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本刊2024年第8期刊发的《素养导向的项目式学习实践与反思——以“3D 打印心脏”项目为例》一文，设计并开展“3D 打印心脏”项目式学习，探索初中生物学课堂开展项目式学习的实践途径，发展学生的核心素养，实现育人方式的变革，本期荐读。
素养导向的项目式学习实践与反思
——以“3D 打印心脏”项目为例
刘桂英 范玮娜 周佳玉 徐强 常树岩 （北京市八一学校）
杭跃男（北京市海淀区教师进修学校）
依据《义务教育生物学课程标准（2022 年版）》理念，以“动物体的结构层次”一节为主要内容载体，设计并开展“3D 打印心脏”项目式学习。依照确立项目主题、设计项目任务、制 订项目目标、实施项目和反思等环节，探索初中生物学课堂开展项目式学习的实践途径，发展学生的核心素养，实现育人方式的变革。
3D 打印 素养导向 项目式学习
项目式学习源自“做中学”，于 1918 年被明确提出。美国巴克教育研究所将项目式学习定义为“一个系统的教学方法，通过创造真实情境的项目问题，借助小组讨论协作设计项目作品、规划和实施项目任务，并对作品成果进行审判和修正，最终解决项目问题的学习知识和技能的过程”。
《义务教育生物学课程标准（2022 年版）》（以下简称《课程标准》）强调，强化课程综合性和实践性，推动育人方式变革，着力发展学生核心素养。素养导向的项目式学习是实现《课程标准》理念落地的有效途径之一。笔者选取人教版初中生物学七年级上册第 2 单元“生物体的结构层次”第 2 章“细胞怎样构成生物体”的第 1 节“细胞通过分裂产生新细胞”和第 2 节“动物体的结构层次”，聚焦动物体的结构层次，进行素养导向的项目式学习实践。
1 确立项目主题
项目主题应依据《课程标准》，围绕学科核心内容进行组织。选择能够体现学生素养发展和关键能力提升的主题内容，使核心素养具体化，使事实性知识结构化和意义化。 本项目将《课程标准》主题（一）生物体的结构层次的概念 1“生物体具有一定的结构层次，能够完成各项生命活动”与主题（七）生物学与社会·跨学科实践的概念 9“真实情境中的问题解 决，通常需要综合运用科学、技术、工程学和数学等学科的概念、方法和思想，设计方案并付诸实施，以寻求科学问题的答案或制造相关产品”有机整合。
概念 1 中，学生认知的核心问题是受精卵如何通过分裂、分化和生长，最终发育为一个多细胞复杂动物体？该过程是一个动态、连续发生、发展的生命历程，对于七年级学生而言，微观抽象、缺乏真实体验，是学生学习过程中的重点和难点。以往突破难点的方法：1）通过显微观察提高微观水平的感知。2）通过观看分裂、分化的视频，体验动态、连续的变化过程。3）利用橡皮泥或积木，动手制作结构模型模拟这一过程。但是这样的任务真实性不够，挑战性不足。
针对以上学生学习过程中的难点，需要选择能够贴近学生生活的真实、有意义的项目素材。依据选取的素材，设计学生感兴趣，具有挑战性、时代性和可操作性的项目任务，确立项目主题。3D 打印技术是医学、生命科学、材料学、信息技术、组织工程、制造学、临床试验等多学科交叉的技术，具有跨学科实践和项目式学习特征。
3D 打印器官为获得活体组织与器官带来了希望。心脏是人体重要器官，作用无可取代。选择 3D 打印心脏的原因有：1）心脏主要为肌肉组织，结构层次清晰，能够降低绘制 3D 打印设计蓝图的难度；还能为学生创设一个真实的问题情境和挑战性的学习任务。2）可以很好地突破前述学习过程中的难点。一方面，先逆向解构，从器官 （心脏）水平出发，由宏观到微观、整体到局部， “自上而下”逐级拆解心脏，利于学生构建细胞分裂、分化的概念；另一方面，再正向重构，从细胞水平出发，由微观到宏观、局部到整体，“自下而上”逐级累加材料。3D 打印成型，如同盖房子一砖一瓦地逐级搭砌，利于学生理解“细胞-组织-器官”的动态构建过程。
整合以上素材，以细胞为原材料，利用 3D 打印技术打印心脏，尝试帮助心衰患者。因此，确立项目主题——打印“心”生活，主题具有前瞻性、时代性，代入感强，能够有效激发学生的学习动机和社会责任感。
2 设计项目任务
董艳认为项目是指生产一件具体的、具有实际应用价值的产品或完成一件可展示的作品，包括方案、图纸。3D 打印心脏取得了一些 突破性进展，但还没有打印出可以移植的心脏。结合七年级学生学情，本项目的成果表现设定为心脏纵剖图和 3D 心脏打印数字蓝图，即为 3D 打印心脏提供打印蓝图。这样的成果设定是七年级学生能够尝试做到且具有挑战性的产品形式。聚焦目标、实践、成果和评价的一致性，借助表现性任务情境设计工具 GRASPS进行逆向设计与表述项目任务（表 1），可以使学生对项目具有更加清晰和明确的认识，对项目的实施了然于胸。
3 制订项目目标
项目学习目标是核心素养的具体化，是学生通过项目学习要达到的预期结果。依据《课程标准》、教材内容、学情和项目主题等，制订素养导向的项目目标，如图 1 所示。
4 项目总体规划
项目规划是项目方案的具体化，是项目整体实施的一个思维导图。本项目的核心问题是如何 3D 打印一个心脏？先将该问题拆解为 4 个驱动问题，即项目的 4 个子任务；然后将驱动问题转化为学科问题；最后对应学科问题设计学生活动 （图 2）。
5 项目实施
具体的项目实施分为 3 个课时完成。第 1 课 时的环节 1 为项目导入。首先，通过呈现国内外心血管疾病危害及心衰患者心脏移植的真实数据和身边心血管疾病的调查结果，使学生认同 3D 打印心脏的必要性，明确项目主题。进而产生解决“如何利用 3D 打印技术打印一个心脏？”的意愿。接下来通过头脑风暴，从工程目标、成果、产品的标准和特征等角度讨论并拆解核心问题，最后归纳总结明确项目子任务。环节 2 进入探究课，探究课是通过持续探究，构建概念，形成项目作品。依照结构与功能观，首先介绍 心脏的外形、大小和功能，然后推测构成心脏的数量众多的细胞是如何形成的，从而提出任务 2。通过“猜想-验证”等过程，构建细胞分裂的概念。最后布置课后任务，尝试绘制心脏结构纵剖图。
2 课时完成子任务 3 和子任务 4 的探究。依据项目目标，沿着“提出主张-寻求证据-科学推理”的主线，引导学生在实践中构建知识、发展能力。环节 1，提出问题，作出假设：不同种类的 细胞构成特定功能的心脏。环节 2，寻求证据推理论证，构建概念。学生利用显微镜观察人体的基本组织，根据观察结果以及心脏的功能，形成细胞分化、组织和器官的概念。环节 3，迁移应用。通过小鼠心脏切片的观察与分析，明确不同组织按照一定的次序，依据细胞形态结构、数量种类比例、空间相对位置，有机结合在一起形成具有特定功能的心脏，并绘制细胞形成器官的模式图。环节 4，批判质疑。如何评价绘制的心脏打印设计蓝图？学生讨论并共同制订评价标准（表 2）。
最后布置课后任务，依据评价标准迭代心脏纵剖图和 3D 打印数字蓝图，与通用技术教师合作，将迭代的平面 3D 打印心脏数字蓝图，通过 CAD 制图软件转化为立体的 3D 打印心脏数字蓝图，然后观摩通用技术教师用塑料材料 3D 打印心脏，打印结果如图 3 所示。
第 3 课时为项目展示课。环节 1，回顾项目任务、明确评价要求。环节 2，小组展示。自评与互评使学生通过本项目的学习，获得反思的机会。环节 3，教师颁奖总结。环节 4，依据以塑料 为原材料 3D 打印心脏的过程，类比推理以细胞为原材料 3D 打印心脏的过程。环节 5，通过视频及资料，了解 3D 打印心脏的最新进展，使学生感受科技的力量。
6 反思与收获
本项目实施过程中，坚持创新导向，始终以 “如何 3D 打印一个心脏？”项目任为主线，发展学生的核心素养。生命观念、科学思维、探究实践等素养发展贯穿其中，为明线；态度责任素养发展为暗线。如导引课中心血管疾病真实数据的冲击，探究课中严谨的科学态度、求实的科学精神，展示课中分享与反思、展望与憧憬，都在学生的心中种下了科学的种子。践行了《课程标准》中“课程的综合性和实践性，推动育人方式的变革”；体现了“凸显学生主体地位，增强课程的适宜性”；响应了“坚持与时俱进，反映经济社会发展新变化、科学技术进步新成果，更新课程内容，体现课程时代性”。
本次推送仅节选了文章部分内容，全文阅读详见本刊2024年第8期。欢迎订购！
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