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基于“校园有机农场”资源的跨学科教育实践探索.pdf
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1、科学教育与博物馆,2023,9(5)Science Education and Museums*?本文系中国教育学会 2021 年度教育科研规划课题,2022 年度上海市教育科学研究项目(No.C2022225);“双新”背景下基于生物学学科的跨学科项目化学习的设计与实施研究的研究成果。基于“校园有机农场”资源的跨学科教育实践探索*杨玲上海市青浦高级中学0引言随着社会的发展,人类遇到的挑战和问题也越来越综合和复杂,这就迫使世界各国在培养人才的方向上由注重传统的专业型转向新的跨学科综合教育背景的复合型。跨学科教育成为顺应当代世界综合发展人才培养的趋势。然而长期以来,高中的课程教学重知识、轻能力,
2、教与学割裂、学与做孤立、所学与真实世界脱节的现象还是存在这导致高考改革强调的创新意识和实践能力提升很长一段时间还停留在文件和口头上,忽视了学生作为完整的人的必备品格的培养。2016 年北师大林崇德教授团队提出“中国学生发展核心素养”模型,普通高中课程方案(2017 年版2020 年修订)和各学科课程标准提出了素养的导向,把非常复杂庞大的必备品格和关键能力的各个方面,都具体到了教学中学科的核心素养,大单元教学、主题化、项目式学习等综合性教学活动一时成为教学改革的热点,跨学科主题学习也成为抓手之一。作者十余年来从生物学学科入手,基于学生生态素养、科学素养、创新素养、劳动素养等综合培育目标,建立“校
3、园有机农场”,多元开发包括校本课程、主题活动、创新实验室和校内外师资等跨学科教育资源,以科技实践活动和创新课题研究为实施载体,以项目式学习和研究性学习方式多途径实施跨学科教育,提升学生创新素养,推动教师教学变革,丰富学校办学特色,形成可复制经验,应用到其它学科和不同学段。1开发多元化跨学科教育资源,创设科学的学习场域学习科学致力于探寻学习的本质,创设科学的学习场域。比如强健式学习的研究,通过开展真实情境中的实验,增强教育环境中对强健式学习的科学摘要从社会对跨学科、复合型人才的需求和生物学科出发,开发与建设 校园有机农场跨学科课程、升级迭代“校园有机农场”硬件资源、整合校内外师资的多元资源构建。
4、以此为基础,依据“校园有机农场”内容主题开展跨学科项目式学习,指导学生在校园有机农场管理中开展跨学科课题研究。教育实践提升了学生创新能力和综合素质,为教师专业成长找到了新的载体和突破口,为区域跨学科教育实践提供了可复制样式。关键词校园有机农场生物学跨学科项目式学习跨学科课题研究doi:10.16703/ki.31-2111/n.2023.05.014杨玲.基于“校园有机农场”资源的跨学科教育实践探索J.科学教育与博物馆,2023(5):107-113.107-科学教育与博物馆,2023,9(5)Science Education and Museums理解,并创建一种支持基于场域的实验、数据收
5、集和数据挖掘的研究设施1。基于此种认识,我们认为跨学科学习活动强调课程与生活的结合,注重在真实的情境中解决问题,有利于落实科学育人资源与空间问题,促进学生核心素养培养。上海市青浦高级中学的校园有机农场就是这样一个生物学科校本化实施的“活”资源,无论是内容的设计、硬件的建设还是校内外师资的整合,无不为学生开展生物、化学、环境科学、数学甚至艺术等跨学科学习提供了充盈的资源。1.1根据学生素养需求,建立和完善跨学科教育的内容资源为了充分培养学生的科学素养、创新意识和实践能力,引领学生成长为德智体美劳全面发展的社会主义接班人,学校开发 校园有机农场课程,以“建设管理经营”校园有机农场三个环节来建构内容
6、资源,分别对应“学习现代农业知识、开展农业科技探究、举办有机市集”核心内容与任务(见图1)。每个内容下设 24 个主题,其中翻地、种植、浇水、除草等必修内容,作为特色劳动教育项目,按照班级轮流制人人体验。“厨余变黄金”“鱼菜共生”“芳香植物趣探究”等跨学科子项目,旨在培养学生创新意识和实践能力,由选修学生深入探究。学生应用生物学科为主的基本知识和原理,同时根据需要应用化学或者工程技术抑或艺术等学科的知识完成项目或课题研究。这也成为生物学科校本化实施的“活”资源。1.2根据内容实施要求,更新迭代跨学科教育硬件设施最初的校园有机农场基地,仅 56?m2,为了满足更多学生的需求,学校通过申请项目,扩
7、大面积,建立了“注重科学素养培育的校园有机农场创新实验中心”,以及以植物组织培养、微生物和数码显微实验室为主的上海市首批生物创新实验室。随着教育信息技术的广泛应用,将原有创新实验中心迭代为500?m2基于物联网技术的生态数字农场,满足学生进行远程自动管理的需要。之后,还建立了基于智慧农业的跨学科教育平台,在智慧给水、给肥、给药方面,为学生开展跨生物、化学和工程技术等学科的多个项目研究提供充分条件,同时结合农场产出的芳香植物,开展茶艺、插花等跨艺术学科的实践。1.3整合社会资源,提升跨学科教育实践的质量和水平在建设校园有机农场环节中,充分利用本区现代农业园区种植维护方面的技术资源,带领学生开展参
8、观、学习、实践,学会农场建设。随着探究的深入,围绕转基因检测、化学物质提取与分析、鱼菜共生系统建模等高端技术需求,先后与华东理工大学、同济大学、上海交通大学农学院、上海中医药大学等高校建立了合作。在青浦区教育局的见证下,与上海市农科院签订了“精英学生培养计划”。学校也因此成为上海市青少年科学创新实践工作图 1“校园有机农场”跨学科教育课程框架校园有机农场建 设 校 园有机农场管 理 校 园有机农场经 营 校 园有机农场浇水管理施肥管理除草管理病虫害管理有机集市创业大亨行动自制生物农药药效探究茭白农残检测鱼菜共生系统自制酵素肥料滴灌系统改进厨余变黄金种植体验翻地三种播种体验幼苗栽培体验管道栽培基
9、质栽培地栽可食用芳香植物种植与应用108-科学教育与博物馆,2023,9(5)Science Education and Museums站实践点,为上海市多所高中青少年的创新教育做出探索。2运用多种学习模式,多途径实施跨学科教育研究表明,跨学科的重要特征表现在它以学科为依托,但要超出单学科研究的视野,关注复杂问题或课题的全面认识与解决。跨学科还旨在推动新认知、新产品的出现,鼓励在跨学科基础上完成创新与创造2,这也预示了教师需要多途径开展跨学科教育。因此运用适宜的学习模式开展研究推进,顺应大脑认知功能模块化运作的特征,能够整合节省认知资源,并帮助学习者跨学科形成明确的、整合的研究方法与思维模式。
10、在具体实施中,依据农场内容主题,将之划分为科技实践活动类和科学研究课题两类,分别以项目式学习和研究性学习方式实现。2.1根据校园有机农场内容主题开展跨学科项目式学习2.1.1梳理跨学科项目式学习主题项目式学习是一种以学习者为中心、以真实性情境为前提、以挑战性任务为驱动、以展示性成果为导向,改变了传统学习的新的学习方式。它让学生在一段时间内对真实的、复杂的、跨学科的问题进行探究,通过分工合作探索解决方案,形成学习成果,能够消除学科之间的人为分割,提升学生的创造力和综合能力,有利于学生学以致用。建设、管理和经营校园有机农场,对学生来讲本身就是一种真实的、复杂的需要运用多个学科的知识和原理来解决问题
11、的学习情境。为此,在开展学习之前,首先结合 校园有机农场课程框架和学生的学习实际,对相关的跨学科主题进行梳理,如“建设校园有机农场”模块中的主题“校园有机农场规划与设计”,跨工程技术、生物学和数学等学科;“管理校园有机农场”模块中的“湿垃圾堆肥”“鱼菜共生系统探究”等主题,前者需要用到社会调查、生物和化学的知识,后者需要跨工程技术学科、化学学科等,这几个主题在进行项目式实施成果展示的环节,还要运用到艺术学科的方法和技巧。“经营校园有机农场”模块的“有机市集”和“创业大亨行动”主题涉及到商业运营,主要跨数学和艺术等学科。2.1.2完善跨学科主题项目式学习流程根据对跨学科学习内涵特征的研究3,了解
12、到跨学科学习通常也以某一学科为主导。支持 校园有机农场课程实施的主要学科是生物学,因此在“校园有机农场”系列跨学科主题项目式学习的过程中,作者也是以生物学作为主导学科进行设计。在借鉴其他研究者成果和案例实施的基础上4-5,作者提炼了基于生物学科“校园有机农场”跨学科项目式学习实施路径,并细化了跨学科项目式学习的具体设计路径(见图 2),教师依据课标、教材和学生劳动实践建构项目主题,然后设计驱动性问题和学习活动,后者包括内容与形式、教师支架、学习资源及评价等的设计,也可以称为活动方案。接着实施方案,进行成果展示。以“鱼菜共生系统探究”项目为例说明如下。(1)基于学习基础建构项目主题学校校园有机农
13、场玻璃房内本身有一个类似鱼菜共生系统的小型生态循环系统。为了维持鱼菜共生系统的生态平衡,如何进行系统的工程设计、如何开展水质监测保障生物的正常生长,学生除了需要用到生物学知识外,还需要充分利用通用技术和化学学科的知识和原理,于是形成了“鱼菜共生系统探究”主题。(2)跨学科设计与实施项目生态鱼缸每到夏天便会滋生绿藻,降低鱼缸溶氧量,恶化水质,造成鱼的死亡,怎样解决这个问题呢?教师指导学生查阅资料并带领学生参观青浦现代农业园区,结果发现,生态鱼缸的系统与生产上的鱼菜共生系统比较接近,于是他们借鉴鱼菜共生系统的模式,将种植区在上、养殖区在下,设计了新的方案,并绘制了三视图(见图 3)。学校为学生购买
14、了有机玻璃等器材,教师指导学生按照设计图运用通用技术原理制成模型。试运转的时候发现模型的种植区不能够有效储水,于是在参观和咨询校外鱼菜共生企业之后,学生进行了第二轮设计和改进,增加虹吸装置保证植物栽培区的水量控制(见图 4)。在此基础上,学校协助学生建立了一个真正的鱼菜共生系统。鱼菜共生系统水质的变化与蔬菜生长之间存在怎样的相关性呢?学生利用化学传感器检测水109-科学教育与博物馆,2023,9(5)Science Education and Museums图 3学生设计的鱼菜共生系统三视图图 2基于生物学科的跨学科项目式学习设计流程图图 4再次改进设计课程标准教材学生基础与劳动实践构建跨学科
15、主编确定学习目标设计驱动性问题子问题分解学习活动设计总结性评价设计成果设计阶段性成果设计形成性评价设计内容与形式教师支架学习资源实施方案成果展示总结反思俯视图左视图前视图180 cm100 cm90 cm100 cm100 cm80 cm70 cm40 cm虹吸罩火山岩水泵70 cm40 cm100 cm90 cm180 cm90 cm80 cm110-科学教育与博物馆,2023,9(5)Science Education and Museums质,并进行了鱼菜共生培育的蔬菜和普通水培蔬菜的生长状况对照实验。有些学生还进行了椎实螺去除鱼缸绿藻的生物防治实验,并取得了有价值的成果。(3)多形式展
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