基于项目式学习的跨学科实践活动

尹雨婷 韩菲 向婧

摘 要 基于项目式学习模式，以《义务教育生物学课程标准（2022年版）》设置的发酵食品制作类跨学科实践活动—“制作泡菜，探究影响泡菜亚硝酸盐浓度的因素”为例，设计四个子项目。从项目目标的制定、活动的设计开展到项目评价的设计，从课内到课外，从定性到定量，引领学生在完成项目的过程中提升学科核心素养。

关键词 项目式学习 跨学科实践 发酵食品中图分类号 Ｇ633. 91 文献标志码 B

项目式学习（Project-Based Learning，以下简称PBL）是一种教授科学的方法，其重点是让学生探究他们认为有意义和有吸引力的问题，并激发他们对世界的好奇心。通过对问题的探究，学生能理解相关现象，重视某些自然事件，或者能使用学科核心概念、科学与工程实践和跨学科概念来找到问题的解决方案。教师倡导PBL，帮助学生正确理解“科学”，提高学生“做科学”的主动性，对学生核心素养的发展至关重要。

“生物学与社会·跨学科实践”是《义务教育生物学课程标准（2022年版）》 （以下简称《课程标准》）的新增主题，旨在引导学生认识生物学与社会的关系，理解科学、技术、工程学、数学等学科的相互关系，使学生尝试运用多学科的知识和方法，通过设计和制作，解决现实问题或生产特定的产品。教师加强和完善生物学教学，组织以PBL为特点的跨学科实践活动是发展学生学科核心素养的重要支撑。因此，下文以《课程标准》中“生物学与社会·跨学科实践”主题下“制作泡菜，探究影响泡菜亚硝酸盐浓度的因素”项目为例，探讨如何在跨学科实践活动教学中落实生物学核心素养的培养。

1 教学设计思路

“制作泡菜，探究影响泡菜亚硝酸盐浓度的因素”是《课程标准》设置的发酵食品制作类跨学科实践活动之一。 《课程标准》中要求采用传统的发酵技术完成发酵食品的制作，并“运用多学科的知识和方法，从发酵的条件控制、装置的改进、食材的选择等方面不断尝试”，对发酵食品进行创新性的改良。 “制作泡菜，探究影响泡菜亚硝酸盐浓度的因素”这部分内容充分体现了PBL的三维学习理念，即整合学科核心概念、跨学科概念和科学与工程实践。下文以此为总项目，将其拆解为四个子项目后提出驱动性问题，使学生在自主解决问题的过程中发展生物学核心素养，具体设计思路如图1所示。

2 教学目标

（1）从结构与功能观、物质与能量观的角度，观察植物细胞的吸水和失水现象，了解乳酸菌的分类、结构、代谢和应用，归纳概括泡菜制作的科学原理，并尝试选用时令蔬菜制作泡菜。

（2）初步认识亚硝酸盐对人体的危害及亚硝酸盐含量的测定原理，尝试用半定量的方法，参照教师提供的标准比色溶液，利用比色法检测并估算泡菜中的亚硝酸盐含量，认同养成健康饮食习惯的重要性。

（3）探究发酵时间、食盐浓度、大蒜添加量等因素对泡菜亚硝酸盐浓度的影响，初步学会控制变量、设置对照等探究实验原则，并尝试进行科学质疑和科学论证。

（4）基于实验结果，尝试提出泡菜制作的改良方案，寻求提高泡菜质量的措施，讨论与此相关的食品安全问题，为人体健康提出有价值的建议，努力践行并宣传健康的生活方式。

3 教学过程在教师的引导下，学生根据“组内异质，组间同质”的原则组建项目小组，开展跨学科实践活动。

泡菜是一种歷史悠久与大众化的乳酸发酵蔬菜制品，经常食用可使人体摄入大量的活性乳酸菌及乳酸菌代谢产物，它们具有调节肠道微生态平衡、提高机体免疫力等保健功能。然而长期食用泡菜也会有一定的危害，其中最为严重的就是亚硝酸盐含量超标带来的潜在安全性问题。那么，如何测定泡菜中亚硝酸盐的含量呢？教师创设具有现实意义的问题情境，将研究内容与生活实际相结合，学生由此确定研究项目。

经课堂讨论，教师和学生进一步将总项目拆解为四个子项目，即理解泡菜制作原理、体验制作泡菜、简易测定泡菜中亚硝酸盐的含量及探究泡菜亚硝酸盐浓度的影响因素。项目难度和复杂度逐渐提升，符合初中学生的认知发展水平。其中，子项目3需要制作标准比色溶液，涉及较为复杂的实验原理和操作，由教师带领兴趣小组的学生课下完成。子项目4涉及的跨学科知识较多，整体难度较大，由学生结合自身实际情况，自主选择是否加入学习兴趣小组，跟随指导教师课下完成。其余项目内容在课堂完成。

3.1 子项目1：理解泡菜制作原理

驱动性问题：泡菜腌制过程中发生了哪些变化？为什么？

学生通过品尝泡菜，发现腌制前后蔬菜的口感、形状、色泽等都发生了显著的变化，进而产生疑惑：这些变化是如何产生的？此时，教师可提示学生用萝卜条观察植物细胞的吸水和失水现象，并引导学生思考：将新鲜的蔬菜浸泡在食盐水中，蔬菜会发生什么变化？如何记录变化？学生小组讨论，合作生成实验探究方案：将新鲜萝卜处理为大小、重量几乎完全相同的萝卜条，记录数据；之后取两个贴有甲、乙标签的烧杯，并在甲、乙烧杯中分别加入等量的食盐水与清水；接着，将两个萝卜条称重记录后置于甲、乙烧杯中，等待10～15 min取出，晾干表面水分后再次称重，观察并在实验记录表中记录前后变化。

学生通过观察实验现象，分析实验数据，得出结论：萝卜条吸水和失水的条件取决于外界溶液浓度的大小。当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，萝卜条吸水；当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，萝卜条失水。因此，将萝卜条放入泡菜坛后，由于其细胞液的浓度小于食盐水溶液的浓度，萝卜细胞会失水，从而导致萝卜条变小变软、皱缩减重。

此外，项目小组通过查阅相关资料，发现泡菜腌制过程中发挥主要作用的微生物是乳酸菌。乳酸菌是一种厌氧菌，其在无氧条件下发酵生成乳酸，使得泡菜呈现一种独特的风味。

3.2 子项目2：体验制作泡菜

驱动性问题：怎样简单制作传统发酵食品 — — 泡菜？

学生课前向长辈请教，了解泡菜制作的一般方法和过程，各项目小组交流讨论、统一意见后，决定选用时令蔬菜圆白菜制作泡菜，并形成具体制作方案：首先，用无菌水将圆白菜洗净晾干、切块备用；接着，用无碘食盐与煮沸冷却的无菌水配制质量浓度为10g/L的食盐水溶液；并取容量为250 mL的锥形瓶作为发酵容器，用医用纱布包裹药棉制成塞子备用；正式制作泡菜时，向锥形瓶中加入90 g圆白菜与200 mL盐水，塞上棉塞后，进行发酵。

3.3 子项目3：简易测定泡菜中亚硝酸盐的含量

驱动性问题：如何检测并估算泡菜中的亚硝酸盐含量？

泡菜腌制过程中所产生的有害物质 — — 亚硝酸盐，其含量的测定为学生关注的重点，也是本次项目式跨学科实践活动的教学难点。教师提前准备亚硝酸盐相关理论知识的资料卡片（图2），并于课前分发给学生。

教师参考《食品安全国家标准：食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定（GB5009.33—2016）》提供自制的标准比色溶液，供学生检测并估算泡菜中亚硝酸盐的浓度。实验操作为：配制泡菜样品提取液的有色溶液，将其与标准比色溶液的颜色进行对比，用比色法得出该样品提取液的亚硝酸盐浓度。之所以采用这种方法，是因为学生已有的认知水平不足以理解准确定量实验的原理以及操作步骤。

3.4 子项目4：探究泡菜亚硝酸盐浓度的影响因素

驱动性问题：如何更加健康地食用泡菜？

在顺利完成上述三个子项目后，学生产生了诸多疑问。例如： （1）如何才能定量测定泡菜的亚硝酸盐浓度？ （2）泡菜亚硝酸盐浓度与发酵时间、食盐浓度、大蒜添加量和柠檬酸浓度有什么关系？学生自主组建兴趣小组，跟随指导教师在课余时间完成了泡菜亚硝酸盐浓度的定量测定及泡菜亚硝酸盐浓度影响因素的探究。

教师向学生呈现 NaNO 2 标准曲线（图 3），利用NaNO 2 标准曲线生成回归方程：y=0.5876x-0.0006，R 2 =0.9991（R 2 指的是相关系数），从而定量测定泡菜的亚硝酸盐浓度，并探究泡菜亚硝酸盐浓度的影响因素。其中，NaNO 2 标准曲线的构建过程由教师提前录制成微课，作为补充学习资料提供给学有余力的学生。

通过小组讨论，学生确定了两个探究因素：食盐浓度与大蒜添加量。两个小组分别将食盐浓度梯度与大蒜添加量设置为1%、2%、3%、4%（质量分数）与3 g、6 g、9 g，进行对比实验，并在不同时间测定泡菜亚硝酸盐浓度。测定方法基于子项目3中泡菜样品提取液有色溶液的制备。

学生以项目小组为单位，对实验数据进行收集和整理，教师帮助学生绘制亚硝酸盐浓度随腌制时间变化的曲线图，直观、简洁地呈现实践成果。

学生观察、分析亚硝酸盐浓度随腌制时间变化的曲线图，得到合理的结论。泡菜亚硝酸盐浓度在发酵前期均处于上升趋势，第5天前后达到峰值，之后开始下降，在发酵时间达到第7天左右下降到一个相对稳定的数值。通过对比不同食盐浓度（质量分数）的泡菜亚硝酸盐浓度，学生发现，当亚硝酸盐浓度达到峰值时，食盐浓度为1%的泡菜亚硝酸盐浓度最高，食盐浓度为4%的泡菜亚硝酸盐浓度最低，当亚硝酸盐浓度降到稳定值时，食盐浓度为4%的泡菜亚硝酸盐浓度最低；对比不同大蒜添加量的泡菜亚硝酸盐浓度时，学生发现，大蒜添加量越多，泡菜亚硝酸盐浓度总体上越低，但3 g、6 g、9 g大蒜添加量的泡菜亚硝酸盐浓度差别不大。因此，在同时考虑食品安全和制作成本的情况下，泡菜发酵的最佳条件为4%食盐浓度、3 g大蒜添加量，且发酵时间应在7天以上。

最后，教师进一步提出思考题：根据研究结果，你可以从饮食习惯方面提出一些建议吗？你可以自主设计实验探究隔夜茶中亚硝酸盐浓度是否会增高吗？从而让学生意识到，学科核心概念和跨学科概念是可以用来指导科学与工程实践的。同时，教师建议学生学以致用，以科普短文的形式科学、客观地介绍亚硝酸盐及其对人体健康的影响，倡导大众形成健康的生活方式。

4 教学评价

在活动结束后，学生撰写实践活动报告，包括活动目标、方案、结果、反思等，分享实践成果。同时学生针对他人提出的具体问题，运用证据进行交流和讨论，反思研究不足，从而改进实践方案。

教师对本次项目式跨学科实践活动采用学生自评-同学互评-教师评价的多元评价方式，注重过程性评价和终结性评价的结合，客观全面地反映出学生在整个活动过程中的表现，从而引发学生更深层次的学习和理解。在教学评价中，教师结合学生的学习实践，从多个维度设计评价指标，确定评价等级和评价标准，制定评价量规，见表1。

5 总结与反思

5.1 创新点总结

本次项目式跨学科实践活动实施存在的困难有实验药品繁多、实验步骤繁琐、实验耗时较长等，所有的操作无法都由全部学生在课堂上完成。因此，教师创新了教学组织形式，将课堂上基础知识的夯实与课外兴趣小组的拓展学习相结合。同时，教师为学生提供了半定量测定亚硝酸盐含量的标准比色溶液，从而简化了实验仪器、实验药品和实验步骤，增强了实验的可操作性。

PBL作为一种较受认可的提升学生跨学科能力的教育模式，强调以学生为主体的合作学习。在此次跨学科实践活动教学中，教师引导学生使用数学的方法记录实验结果，用化学的原理解释生物学问题，让学生体会到了不同学科之间的交叉联系，使教学实现了学科核心概念和跨学科概念的同步推进，充分体现了PBL的优势，也较好地诠释了跨学科实践活动教学课堂的趣味性。

通过使学生学习泡菜制作的科学原理，探讨泡菜亚硝酸盐浓度的变化规律，教学有效落实了对学生生命观念核心素养的培养。在设计、改进、确定实验方案以及分析数据、建构模型、得出结论的过程中，学生的科学思维核心素养得到了较好的发展。学生动手实践完成项目，促进了其探究实践核心素养的落实。对研究结果进行分析，使学生对提高发酵产品品质的认识更加立体化，也引导学生形成了合理饮食、健康生活的观念，提高了学生的社会责任感，进一步完善了学生对态度责任核心素养的认知。学生通过与他人合作寻求驱动性问题的答案，在完成一个个子项目的过程中建构科学知识和方法，全面提升整体的学科核心素养，增强未来解决生物学问题的能力。

5.2 教学反思

跨学科能力对学生核心素养的发展有着重要的作用，然而如何在实践中培养学生的跨学科能力却是个难题。教师在实施本次项目式跨学科实践活动教学的过程中发现，跨学科实践存在着学科进度上的不一致性。例如，定量分析比定性分析精确，但泡菜亚硝酸盐浓度的定量测定对学生的数学、计算机基础水平要求较高，因此，对于大多数初中生来说，将定性实验转化为准确定量实验的可行性不高。此外，泡菜亚硝酸盐浓度的测定涉及较多复杂的化学反应原理，然而化学是初中生步入初三后才接触到的一门学科，学生大多缺少化学基础知识的支撑，难以深入理解其测定原理。因此，教师制作了标准比色溶液，用于泡菜亚硝酸盐含量的半定量检测，为检测试剂不充分的广大教师提供参考思路。

此外，本案例是对人教版高中生物学教科书《选择性必修3·生物技术与工程》第一章第一节中的“探究·实践”栏目内容的铺垫，保证学生学习内容的连贯一致、循序渐进，體现了《课程标准》“课程设计重衔接”的课程理念。

发展学生的核心素养是义务教育生物学课程的设计宗旨和实施的基本要求。 《课程标准》中新增的“生物学与社会·跨学科实践”主题，为落实学生生物学核心素养的培养提供了新的思路，应被广泛关注。

参考文献：

［1］［美］约瑟夫·S·科瑞柴科，［美］查琳·克泽尼亚克著.王磊等译. 中小学科学教学项目式学习的方法与策略［M］. 北京：北京师范大学出版社，2021：2.

［2］中华人民共和国教育部. 义务教育生物学课程标准（2022年版）［S］. 北京：北京师范大学出版社，2022.

［3］夏雪梅. 项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践［M］. 北京：教育科学出版社，2021：114-125.