基于项目式学习的高中生物学跨学科教学设计——以“新疆棉田连作障碍的生物修复”为例

1.了解新疆棉田连作障碍现状，并掌握现状调查的一般方法和步骤；探索新疆棉田发生连作障碍的原因。（生命观念、科学思维）

2.掌握微生物和土壤之间、人类和土壤之间的相互关系，并能够综合运用生物学中的微生物、地理中土壤、化学中的酸碱性等相应知识提出解决新疆棉田连作障碍的方案。（生命观念、科学思维）

3.能够合作设计微生物消减棉田连作障碍的实验方案，并通过小组合作完成实验、评价，最终形成成果。（科学探究）

4.认识到土壤的绿色环保种植对新疆农业可持续发展的重要性。（社会责任）

二、课程内容及实施过程

本文以“新疆棉田连作障碍的生物修复”作为项目主题，引导学生进入情境、了解项目、分析项目、跨学科综合运用知识、设计方案解决问题，最后进行汇报交流，互评项目设计方案。教师以引导者、组织者的身份完成跨学科课程教学，聚焦学生核心素养的塑造、高阶认知思维的激发以及解决实际问题能力的培养。课程借助前沿教学理念，采用多元化教学手段，为学生关键能力与素养的培养提供支撑。

本课程开设在高二下学期，学生已修完生物学（必修一、必修二，选择性必修一、选择性必修二、选择性必修三），地理必修二，化学必修一、必修二的全部学习内容，具备基础性知识以及初步探究能力。学生大多来自新疆本地，在日常生活中与新疆棉田有较多接触，这使其对棉田连作障碍的成因及土壤障碍具有更直接的理解，从而有助于学生进行深度学习，理解并完成项目。

（一）基于项目式学习的跨学科教学中的情境创设

情境创设旨在聚焦实际生活或社会热点问题及相关议题，分析深层背景，以创设能够引发学生思考、激发学生共鸣、提升学习主动性的情境，从而激发学生解决问题的欲望。“新疆棉田连作障碍的生物修复”项目有三个子任务。

1.开展新疆棉田连作现状调查。该课程任务以新疆棉花种植的社会、经济价值作为驱动问题，引导学生了解新疆棉田连作现状，以小组为单位，设计棉田连作现状调查方法，并通过小组互相评价完善任务，以此锻炼学生的科学思维、合作能力、创新能力及批判思维等。

2.探究作物产量与肥料施用量的关系。该课程任务通过分析肥料施用对作物生长发育的影响及对土壤生态的影响这两个驱动问题，引导学生分析影响棉田连作障碍的因素，并通过探究实验设计活动，培养学生的科学思维和科学探究能力。

3.深度分析棉田连作障碍的形成原因。该课程任务引导学生深度分析棉田连作障碍的原因，从而创设棉田连作障碍生物修复项目的情境，激发学生解决连作障碍的兴趣。具体见下页图1。

（二）基于项目式学习的跨学科教学中的知识拓展

知识拓展是针对学生解决项目问题时所用到知识的整合，旨在引导学生初步探索解决问题的方法。该环节充分整合不同学科知识，引导学生从多学科、多角度充分思考问题，给予学生创新空间。

在“新疆棉田连作障碍的生物修复”项目中，结合课程内容“人类与土壤的关系”，应用微生物资源对棉田连作障碍的消减方法设置三个子课题。

1.通过观察分析土壤的活动，将土壤的相关知识（地理学科）和微生物（生物学学科）相关知识结合，分析微生物和土壤的相互作用，为微生物消减棉田连作障碍奠定理论基础。

2.通过微生物改善土壤的方案设计活动，培养学生形成解决问题的思路、提升其将理论知识应用于解决实际问题的能力。

3.在棉田连作障碍的消减方法课程中，引导学生从多角度综合各科知识解决实际问题，引导其提出多种方法，如化学法、耕作方式改变及生物方法等，最终形成绿色、高效的微生物修复棉田连作障碍方法。教师在此过程中需进行知识的补充及方法运用的指导。

（三）基于项目式学习的跨学科教学中的实验实践

实验实践环节注重将理论运用于实践。通过前两个环节的课程，学生对项目的理解以及相关知识和方法的掌握有了大幅度提升。在第三环节，学生以小组为单位运用知识、技能自主设计实验方案，小组之间相互评价。

在“新疆棉田连作障碍的生物修复”项目中，教师设计了“微生物修复棉田连作障碍实验方案设计”“功能微生物分离筛选及培养”“微生物应用效果评价”三个子课题。学生分组进行方案设计，小组间分享并互相提出建议，最终形成实验方案，其间可以寻求教师帮助。通过分享实验中的优点和不足并提出改进措施，学生能够形成系统的科学探究能力，从而提升解决问题的综合能力。

（四）基于项目式学习的跨学科教学中的挑战汇报

挑战汇报阶段是对前三个环节的梳理回顾，旨在形成更系统的解决方法和思路，是对学生高阶思维、解决问题能力提升及核心素养的综合评价。在“新疆棉田连作障碍的生物修复”的项目方案中，笔者设计了“绿色发展行动方案”“展示汇报”两个子课题。在“绿色发展行动方案”设计课程中，学生回顾解决问题的基本步骤与方法，形成解决问题的系统方法和思路，并最终完成行动方案的设计。在“展示汇报”课程中，学生需充分展示成果，互相评价提升，形成最终方案作为课程成果。

本文为节选。

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