项目式学习培养生物学核心素养的教学设计

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）针对新时代初中生物学教学工作提出：生物学核心素养是生物学课程育人价值的集中体现，在生物学课程教学中要以学科核心素养为核心，围绕生命观念、科学思维、探究实践、态度责任确立课程教学目标。新课标下的初中生物学教学中，教师要根据初中生物学核心素养培养要求，在实际教学中积极推进先进教学技术与理念，创新教学内容与方法，构建全新的教学体系，为学生生物学核心素养发展提供有力支持。初中生物学课程教学中，教师通过项目式学习方法，在丰富当前课程教学方式的基础上，能够通过建构主义思想在课程教学中的渗透，帮助学生对课程知识形成更加深刻的了解和认知，促进学生使用课堂知识解决实际问题，让学生在生物学知识学习中真正做到“学以致用”，从各个维度推动学生的核心素养发展。血液透析机是生物学领域知识在医疗领域应用中的典型事例。在初中生物学教学中，开展血液透析机原理模式设计的实践教学活动，能够引导学生在学习中充分认识到生物学知识与日常生活间的联系，激发学生学习生物学知识的兴趣与热情，并促进学生学科知识实践应用能力的提升。

一、项目内容及学情分析

“设计血液透析机原理模型”是初中生物学“人体生理与健康”知识体系中重要的一部分，力求从生物学的视角，培养学生对“生命”这一概念的全面认知。根据学科核心素养要求，学生在学习这部分知识时，在充分了解各项人体生命科学知识的基础上，要形成对“生命”概TpV10jEQnGoRaVvnmit/zxI6RnrJgn32wd/oBUdXWpA=念的思考和珍爱生命的意识。学生需要充分运用课程知识解决生活中的与人体健康相关的问题，并且在解决问题的过程中，通过科学探究以及各知识点的运用比较、归纳、分析等科学方法培养“科学思维”“探究实践”等核心素养，通过掌握人体生理和卫生保健知识形成健康的生活态度和生活习惯。

“设计血液透析机原理模型”项目知识内容归属于“人体内物质循环”知识体系。学生在开展此项目学习前已经对人体营养、呼吸、体内营养与代谢物质运输部分的知识进行了系统学习，对人体内的营养物质供给与人体内物质代谢的机制已经有较为深入、全面的了解。该项目内容设置具体承接生物学课程中“人体内废物的排出”相关的知识点，重点通过项目学习引导学生更深入地了解肾脏功能与结构，促进学生对人体结构的认知，辅助建立学生的结构性思维。

二、项目目标

1.带领学生调查与分享肾脏透析医疗活动相关的信息，掌握肾脏透析治疗的核心原理，并由此通过类比迁移的方式了解人体内肾脏的基础功能，让学生在项目学习中初步具备对现实事物的调查取证能力及知识类比迁移能力。

2.在项目学习中对健康人的血浆、原尿及尿液的成分进行对比研究，对尿液来源及在人体内的完整形成过程建立完整的认知。促进学生在此次项目学习中学习研究意识与类比分析能力的发展。

3.绘制完整的人体尿液生成示意图，帮助学生系统认知肾脏结构与功能，引导学生在项目学习中逐步形成结构性思维，对“生物科学”概念形成明确的认知，引导学生以科学的思维开展学习，激发学生崇尚科学、尊重科学的思想观念。

4.根据人体内尿液构成推导分析尿液形成的过程，以此作为血液透析机原理模型设计的依据，在项目学习中培养学生的模型建构能力以及对模型建构原理的解释、说明能力，让学生在项目学习中感受科学的严谨性，帮助学生通过项目学习养成科学学习习惯与研究习惯。

三、项目具体实施

项目活动初始阶段，教师发布项目情境：

尿毒症患者的肾脏代谢功能严重衰退，无法将体内各种代谢废物排除到体外，导致机体内代谢废物与毒素淤积，体内电解质水平紊乱，酸碱失衡等。人体内代谢废物或毒素积聚达到一定水平会导致患者中毒死亡。而血液透析机在临床中就起到代替人体正常肾脏，过滤患者体内积聚的代谢废物与毒素，延长患者寿命的作用。

根据上述情境内容，教师创设项目任务，提出驱动性问题，组织开展问题对应项目活动。

★项目任务一：确定项目核心问题，构建血液透析机原理模型设计的核心框架

项目活动开展最终要得到一个科学、完善的血液透析机原理模型。根据该要求，项目活动开展前期，教师应基于科学研究的既有体系，首先明确血液透析机人体肾脏的基础运行原理，为血液透析机设计提供科学原理支持。该环节总体流程设置如图1所示：

根据项目情境设置，提出项目学习任务，引导学生开展项目学习。

学习任务1：血液透析在临床医疗中有什么样的效果？

教师要求学生在课前开展血液透析原理调查。活动中，学生根据项目情境预设信息，通过向家长询问、网络资料查询等各种方式了解尿毒症临床相关的知识，从整体临床角度分析血液透析的作用。学生通过各种途径获取调查结果后，可以选择与其他同学围绕此开展交流，充分交换各自的调查结果及意见。调查活动的最后，学生根据个人调查结果自主撰写调查报告，对调查结果进行全面、细致的展示，文字条理清晰，易于理解。教师在学生开展自主调查前为所有学生提供一份调查报告撰写的模板，以便学生能够顺利完成此项活动任务。

（设计意图：引导学生在项目开展前进行卓有成效的课前自主探索活动，全面了解血液透析活动的临床意义。一方面，为学生后续的课堂活动提供必要的现实数据支持。另一方面，锻炼学生的科学研究能力及合作意识，让学生对科学研究活动的整体体系形成一定程度认知。）

学习任务2：人体正常情况下如何有效处理体内的代谢废物及毒素？

教师首先根据班级内学生的个人意愿将学生分成若干人数大体相等的活动小组;之后各个小组学生围绕问题开展集体讨论活动，解答问题。在讨论中，教师要求各组学生中的一名学生使用智能手机、平板电脑等智能设备，配合小组讨论进程利用网络查询相关的资料。与此同时，教师在学生讨论过程中不对活动进程加以主动干预，但要时刻准备接受学生提问，对学生问题探索给予实质性引导。同时，教师要在学生查询使用网络资料时予以监控，避免学生使用错误资料最终导致问题讨论结果的错误。

（设计意图：引导学生以自主探究的方式充分了解人体肾脏功能，并形成对肾脏功能正常对人体健康重要性的深入认知。）

学习任务3：血浆向尿液转化的过程中具体发生了什么？

课后学习中，教师根据问题组织学生开展人体血浆与尿液成分调查活动。活动开展中，学生通过各种途径与医院临床工作人员取得联系，获取问题相关的各项准确数据，自主开展对比研究。学生在最终活动成果提交中同样需要向教师提供格式相同的调查报告。报告中包含人体血浆与尿液物质成分与不同物质含量、比例的对比分析数据等。

（设计意图：让学生对血浆与尿液成分形成全面认知，为后续血液透析机原理模型的功能设计部分提供充分依据。）

★项目任务二：深入认识人体的尿液

血液透析机之所以能够在临床中发挥作用，根本上在于其能够有效取代人体健康肾脏的作用。人体内的健康肾脏通过尿液生成，以尿液为载体携带人体内大部分的代谢废物及毒素，将这些物质排出，保证人体健康。而血液透析机的原理设计，需要对人体内尿液生成相关内容有全面认知，以保证血液透析机原理设计的科学性。该环节流程设计如图2所示。

根据以上内容，教师提出该任务下属的项目学习任务及活动。

学习任务1：人体内的尿液从何而来？

教师以学生之前提交的人体血浆与尿液成分调查报告为基础，引导学生结合之前学习中对人体各项功能运行机制与对应器官知识，开展小组讨论。在学生合作探究中，教师要随时注意学生的问题探索方向，有意识地引导学生在血浆与尿液成分转化机制的探索中将肾脏功能部分的知识代入其中。在此基础上，教师指导各组学生绘制人体内尿液生成的结构示意图，系统展示人体尿液的生成过程。根据图2中显示的肾脏功能结构示意，教师进一步向学生提问：人体肾脏各个构成部分在尿液生成过程中具体起到的作用，引导学生对肾脏生成尿液的机制进行深入的合作探究。以上各项问题的探究方法与之前的合作探究方法保持一致。

（设计意图：引导学生通过由浅入深的探索学习思想，在自主学习探索中不断生成新问题，由新问题引发全新的学习探索过程。通过活动探究过程，进一步引导学生感受驱动性问题对于课堂学习进程的“驱动性”，为学生自主学习提供有效规范的同时激发学生的问题意识。）

学习任务2：人体内尿液最终又要到何处去？

根据问题描述，教师指导学生就人体内尿液存储与排出的过程开展合作探究活动。在活动中，根据学生已经明确肾脏在尿液生成中的机制与作用的前提，通过多媒体直观展示包含肾脏在内的完整的人体泌尿系统结构。展示人体泌尿结构的同时，教师要求学生采用与绘制人体尿液生成结构示意图相同的方法进行人体尿液存储与排出结构示意图构建，并将这一部分内容与之前的人体尿液生成结构示意图合为一体，形成与教师多媒体课件上展示内容相同的完整的人体泌尿系统结构。

（设计意图：帮助学生形成对人体泌尿系统整体结构认知的同时，可以为学生后续开展血液透析机运行原理完整设计提供参考，保证学生之后构建的模型能够正常运转。在学生核心素养发展推动层面，上述活动开展有助于学生将此项活动cJps3Km9RrxOqAHh6luECO6XLnamOPDL3TPhVns6ISk=内容与之前的各项活动内容充分关联，进一步增强学生对项目内容的整体性认识，巩固学生对生物学知识的结构性认知。）

★项目任务三：根据前面各项项目学习探索成果创建血液透析机原理模型

血液透析机原理模型是项目活动的最终成果。血液透析机原理模型的构建，需要学生利用对人体尿液形成与肾脏功能作用的充分认知，在血液透析机原理模型中对人体肾脏乃至整个泌尿系统的功能进行高度仿真模拟，让构建的原理模型真正具有实际应用价值。该环节流程设计具体如图3所示。

教师在项目学习中向学生发布学习任务及相应的活动要求。

学习任务1：血浆向尿液转化的过程中带走了什么？留下了什么？

教师根据问题带领学生回归教材，要求学生阅读教材中相关的介绍。根据教材中提及的有关知识，教师组织学生再次进行合作探究活动。在合作探究中，教师同样允许每组中有一名学生使用智能设备配合探究活动。活动中，教师要求各组学生向教师提交一份切实可行的保留血液营养物质的基础技术方案，并面向班级所有学生进行口头汇报，回答学生质疑。

（设计意图：让学生对血液中的营养物质分布有进一步的明确认知。通过最终的成果提交及汇报，充分锻炼学生的问题解决能力与辩证思维。）

学习任务2：在血浆向尿液转化过程中如何维持人体酸碱平衡？

根据问题指示，教师引导学生关联既有的生活经验与知识基础，自主探讨水维持人体内部酸碱平衡的机制。教师在学生自主探究中，通过多媒体课件向学生系统展示各种水在不同酸碱度介质中流动的场景信息，要求学生根据场景信息提示推导水在不同介质间流动的原理，由此得到答案。

（设计意图：引导学生进一步认识到日常生活经验与科学探索的联系，让学生充分掌握关联实际生活经验开展科学问题研究中的类比研究方法，提高学生科学探究的能力。）

学习任务3：血液透析机原理模型的设计方法。

该项问题为项目中最后的问题。学生根据问题要求，总结归纳之前活动中取得的各项成果，以绘制的人体泌尿系统结构示意图为主体，综合人体肾脏功能与临床中目前应用的血液透析机原理知识，以小组为单位自主构建血液透析机原理模型。最终得到的模型结构如图4所示。

（设计意图：总结学生在项目活动中取得的各项成果，以活动成果输出系统检验学生的项目知识掌握与生物学学科核心素养总体发展情况。）

四、项目设计实施启示

1.初中生物学项目化学习活动开展中要尽最大可能关联学生既有的生活经验与科学认知，让学生在项目学习伊始对项目的核心目标、具体任务要求等有明确的认知，确保学生能够实际参与到活动中，并在项目学习中获得实质性的收获。

2.在初中生物学项目式学习活动中，教师要充分尊重学生在活动中的主体地位，在活动内容设置上充分考虑学生学科核心素养发展各个维度的需要，让学生在项目活动中开展更深入的自主学习，帮助学生在项目中培养各个维度的能力。

3.在初中生物学项目式学习活动中，教师要高度重视问题对学生自主学习的推动作用，全面立足项目目标与学生核心素养发展中最重要的要求创设问题，通过问题科学规范学生活动中的自主探索学习，为学生生物学核心素养发展指明方向。