基于“校园有机农场”资源的跨学科教育实践探索.pdf

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，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。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。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）多形式展示项目成果通过“鱼菜共生系统探究”项目的学习，学生撰写了主题科技实践活动报告和相关子问题探究的研究论文，并在区科技节市民公开课上展示了自制的鱼菜共生系统模型。参与指导该项目的生物、通用技术和化学教师共同建设了“鱼菜共生系统探究”的跨学科微课程。2.1.3跨学科项目式学习设计与实施要点跨学科项目式学习在设计的时候，教师特别要注意营造开放而平等的课堂文化，体现对学生的尊重、唤醒和赏识，教师转换角色，以伙伴的姿态融入项目；运用“以始为终”的逆向设计思维，以挑战性问题解决作为任务目标，设计问题链，形成任务群。此外，因需设计多重学习支架，如“情境支架”“同伴支架”和“工具支架”，在实施中，必须注意保证学生的主体地位、重视教师的参与作用和促进学生的合作交流和深度学习。本文所建构的流程因为是针对具体的“校园有机农场”资源所开展的跨学科项目式学习的设计与实施，教师还要注意一些具体的问题和要点，如项目的实施具有典型的时间性和季节性特点，这会给教师的教学设计和学生的学习带来一些新挑战，如“校园有机农场规划与设计”通常在课程学习初始阶段进行，而“有机市集”通常要在采收季节进行，“鱼菜共生系统探究”则最好在 78 月份绿藻大量滋生的时候开展。此外，因为校园有机农场跨学科学习主题真实性、复杂性和综合性的特点，需要运用到的学科知识和原理也更加多样化，因此需要多个学科教师的跨学科教研共同支持项目的有效开展，必要的时候还需要邀请校外的农业技术人员、研究者共同加入到项目的指导团队。2.2在校园有机农场管理中开展跨学科课题研究青浦高级中学 校园有机农场区别于其它学校种植类课程的一个重要方面在于这是一个全部由学生自主建设、管理和经营的农场，而且学生采用课题研究的形式进行校园有机农场的管理，大部分课题还需要进行跨学科深入研究。学生在自主管理校园有机农场的过程中，会发现各种各样的问题，如：怎样运用安全的方法消灭蔬菜病虫害？滴灌系统经常堵塞怎么办？因此，教师指导学生从问题到课题，并开展研究，形成成果。在指导的过程中，教师也感觉到大多数指导学生开展课题研究的方法和经验还是停留在宏观和理论的层面6，因此，研究者以实践为基础，筛选出若干研究性学习方法的重要指导策略，包括：N+x 选题策略、实验设计五步法、调查问卷设计策略和缺点法发明策略。第一，N+x 选题指导策略。一个好的课题需要同时具有创新性、科学性、可行性和实用性，因此选题非常重要。当学生有了一定的农场实践经验之后，让学生以小组为单位，在规定的时间内，最大程度地提出自己感兴趣的或待解决的问题,计为 N 个，之后依据“4 性”评价标准，教师进一步指导学生互相质疑淘汰掉不适合作为课题研究的问题，保留最佳问题形成 x 个课题。如有的学生提出“番茄有什么营养价值”就不是一个有创新性的问题，而“施用化肥和自制有机肥的番茄营养价值有差别吗”就是一个值得研究的问题。N+x 选题指导策略不仅指导本校学生开展研究性学习，甚至在区域内的初高中学段均得到了辐射。第二，实验设计五步法。如果学生在农场实践中遇到的问题属于自然科学领域，就需要采取实验研究的方法，因此，教师归纳出实验设计五步法，即严格根据“发现问题提出假设设计方案实施研究数据分析和结论”5 个步骤进行，在设计方案的时候强调“对照、重复、控制变量”3 大原则。如有的学生发现农场鱼菜共生系统里的鱼缸每到夏天便滋生大量藻类，从而导致水质变坏，鱼儿生长受到影响，于是他们提出了利用生物除藻的假设。为了验证假设是否正确，学生设计了“用机械刮除法、化学除藻法和生物除藻法进行鱼缸藻类治理的效果比较实验”。在实验过程中，他们采用传感器实施监测水质变化，同时利用分光光度计检测不同组别的叶绿素含量，最后在数据的分析之后，得出有效结论。实验设计五步法策略其实是教给学生科学研究的程序性知识，这些做法培养了学生的高阶思维，提升学生创新意识和实践能力。第三，调查问卷设计策略。如果学生遇到的是一111-科学教育与博物馆，2023，9（5）Science Education and Museums个社会科学问题，问卷调查就是必不可少的研究方法。高中生对调查问卷的概念就是十几个问题，他们不清楚也不擅长梳理所设计问题的逻辑，因此，调查问卷设计的指导策略强调根据研究的主题梳理调查内容及内容之间的逻辑性来设计问题。在获得上海市“双碳”优秀提案“家庭湿垃圾堆肥 stem 行动”的项目中，学生第一步就是在教师的指导下设计出符合逻辑的家庭湿垃圾堆肥现状调查问卷并开展调查。问卷调查策略对于培养学生的社会关注和实现社会责任等德育素养起到重要作用。第四，缺点法发明策略。这个策略针对工程与技术学科的课题研究而设计，高中生的思维非常活跃和有创意，因此引导学生通过发现、挖掘事物的缺陷，把它的具体缺点一一列举出来，然后，针对这些缺点，设计改善方案。例如，当学生在管理校园有机农场时，有的学生发现滴灌喷头总是堵塞，于是根据这个缺点设计了“利用水生植物改善滴灌堵塞装置”。针对以上策略，教师制作了微视频，这些微视频资源还应用到全校其它各学科的研究性学习指导，同时作为青浦区区级师培课程对综合实践活动课程教师进行培训。3效果与反思3.1基于“校园有机农场”资源的跨学科教育实践探索的成效3.1.1学生创新能力和综合素质明显提升跨学科教育实践解放了学生的天性，有效增强了学生自主学习的内驱力、自信心及成就感，创新意识和实践能力成效突出，综合素质明显提升，德智体美劳全面发展。“鱼菜共生系统”成果得以在青浦区科技节进行市民公开课展示和宣讲，“芳香植物趣探究”主题在世界环境日参加上海“根与芽”日、青浦区环境局的主题展示活动，“阳台植物种植”受邀在居委会进行宣讲。自 校园有机农场课程实施以来，学生开展的跨学科主题项目和课题研究成果在上海市青少年科创大赛、明日科技之星评比等多个市级及以上科创类和环境教育类竞赛中获奖达 300 余项。3.1.2教师专业成长找到了新的载体和突破口开展校园有机农场跨学科教育实践探索，让教师自身在专业上快速成长，不仅成长为跨学科校本课程开发与实施的行家，而且在国家课程的跨学科实施中起到了很好的示范和引领作用，带领本校和区域内一批教师积累了丰富的跨学科教育实践案例。教师的实践探索为学校跨学科教育实践与改革注入了新内容，丰富了学校办学特色，提升了学校的社会影响力，为学校高质量特色化办学提供了新路径。3.1.3为区域跨学科教育实践提供了可复制样式基于“校园有机农场”资源的跨学科教育实践探索成果为区域内中、小、幼学校提供了可操作可复制的经验，本区 5 所初中、15 所小学、30 所幼儿园纷纷借鉴成果，并对本校的种植类课程和劳动基地进行校本化改造，形成良好的教育教学综合改革氛围和局面。3.2跨学科教育实践探索之反思与展望3.2.1进一步探索跨学科教育的其它路径无论理论引领还是政策支持，跨学科教育已成为教育改革与发展的时代需求。建构 4P 跨学科项目化学习流程和提炼 4S 科创课题指导策略，是以“校园有机农场”资源为载体，开展跨学科教育实践探索的重要经验和成果，这为多途径实施跨学科教育和复合型人才培养创新与实践提供了实证基础，后续将进一步探索跨学科教育的其它路径。3.2.2重视教师跨学科教学素养培育跨学科教育对教师的多学科知识储备提出了更高要求，开展教学评价也十分困难，在实施时存在相当大的挑战。因此，教育管理部门需要加强教师跨学科教育能力和素养的培训，同时建议教师以某一门学科为中心开展跨学科教育，在易操作的范围内进行小跨度的跨学科教学及跨学科课程建设。3.2.3跨学科育人需要学校整体育人框架设计与支持跨学科教育在素养培育，尤其是综合素养培育方面的优势突出，因此需要学校整体育人框架的设计与支持，关注与其他学科协同，在育人方式改革上携手前行。参考文献1焦建利，贾义敏.真实境脉中的学习研究与教育变革学习科学研究回顾、反思与展望J.开放教育研究，2011，17112-科学教育与博物馆，2023，9（5）Science Education and MuseumsExploration of Interdisciplinary Education Practice Based on School Organic Farm Resources/?YANG?LingAuthors Address?Shanghai?Qingpu?Senior?High?School,?E-mail:?Abstract?Starting?from?the?social?demand?for?interdisciplinary?and?composite?talents,?the?overlap?presents?the?authors?approach?to?developing?and?constructing?interdisciplinary?courses?such?as?School?Organic?Farm,?upgrading?and?iterating?hardware?resources?of?campus?organic?farms,?and?integrating?diverse?resources?of?teachers?both?on?and?off?campus?from?the?perspective?of?biology.?Based?on?this,?interdisciplinary?project-based?learning?is?carried?out?according?to?the?theme?of?School?Organic?Farm,?guiding?students?to?conduct?interdisciplinary?research?in?the?management?of?campus?organic?farms.?Educational?practice?has?improved?students?innovation?ability?and?comprehensive?quality,?found?new?carriers?and?breakthroughs?for?teachers?professional?growth,?and?provided?replicable?styles?for?regional?interdisciplinary?educational?practice.Keywords?School?Organic?Farm,?Biology,?Interdisciplinary?Project-based?Learning,?Interdisciplinary?research作者简介：杨玲（1979），女，跨学科正高级教师，上海市特级教师，主要研究方向：校本课程建设，跨学科学习实践路径，Email:?.（2023-04-07 收稿，2023-09-19 修回）（06）：30-37.2杨莉，姜雪燕，王慧.变革学习方式，推进跨学科项目化学习J.四川教育，2019（20）：13-15.3向佐军，白文倩.跨学科学习的内涵、特征、类型与实施策略J.教学月刊 中学版（教学管理），2023（04）：33-39.4金可泽.跨学科项目学习设计与实施机制美国 STEM课堂教学观察与启示J.上海教育科研，2020（04）：12-17.5李兰.基于课程标准的跨学科项目化学习探索J.现代中小学教育，2020，36（08）：29-33.6侯良安.加强学科知识融合 引领学生科创探究J.上海教育，2020（33）：90.113-