导向深度学习的教学新探索——七年级科学《改良沙化土壤的持水性》项目式学习案例

麻妍劼 上海市青浦区实验中学

一、项目概述

社会的发展使人类生活面临越来越多的复杂问题，也给当前教育提出了新的要求——培养具有知识迁移和解决实际问题能力的学习者。项目式学习作为一种指向问题解决能力的新型学习方式，通过对蕴含核心概念驱动性问题的持续研究，引发学生对真实问题的思考与解决，形成可视化的成果，实现深度学习。初中科学课程以提高学生科学素养为目的，以自然现象为研究对象，通过探究活动提高学生解决科学问题的能力，实现学生高阶思维的发展。基于此，科学课程中的诸多活动可以通过项目式学习活动展开，我们以《改良沙化土壤的持水性》这一专题为例，开展科学项目式学习的实践探究。

《改良沙化土壤的持水性》是要让学生针对校园菜园的土壤沙化问题，提出合理治沙方法，改善土壤沙化环境，形成保护环境的责任意识和态度。在这个项目中，学生通过劳动实践发现土壤存在沙化现象，影响庄稼生长。为了改善土质，防治水土流失，学生需要运用科学知识和方法，经历样品采集、方案策划、实验探究、数据分析、交流反思等探究活动，通过合作沟通形成治沙方案，学生科学素养由此得到发展。

二、对应课程内容和标准

《改良沙化土壤的持水性》是牛津上海版《科学》七年级下册第十三单元《地球、矿物与材料》中的项目，以“土壤”知识为核心，以“科学探究”为学习支点，提高解决真实问题的能力。

本项目涉及《地球、矿物与材料》这一单元中的学习内容有：土壤的成分、土壤种类、土地荒漠化与防治，这些内容为本项目的学习提供了认知基础。作为环保性项目式学习活动，本次学习也为十五单元《人与自然的协调发展》的学习提供了活动经验。

本项目学习贯穿“发现问题—提出问题—制定计划—实验探究—数据分析—表达交流”这一科学探究过程。“探究”是科学学科的本质核心，通过探究活动使学生获得思维和能力双向提升。

本项目对应的课程标准如下：

知识技能：1.知道土壤的成分、种类及作用；2.了解土地荒漠化（沙化）；3.知道土地荒漠化的防治方法。

过程与方法：初步具有解决问题的能力和基本的科学方法，能够与他人合作从事简单的探究活动。

情感、态度、价值观：1.能够初步以科学态度对待自然、社会等方面的问题，并敢于提出有科学依据的见解；2.具有求真求实的科学态度和精神。

三、问题和任务框架

1.核心任务：改良校园菜地沙化土壤的持水性

2.驱动问题：校园菜地的土壤出现沙化现象，如何改良？

3.问题链

子问题1：生活中采用什么办法提高砂土的持水性？

子问题2：用以改善砂土持水性材料的科学配比是什么？

子问题3：受到复杂环境影响，实验方案如何优化？

四、学习目标

1.通过小组讨论，设计改良砂土持水性的科学配比方案并进行探究，会用核磁共振技术建立模型验证探究结果，提高科学实验的方案设计、数据分析和建模能力，提升解决问题的发散思维和动手操作技能，感受小组合作的快乐。

2.通过课堂讨论提出改良校园菜地沙化土壤持水性的方法，能综合运用所学知识解决现实问题。

五、项目过程

总体路径和框架

图1

时间：2021年11月12日～12月8日

（一）项目启动

1.了解项目缘由及任务

（1）交代项目开展缘由

学校拥有18 亩劳动教育基地“青植园”。“青植园”内种植了大量农作物，学生每周会在菜园内浇水、施肥、除草，感受劳动教育的意义。一次，我们在劳动过程中偶然发现土壤出现了沙化迹象。根据科学课上学到的知识，学生立马七嘴八舌争议开了：“这好像是砂土，不是壤土。”“这些土壤容易造成水分流失。”“那青菜是不是就长不活了？有什么办法吗？”学生的争议碰撞了科学课上关于土壤的认知领域，于是，我们打算通过项目式学习将学生的理论知识与实际生活建立关联，解决治沙问题，达到学以致用的目的。

（2）明确项目任务

①组建团队

问题提出后，组织学生成立“环保治沙小队”，各组成员根据特长确定小组组长，明确分工职责。

②明晰学习目标

活动开展前，确立本项目学习目标：拓展认知视野；学会使用磁共振等新型科学工具，并利用新型工具开展创新、探究学习；能应用所学知识去发现问题，并进行实验方案的设计，分析、解决实际问题；能积极参与团队协作，与队友进行有效沟通，展示自己的特长。

③明晰学习内容

活动开展前，厘清本项目学习内容：提出治沙方案的假设，通过磁共振检测评估假设方案的可行性和合理性。

④项目成果

活动结束后，小组形成合理完善的治沙方案。

在开展项目式学习的过程中，学生是学习的主体，教师是学生学习的引导者、辅助者，学生以合作探究的方式接受任务并完成挑战，小组成员在项目实施前需要了解学习目标和任务以及各自角色的功能及职责，从而做到心中有数。

（二）项目实施

根据问题驱动，本项目形成3 个子问题：生活中采用什么办法提高砂土的持水性？用以改善砂土持水性材料的科学配比是什么？受到复杂环境影响，实验方案如何优化？并开展一系列探究活动，以下是问题解决的实施路径。

子问题1：生活中采用什么办法提高砂土的持水性？

（1）提出假设（小组讨论）

我们首先就菜园看到的现象展开小组讨论。

师：菜地砂土的持水性为什么很差？

生：因为沙子太粗，它的空隙太大，留不住水分。

师：那我们可以怎么做来减小孔隙呢？

生：我们可以把烂泥混进去。

生：我看到我爷爷在种田时会添加草木灰，据说这个有用。

…………

学生的假设基于生活观察和经验，符合学生认知特点。假设是否可靠，需要通过实验验证。

（2）样品采集

从生活实际出发，我们利用课余时间来到菜园，采集砂土；走近河塘，采集淤泥；学生也从乡下老家带了些草木灰，这些工作为接下来的探究实验“改良沙化土壤的持水性”做好了材料准备，“就地取材”凸显了项目式学习的真实性特点。

图2

图3

子问题2：用以改善砂土持水性材料的科学配比是什么？

（1）制定方案

通过实验找到合理的治沙方案是本项目的关键所在。根据生活经验，学生们认为将淤泥、草木灰等材料与砂土混合，能起到改善作用，但添加的比例分别是多少，引起了不小的争议。对此，我们再次展开讨论，制定配比方案并给出制定依据。在方案交流中，不同小组对他人实验方法的严谨性和实验操作的可行性不断质疑，直至达成共识。而教师在肯定各组方案的同时，又提出了新的看法：“刚才我们都是用两种物质混合来改变土壤的孔隙大小，达到改善持水性的效果。那么如果添加第三种物质，即多种物质相混合，你们觉得可行吗？实验中需要注意些什么？”问题的抛出形成学生思维冲突，意识到设计方案的思维局限性，通过头脑风暴式的交流讨论不断突破。

（2）实验研究，数据分析

确定方案后，学生按照计划展开实验探究，利用核磁共振仪采集不同配比土样的持水性数据，建立图像模型，并对数据加以分析，评估配比的科学性与方案的可行性。

科学实验让学生经历做计划、获取证据和描述分析证据的科学探究过程，这是一个持续性的学习阶段，学习过程中学生通过质疑、反思对问题形成多角度看法，完善科学思维的严密性，提升科学思维创造力；学生通过解释图像模型提高对问题分析的判断力。

图4

图5

（三）成果展示

本项目的初步成果（治沙方案）通过学生汇报的形式展现，重点突出实验探究过程、图像模型的合理分析与解释、评估方案的可行性，最终在诸多方案中选出最完美的一项。学生除阐述成果外，也可对其他小组的结果提出评价。

项目式学习不仅要求学生能呈现某个复杂的解决与论证过程的方案，还要能对他人的见解做出合理的评价，并能根据具体情况选择最优方案，具备一定的科学决策能力。

图6

图7

（四）成果修订

子问题3：受到复杂环境影响，实验方案如何优化？

学生虽然制定出了“治沙方案”，但这是一个理想方案，研究成果仅适用于实验室理想环境。学校菜园建于室外，占地面积广，环境复杂，受到气候、地质等诸多因素影响，土壤成分和特征会发生改变，实验室的治理方案有待改进。对此，学生在初步方案建立的基础上，再一次走向菜园，作进一步实地考察，如监测菜园气象环境，对菜地进行区域划分，抽样采集不同区域土样进行实验，找出差异对比分析，提出更完善的治理计划。

理想方案与实际生活结合，探索解决问题的有效方法，提升学生灵活运用科学方法解决现实问题的能力，感受项目式学习的真实意义。

（五）项目评价

评价是项目式学习中不可或缺的一部分，项目评价包括过程性评价和结果性评价两方面，过程性评价在项目中成为学生自主学习和合作学习的“路标”，是完成任务的“方向盘”，教师借用活动评价表对每个阶段学生的学习情况做评价，既要评价学生探究问题、解决问题和合作交流等能力，又要评价他们的科学态度和团结合作精神等。本项目的活动评价表如表1所示：

表1 活动评价表

（六）项目结项

活动结束后，各小组回顾整个项目过程，进行总结。

1.准备：提出假设，样品采集。

2.探究：制定方案、数据采集、数据分析。

3.交流：成果展示。

4.优化：考虑现实环境。

结项活动是对整个项目式学习的反思和复盘，学生重新回顾开展项目学习的整个流程，交流活动感受。有学生提出：“项目式活动让我感受到了学习的快乐，这和平时的课堂不太一样。”也有学生谈道：“一直认为治沙问题是科学家所要考虑的，现在看来，原来我们都有成为科学家的发展潜力。”每个学生在结项活动中都有着自己的收获和喜悦。

六、项目成效与反思

（一）真实情境+实践体验，让科学学习变得更精彩

科学课程以自然为起点，帮助学生从亲近自然走向亲近科学，传统课堂以“教室、实验室”两点一线为中心，学习环境似乎与真实生活存在着一些隔阂。项目式学习带领学生在真实情境中认识自然，聆听大自然的声音，感受大自然的奥妙，激发学生对自然探究的主动性和积极性，建立探索科学的兴趣。在本项目采集实验样品时，那些平时上课偷懒的学生却表现得十分积极，不仅主动承担了小组内河塘淤泥开采的艰巨任务，还帮助其他小组一起完成。活动结束后，教师对学生做了访谈，有学生表示：“我一直以为上海这个地方没有砂土，课本上的土地荒漠化离我们很遥远。今天实地考察后才发现并不是这样，项目式学习让我感受了学科学的意义。”还有学生感觉到“这样上课很开心，可以走进大自然，畅所欲言，没有学习压力、学习负担”。

（二）小组合作+角色定位，发掘同伴身上的闪光点

项目式学习是以小组为单位的合作交流活动，每个学生在学习期间扮演不同的角色，而角色的分工是根据学生的兴趣和特长所决定的，这就给学生创造了发挥个性、表现自己的机会，帮助学生建立起学习自信和成就感，促使学习成效的正向发展。本次项目式学习中，A学生不善于表达，喜欢单人作战。在小组中，教师考虑到了A 学生的性格，让他担任记录员的角色。A 学生隽秀的字迹和负责的态度及撰写完整的实验报告得到组员们一致的认可，平时默默无闻的A学生因此赢得了大家的好感，他感受到了组员们的热情，也表现出愿意和大家交流的想法。

（三）框架问题+探究活动，促使学生高阶思维发展

框架问题驱动学生沿着问题解决之路前进，激发学生参与项目，围绕科学核心素养，运用高阶思维展开学习，推动项目不断引向深入。本项目中，教师建立了“校园菜地土壤出现土壤沙化现象，如何改良？”这一驱动问题，围绕这一问题，设计了“生活中采用什么办法提高砂土的持水性？“改善砂土持水性材料的科学配比是什么？”受到复杂环境影响，实验方案如何优化？”三个子问题，这些问题引导学生思维由封闭固定向开放（分析、评估、创造）发展，循序渐进，学生深层思维得到训练。

（四）评价导引+组间交流，提升学生思辨能力

项目式学习离不开评价，学生通过沟通对成果进行阐述总结或接受他人的质疑，这对个人思辨能力的发展产生巨大的影响，达到深度学习的效果。本项目中，学生在方案设计交流环节和最终成果展示阶段引发争论，通过相互间批判、反驳或追问碰撞智慧火花，这给学生提供了利用科学知识来评价他人和辨别他人弱点的机会，使学生思辨能力的发展迈向更深层次。