點，反思產(chǎn)品設(shè)計的缺點。

(四)探究與研討

問題1：可否升級，使面膜與加熱器一體化，即制作自熱面膜。

問題2：可否升級，制作出可循環(huán)使用的面膜加熱器。

二、課程實踐分析

課程實踐對象來自北京市某中學，該班共35名學生，分別來自“1+3”科技創(chuàng)新實驗班(學生知識水平位于初三和高一之間)的1、2、3班。筆者介紹了本課程的主要內(nèi)容(制作面膜加熱器)后，有2個小組共7人自愿選擇此課程為本小組的項目式學習主要內(nèi)容。課程結(jié)束后，筆者對這7名學生中的6名(一名學生因故不能參加訪談)分別進行訪談，其中，學生一、三、五來自同一個小組，學生二、四、六來自同一個小組，小組成員均來自不同班級。筆者對訪談內(nèi)容進行整理分析，得出該課程實踐的相關(guān)成果。

(一)涉及理化生學科知識、原理

學生普遍認為，該課程涉及了一些基本知識與原理，其中，涉及化學學科的內(nèi)容較多，涉及物理學科和生物學科的內(nèi)容較少。該課程在化學學科方面涉及一些放熱反應(yīng)及不同加熱產(chǎn)品的成分、發(fā)熱原理等；在物理學科方面涉及一些簡單的熱學知識，如水液化吸熱以及電能熱能間的轉(zhuǎn)化等；在生物學科方面涉及一些和人體有關(guān)的知識，如面部皮膚的結(jié)構(gòu)等。學生在項目式學習過程中，通過文獻查閱等方法，在知識層面已經(jīng)了解并掌握了很多涉及物理、化學、生物學科的知識。學生通過自主學習與小組合作，既復(fù)習了先前學過的內(nèi)容，又預(yù)習了需要學習的內(nèi)容，進而靈活掌握與綜合運用這些知識。

(二)促進學生基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)的發(fā)展

筆者與6名學生關(guān)于收獲部分的訪談內(nèi)容如下。

問題：在課程學習過程中，你在基礎(chǔ)知識、綜合能力(包括設(shè)計能力、執(zhí)行能力和反思能力等)、精神品質(zhì)等方面有哪些收獲？哪方面的收獲最多？

學生一：“在基礎(chǔ)知識層面，我們開始研究加熱產(chǎn)品時并不知道成分，通過實驗和上網(wǎng)搜集資料，知道了具體成分，獲得很多相關(guān)知識，還學習了一些人體構(gòu)造的知識。在綜合能力層面，我們的設(shè)計能力得到了發(fā)展。我們在開始設(shè)計實驗時毫無頭緒，后來在教師的提示下有了很多的想法。我是組長，領(lǐng)導能力和執(zhí)行能力也得到了提高。我們在失敗時會思考到底哪里出了問題，鍛煉了反思能力。這個課程使我們更加團結(jié)，還培養(yǎng)了我們遇到困難不退縮的精神。例如，我們組由兩個班的同學組成，日常聯(lián)系不太方便，剛開始寫論文時交流溝通比較困難，但后來我們注意分工與合作，也就順利完成了論文?！?/p>

學生二：“我的實驗探究思維之所以得到了很好的發(fā)展，是因為如何制作出適應(yīng)面部的加熱貼，需要我們借鑒已有的加熱產(chǎn)品的發(fā)熱成分、發(fā)熱原理以逐步探究?！?/p>

學生三：“我收獲最大的是知識方面，我們通過閱讀相關(guān)知識資料學到了相關(guān)學科中很多之前不知道的知識。”

學生四：“我的收獲主要是知識與能力。通過上網(wǎng)查閱資料、做實驗，我們了解到不少原來沒有學過的知識，這個過程也大大提高了我的能力?！?/p>

學生五：“我收獲最大的是執(zhí)行能力。例如，我的執(zhí)行效率大大提高了，能迅速、高效地完成組長分配的任務(wù)?！?/p>

學生六：“我的很多方面都得到了發(fā)展，尤其是在失敗中尋找解決方法的反思能力及小組合作克服困難、一點點推進項目的合作精神?！?/p>

從訪談內(nèi)容來看，參與課程的學生收獲頗豐。在基礎(chǔ)知識上，學生通過做實驗與文獻資料的查閱等掌握了很多之前沒有了解過的知識；在綜合能力上，學生的實驗設(shè)計能力、執(zhí)行能力、反思能力得到了有效提高，部分學生還認為自身實驗探究的思維得到了發(fā)展；在精神品質(zhì)上，學生與小組成員合作克服困難，一點點推進項目進度，在這個過程中他們的團隊合作與遇到困難不退縮的精神也得到了發(fā)展。綜上所述，該課程有效達成了項目式學習基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)層面上的目標。

(三)培育學生學科核心素養(yǎng)

筆者與6名學生關(guān)于學科核心素養(yǎng)部分的訪談內(nèi)容如下。

問題：是否聽說過學科核心素養(yǎng)？其對自己是否有幫助？請簡單解釋科學領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵。

學生一：“聽說過。有幫助。比如，我們在研究的過程中會大大提高自身的科學思維能力；遇到問題時，我們會想各種辦法去解決。”

學生二：“沒聽說過。有幫助。尤其是在科學思維上，如宏微結(jié)合、歸納概括、批判性思維等，其他方面也有發(fā)展。”

學生三：“沒聽說過。有幫助。對我來說提升最大的是探究能力。我之前沒有接觸過面膜加熱貼，現(xiàn)在一點點嘗試把它制作出來，很鍛煉探究能力。我們明確了做實驗的時候要嚴謹認真、堅持不懈、保持好奇心，這種精神品質(zhì)對我們來說也很重要?！?/p>

學生四：“聽說過。有幫助。尤其是思維能力，如設(shè)計多組對照實驗，用控制變量法這種思維。與此同時，我的探究能力、探究精神也得到了培養(yǎng)和提高?！?/p>

學生五：“聽說過。有幫助。例如，我在研究生石灰與水反應(yīng)時，就利用了宏微結(jié)合的思維，更好地學習了進行探究實驗的方法，我的學習興趣也提升了很多。”

學生六：“沒聽說過。有幫助。我覺得我的探究能力得到了更大的提升。我們做了很多實驗去驗證自熱飯盒加熱包、暖寶寶、蒸汽眼罩的主要成分和結(jié)構(gòu)，分析發(fā)熱原理，探究用哪些原料制作面膜加熱貼才能使它的熱效應(yīng)最適合面部皮膚?！?/p>

通過以上訪談內(nèi)容可以看出，學生對學科核心素養(yǎng)了解得并不多，只有2名學生聽說過。筆者對科學領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)進行解釋后，繼續(xù)向?qū)W生提問：有4名學生覺得該課程很有利于他們科學思維的發(fā)展；有4名學生覺得該課程對他們探究能力、探究精神的發(fā)展幫助很大；有2名學生既提到了科學思維的發(fā)展，又提到了探究能力、探究精神的培育。在其他問題的回答中，很多學生提到了該課程對他們基礎(chǔ)知識的發(fā)展幫助很大，也提到了該課程對他們養(yǎng)成團結(jié)協(xié)作、不畏困難、立志通過科學解決生產(chǎn)生活實際問題等精神品質(zhì)的作用。綜上該課程可以有效培養(yǎng)、發(fā)展學生的科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任，尤其是鍛煉學生的科學思維與科學探究能力。

(四)具有較高可實施性

學生一、三、五均表示他們做出了符合條件的、比較滿意的面膜加熱貼，由此可以認為小組一較好地完成了教學任務(wù)。小組二也有所斬獲，但沒能在規(guī)定時間內(nèi)做出讓他們所有組員都滿意的面膜加熱貼。在課程總結(jié)時，學生表示對實驗探究與查閱文獻的環(huán)節(jié)印象最深。一方面，學生覺得做實驗很有趣；另一方面，學生覺得這種探索未知的過程讓其有一種獲得新知識的滿足感。在查閱文獻的過程中，學生了解到了很多之前沒有學過的知識，開闊了視野，拓展了知識結(jié)構(gòu)。在學生被問及有何收獲時，無論是項目式學習目標指向中的基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)，還是科學領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)中的科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任，學生都有所提及?！爸谱髅婺ぜ訜崞鳌边@門課程使學生將理論知識學習與動手實踐操作結(jié)合起來，學生以小組合作的方式不斷探索、發(fā)現(xiàn)，解決了冬天敷面膜遇到的問題。

從結(jié)果來看，該課程能充分調(diào)動學生學習的積極性，使學生學習得較為深入，發(fā)生真實、有效的學習與發(fā)展，具有可實施性，十分適合“1+3”科技創(chuàng)新實驗班的學生。學生能夠?qū)Τ晒Φ慕?jīng)驗或是失敗的原因有比較清晰的認識。在這個過程中，學生的反思能力得到了有效鍛煉，且這種鍛煉并沒有經(jīng)教師提示就能自主進行。一些學生指出，無論他們的產(chǎn)品是否完善，他們都得到了很多收獲。這不僅說明該課程是有效的，還說明學生不盲目以結(jié)果為導向，對學習的過程與結(jié)果有較為理性的認識。學生在遇到挑戰(zhàn)時會主動查閱相關(guān)文獻資料，并借助教師的幫助與小組合作的力量主動學習、不斷試驗，將理論和實踐結(jié)合起來解決困難，最終顯著提高了自身素質(zhì)與能力。

(五)得到學生較高評價

從課程總結(jié)和訪談內(nèi)容來看，學生對該課程滿意度較高。在被問及“你愿意上這種學科交叉的項目學習課程，還是單一學科的課程”時，學生均表示之所以更喜歡多學科交叉融合的項目式課程學習，是因為這類課程可以更好地激發(fā)他們的興趣，使他們學到更多的學科知識，較快地提升他們多方面的學科能力，并鍛煉分析比較思維和綜合思維。但也有學生指出，他們上這種多學科交叉融合的項目式課程的機會很少，相關(guān)課程在實踐中十分欠缺。關(guān)于部分學生提出的多講一些基礎(chǔ)知識的建議，筆者在該課程下一步實踐時將認真考慮并進一步調(diào)查研究，探討是否需要根據(jù)不同學生的學情，在實施過程中增加基礎(chǔ)知識的講授或在課程內(nèi)容上補充更多相關(guān)資料。

三、結(jié)語

“制作面膜加熱器”課程有效達成了項目式學習基礎(chǔ)知識、綜合能力、精神品質(zhì)層面上的目標，可以有效促進學生科學觀念、科學思維、科學探究、社會責任維度的科學領(lǐng)域?qū)W科核心素養(yǎng)的發(fā)展，尤其是科學思維和科學探究維度。該課程具有可實施性，適合知識水平位于初三和高一之間的學生，能充分調(diào)動學生學習的主動性與積極性，促使學生深度學習。相對于單一學科的項目式學習，學生更喜歡多學科交叉融合的項目式學習。

科學本身就不是由單一學科構(gòu)成的，多學科更符合實際、更符合科學。研究者意識到了理化生融合項目式學習的價值，學生同樣能認識到。但相關(guān)課程在實踐中缺位，本課程案例可為后續(xù)同類課程的開發(fā)提供借鑒。