導讀
項目化學習簡稱PBL，是一套設計學習情境的完整方法。通過真實的、有意義的、連貫的項目經驗，促成學生對知識內容深入而全面的理解。不僅要讓學生覺得有趣、著迷，更是「學習的核心」。就像在公司或組織的項目中工作一樣，我們模擬學生在團隊中的學習，讓他們去探究、研究、合作和創造持久的解決方案來解決現實世界中的複雜問題，這就是PBL的要點。
- 本文作者單位系上海市建平中學 、上海市川沙中學，馮碧薇 魏岩冰
- 本文原載於《上海教育》雜誌2019年8月AB刊
在美國，項目化學習手段非常常見，常用於STEM教學過程中，使學生掌握課題研究的方法。除此植物，項目化學習在常規課堂上也普遍應用，比如：在音樂課上，老師會發放不同年代的CD，讓學生完成一個稱為「Decades」的項目。學生通過欣賞音樂和查閱資料，來了解不同年代樂曲的特徵；最後選擇某個特殊年代的樂曲以小組為單位進行編舞和展示。
通過這個項目化學習的過程，讓學生認識到不同年代音樂的風格和特徵。在自然科學和工程學的課上，這樣的案例更多。比如：Abraham Lincoln Elementary School的老師讓學生探究在塑料瓶中添加不同量的水，充氣後觀察塑料瓶彈射的遠近，通過學生完成這個項目來輔助學生理解能量和力的原理。
同樣，國內目前也越來越多應用項目化學習手段，特別在開展STEM教育時常以項目化為基礎。然而，在常規課程中很少使用項目化學習方法。一些常見的做法是先讓學生學習相關知識點，然後在單元教學中穿插探究活動，這個過程並沒有引導學生圍繞一個核心問題或挑戰尋找解決方案，因此和PBL有較大差別。PBL則是通過設立一個真實有意義的問題，學生通過解決問題來獲得書本中教師需要傳授的知識點。
生物學教學中項目化學習案例分析
生物學是自然科學中的一門基礎學科，是研究生命現象和生命活動規律的科學。生物學理論的建立離不開實驗探究，利用項目化學習能夠更好地幫助學生形成科學思維、提高科學探究能力。教師需要學會創設適宜學生成長的空間，幫助每一位學生成長為積極的、有創新能力、能夠相互合作的創新人才。以下以「探秘植物葉片顏色的奧秘」為例具體分析跨學科項目設計的內容、特點和實施方法。
學科教學中項目化學習設計策略
項目化學習設計時通常教師需要設置一個與日常生活、自然現象或是生產實踐相關的情境引導學生思考，學生通過小組討論、文獻檢索等方法，對教師的提問形成初步的認識。隨後，教師通過任務單形式明確學生實驗任務，學生在實驗的過程中學習相關知識，應用知識解決真實世界的問題。最後通過學生交流展示、教師總結等方式，使學生對書本中的知識進行內化。
項目化教學常設計跨學科知識。生物學學科常與化學、數學、物理學科交叉，需要相關學科教師共同參與進行項目設計。比如：生物教學中，教師可以提出如下問題「如何在當地種植可食用的植物」，學生可以通過觀察植物形態、測量植物生長情況、識別並描述植物生命周期的不同階段，解釋和推斷環境因素是如何影響植物的生長地點和生長時間的。相關分析記錄可以利用數學統計方法來呈現，學生學習統計學知識和作圖，相關結論可以通過論文或答辯形式來展示，學生學習寫作來完成口頭和書面形式的表述。
此外，生物學科還能夠與社會科學調查、信息技術、寫作等技能相結合。比如：國外生物學課上開展名為「Ebola-Going Viral」的項目化學習，學生需要完成幾個任務：小組團隊合作來了解伊波拉病毒如何傳播，如何引起死亡以及公眾對疾病的態度；製作一套問卷調查醫護人員（調查傳染病與社區人員之間的聯繫）和社區公眾（調查公眾如何識別傳染病及看法）；收集數據並與全國統計數據（如CDC）進行比較，找出誤解；開發一項產品，它通過以可訪問的形式呈現科學數據來解決公眾理解上存在的問題，基於調查提出一種控制伊波拉疫情蔓延的解決方法（須採用多媒體技術）。在完成任務的過程中，學生能夠掌握生物學知識、社會科學調查方法、醫學常識、信息技術和寫作技能。
結語
生物學學科核心素養的落實是課改的重點和難點。其實，學科核心素養中提出的科學思維和科學探究能力的培養並不是一個孤立的階段，也不是單純通過常規課堂中理論教學的培養可以一蹴而就形成的，這是一個連續漸進的過程。中小學階段，借鑑項目化學習教育方式，開展STEM教學，一定程度上已經提高了學生對自我、對社會和對科研的認識。在此基礎上，將項目化理念推廣，應用於常規生物學課程，或能增強學生對自然現象的好奇心和求知慾，掌握科學探究的基本思路和方法，提高解決真實情境的實際問題的品格和關鍵能力。
「探秘植物葉片顏色的奧秘」
項目化學習案例
一、活動開展背景分析
葉綠體色素種類、葉綠體色素的提取和分離是高中滬教版《生命科學》第一冊第四章的相關理論教學和實驗教學內容。常規的教學方式是通過理論教學使學生認識葉綠體色素的種類，通過實驗教學使學生能夠分離觀察到不同葉綠體色素呈現的顏色。這個過程中，學生對於知識的理解往往停留在記憶的層面，無法用所學知識來解決日常生活中的問題。通過項目化學習的方式，不僅能夠將跨學科知識融合在生物學教學中，也能夠使學生在完成項目過程中，主動構建知識，提高問題解決的能力。
因此本項目通過拋出一個與自然現象相關的問題引導學生思考並進行實驗探究：為什麼自然界植物葉片的顏色多樣（紅色、綠色、黃色、甚至出現相間的顏色）？同時向學生明確 2 個實驗任務：科學探究——不同顏色植物葉片中的色素如何提取與分離？工藝製作—— DIY 光譜儀，觀測色素對不同波長光的吸收。通過實驗任務來幫助學生主動構建知識。最後通過交流展示、教師總結使學生內化知識。
二、項目化學習內容
利用植物生理、化學物質的提取與分離、光的色散等原理進行提取並分離不同顏色植物葉片中的色素，觀察色素的種類和顏色；利用化學萃取法認識不同顏色植物體內色素的性質；設計製作簡易光譜儀，並使用 DIY 光譜儀觀測色素對不同波長光的吸收情況。
三、相關科學原理
葉片中有葉綠素（通常呈現綠色）、葉黃素（黃色）、胡蘿蔔素（橙黃色）。花青素（液泡色素，通常呈現紅色、紫色）等。由於不同色素含量差異，會導致植物葉片顏色變化。比如在秋冬季節，葉綠素降解使葉片呈現出黃色；有些植物在特殊季節能夠合成更多的花青素，因此葉片會變紅。植物葉片的顏色與色素的種類以及含量密切相關。
色素的提取和分離則與化學相似相溶的原理密切相關。色素化學性質方面分為兩種，分別是不溶於水而溶於有機溶劑（如無水乙醇、石油醚、丙酮等）的色素，如葉綠素、葉黃素等；以及溶於水的液泡色素。利用純水可以提取出液泡中的色素，利用無水乙醇則可提取葉綠體色素。如需對不同顏色色素的化學性質進行探究，可以利用化學萃取的方法，比如：使用無水乙醇提取紫色植物的色素（比如鴨跖草），可能同時提取到花青素和葉綠體色素，隨後在分液漏斗中加入丙酮，則可通過分層觀察到兩種不同色素的溶解情況和顏色。
植物葉片的顏色還與物理層面的知識相關。植物通過葉綠體來進行光合作用，葉綠體色素對紅光和藍光吸收較多，而對綠光卻不吸收，並把它反射出來，因此，我們看到的植物葉子呈現綠色。利用光源、三稜鏡、光柵、植物色素提取液和光屏組裝製作簡易色譜儀，相關科學原理如下：當光源經過植物色素時會被吸收掉一部分顏色的光，隨後通過三稜鏡直射，在光屏上投射，能夠觀察到植物色素吸收的光的顏色。通過對光的進一步認識，以及製作色譜儀，可以幫助進一步認識物理學和生物學原理。
四、項目特點
通過實驗、數據分析和工程製造，讓學生通過查閱資料、閱讀相關書籍了解身邊的植物及其生理特徵，幫助學生理解生物教學中光合作用的本質，認識光合色素的種類，認同生物與環境的多樣性與統一性，從而使學生敬畏生命，敬畏大自然。在提取色素的過程中，學生能夠通過實驗認識化學中相似相溶的原理，更好地將抽象的知識和概念應用到科學研究中。學生進一步製作色譜儀，則可以幫助認識物理學中光的傳播特點。
五、實施方法
1. 教師發放任務單，明確活動任務，學生資料檢索（課後完成）
2. 學生分組設計並完成實驗（2~4 課時）
3. 學生交流展示（1 課時）
4. 教師總結項目化學習中涉及的科學原理，鞏固內化知識（1 課時）