初中科学微项目学习的实践探索

摘    要：微项目学习具有成果物化、任务明确、周期较短、强调合作等特点，能有效引导学生深化概念理解，培养动手能力、创新思维和团队合作精神。教师需要明确微项目学习的流程与功能及其实施的工具与策略，知道从概念到实践究竟要经历些什么，从主题到成果究竟会发生什么，然后建构从概念到实践的微项目学习模型，通过挑战和驱动、显微和剖析、解构和统摄、评价和迭代、思辨和应用等环节，引导学生在探究中发展科学素养与工程思维。在具体操作中，教师要注重大概念、高阶认知、项目化引领，以实现科学观念的深化、科学思维的迁移、整体育人的进阶。

关键词：微项目学习；核心概念；探究实践；初中科学

《义务教育科学课程标准（2022年版）》强调学生能运用学科核心概念解决实际问题，制作将科学原理转化为技术产品的简单装置，以及应用实物模型演示抽象的科学原理。微项目学习以其成果物化、任务明确、周期较短、强调合作等特点，能有效引导学生深化概念理解，培养动手能力、创新思维和团队合作精神，是落实初中科学核心素养的重要途径。下面，笔者以“设计灯光亮度控制器”活动为例，阐述以“如何调节灯光亮暗”为驱动性问题组织探究实践，开展微项目学习的路径与方法。

一、从概念到实践，究竟要经历些什么：微项目学习的流程与功能

项目式学习在实践中面临着周期长、过程烦琐、资源不足等挑战，这些因素导致其在教学中的应用受到限制。而将项目式学习的理念与学科教学紧密结合，设计“微缩版”的学习流程，即微项目学习，是传统教学向项目式学习过渡的桥梁，它保留了项目式学习的核心优势，同时简化了流程，使其更容易在有限的资源和时间内实施。

微项目学习以具体概念或专题概念为学习重点，学习时长一般为1～3课时，选取具有实际生活价值的项目，通过项目规划、问题解决、展示评价，引导学生小组合作学习，并在表现性任务与评价中开展探究学习［1］。由于科学教学往往是从概念出发，引导学生逐步在探究实践中获得对概念的深度理解，因此教师需要建构从概念到实践的微项目学习模型（如图1所示），然后引导学生随着微项目主题的确定、微项目实践的推进、微项目评估的深化，在“经历一个现象，聚焦一个问题，设计一个方案，进行一次探究，做出一个产品”［2］的过程中深刻理解概念。

（一）经历一个现象——真实场景蕴概念

让学生观察日常生活中的光线变化，体验到不同场景对灯光亮度的不同需求后，自然引发对灯光控制问题的思考。由此，学生开始意识到科学概念在现实生活中的应用，这就为后续的学习和探究奠定了基础。

（二）聚焦一个问题——问题分解显概念

在教师的引导下，学生集中讨论如何根据环境光线调节灯光亮度，确定将“设计一个可调节亮度的灯光控制器”作为解决问题的核心。在聚焦核心问题的过程中，学生需要将问题分解为更小的部分，如电压、电流、电阻的关系，从而明确相关的科学概念。

（三）设计一个方案——过程规划探概念

学生小组合作，基于对电压、电流、电阻关系的理解，设计出改变电阻值以调节灯光亮度的控制器方案。在设计方案时，学生需要运用所学的电学概念，规划实验步骤和制作过程，进一步探索这些概念在实际应用中的作用。

（四）进行一次探究——解决问题析概念

学生通过实验验证方案的可行性，动手制作灯光控制器，观察并记录实验现象，以验证设计原理的有效性。通过活动探究，学生不仅能解决灯光亮度控制的问题，还能深入理解电压、电流、电阻等概念，并学会如何将这些概念应用于实际问题解决中。

（五）做出一个产品——成果物化用概念

学生在实验和探究的基础上，制作出满足使用需求的灯光控制器，并编写使用说明书，展示产品的应用效果。制作出的灯光控制器不仅是一个有形的成果，更是学生将概念应用于实践的具体体现。在此过程中，学生能加深对相关概念的理解，提高应用能力。

二、从主题到成果，究竟会发生什么：微项目实施的工具与策略

从微项目的主题确定到最终成果产出，学生都是项目的实施者，教师则扮演指导者、促进者和资源提供者的角色。教师需要监控项目进展，提供支持并及时反馈，确保学生达成学习目标。

（一）微项目实施的“3+N”个工具包

在微项目学习中，特定的工具如问题观察清单、项目观点表、假设-验证表、任务认领表、合作评估单、研究报告、实验设计单、产品说明书等，可帮助学生组织和管理学习过程，确保项目顺利进行。

1.用好学科探究工具包，确保微项目的科学性

科学思维的形成依托于观察和实验等探究方法。通过问题观察清单，学生能明确观察对象，记录现象，提出研究问题。项目观点表可帮助学生聚焦核心问题，记录与学习相关的现象，推测原因，明确并优化驱动性问题。假设-验证表则用于科学探究，可引导学生基于观察提出假设，提供证据支持或反驳假设，并通过实验设计进行验证，最终根据实验结果调整假设，形成核心概念。

2.用好合作学习工具包，激发微项目的凝聚力

任务认领表和合作评估单是促进小组合作学习有效性的关键工具。任务认领表允许学生选择或被分配与项目目标一致且符合其兴趣和能力的任务，培养个人责任感。合作评估单包含评价团队合作、沟通、责任分配和问题解决能力的标准，可帮助学生识别自己的优势和改进点，从而提升合作能力。

3.用好作品展评工具包，形成微项目的成果集

科学微项目的成果包括研究报告、实验设计单和产品说明书等。研究报告以数据和图文形式展示，学生可以使用评阅工具进行针对性反馈。实验设计单记录多次假设验证的实验过程。产品说明书是物化成果的表现，涵盖项目设计理念、技术、审美、结构和市场等方面。作品展评工具包可帮助学生理解项目成果的期望，指导其有效地展示自己的学习和发现，使其能够优化问题解决方案。

除了上述工具，思维导图、思维帽和数字模拟软件等也是微项目学习的重要组成部分。这些工具共同构成了一个全面的学习框架，帮助学生明确任务、提高合作效率，并确保项目成果的质量。通过这些工具的支持，学生能更有效地进行探究学习，提高科学素养和问题解决能力。

（二）微项目实施的“概念进阶”策略

微项目学习通过确定主题、推进实践和深化评估来实施。“设计灯光亮度控制器”微项目活动围绕“工程设计与物化”这一核心概念，结合“结构与功能、系统与模型、稳定与变化”等跨学科概念来组织学习活动。该项目在真实生活情境中展开，以“探秘控制器的科学原理、设计控制器的基本结构、编写控制器的使用说明书”三个环节推进。在实际应用的复杂情境中，学生逐步掌握了变阻器的使用方法，学会用科学原理和科学知识去优化设计、介绍产品，从而真正贴合产品开发人员的设计思维，发展工程思维。

1.挑战和驱动：创设有实际价值的真实情境，铺垫概念的生发

在建构情境时，应结合科学学习和工程实践的需求，以实际价值为引导，使学生易于接受，同时激发兴趣，增强学习动力。真实情境设计既能体现学科的复杂思维，又具有较强的学科再探究性。

此项目情境源于学生真实的校园生活。教室里的灯是由前后几个开关分别控制的，有时候前排灯开着后排灯没开，有时候自然光线不足却没开灯，或者光线充足也开着灯。基于此，笔者建构了如下问题情境。

当教室的自然光线不足时需要开灯来补足光线，但每次需要的灯光亮度都一样吗？如果每次需要的灯光亮度不同，从环保节能的角度考虑，是否有更好的解决方案？

笔者通过真实情境的设计引导学生关注身边的科学，为学科概念的生发作了铺垫，使学生在真实性的场景中进行真实性的学习。项目初步确定后，笔者又通过问卷调查学生对这个问题的兴趣，采用5级分类评分法，有效地评估了学生的兴趣程度。

2.显微和剖析：明确有产品条件的项目问题，对焦概念的原型

确定项目问题之后，先要组织学生对项目问题进行深入分析和研究，以理解和聚焦相关核心概念，再以剖析核心概念作为项目实践的起点，研究相关案例或现有产品，分析它们的设计如何体现学科核心概念。

在“设计灯光亮度控制器”微项目活动中，学生使用项目观点表确定要设计一个可调节亮度的灯光控制器，以适应自然采光等环境变化，实现环保节电和方便控制。在假设验证阶段，笔者组织学生对电压、电流、电阻的关系进行讨论，引导学生明确控制灯光亮度的需求，然后选择可用材料，并考虑现实限制，提供验证证据。

此项目较为复杂，笔者组织学生分组讨论，以确定解决问题的核心。在聚焦核心问题的过程中，笔者引导学生将问题分解为更小的科学概念，使学生体会工程的阶段性、系统性和复杂性。

3.解构和统摄：设计有科学原理的规划方案，初探概念的理解

设计实践方案时，学生要将复杂概念解构，识别关键要素和特征。设计包含实验或制作步骤的规划方案时，方案要目标明确、步骤清晰、操作性强，并将学科原理和理论融入其中。这种解构与整合能促使学生深入地理解概念。

笔者遵循科学思维的发生过程，引导学生观察与思考：“如何改变灯泡亮度？”“不同的方法分别改变了关于灯泡的哪个因素大小？”“从产品设计的角度，你们会选择哪种方法？”然后利用三个问题支架帮助学生解构得出最佳方案：“通过改变电阻丝接入电路的长度来控制灯泡亮度”。最后组织学生动手实验，观察实验现象，验证设计原理。在小组实验过程中，笔者拍摄视频并在实验结束后呈现，然后请学生讲解讨论，论证得出此项目的科学原理，进而充分理解该原理在此项目中的重要作用。为帮助学生顺利开展活动，笔者发放了如表1所示的活动单。

笔者根据学生的最近发展区设计项目任务，利用任务认领表、合作评估单等工具，解构项目原理。学生则通过合作学习，观察、讨论、实验，验证方案，深刻理解概念。

4.评价和迭代：执行有工程创意的行动探究，深化概念的解析

学生通过探究实践活动深化对概念的理解，并持续评价和迭代以提高项目实施的质量。教师提供指导，引导学生自我检查，并不断评估项目成果与预期目标的符合度，以及合作、沟通、问题解决等关键技能的应用情况。

在活动过程中，有学生设计出一根长且阻值大的电阻丝。笔者发放如表2所示的升级活动单，引导学生从使用便捷和用户体验角度出发，评价产品优劣，进行优化和改进。学生经过多次设计和材料测试，解决了空间过大、无法连续发光、短路、无法导电等问题，最终制作出符合标准的成品控制器。

在此过程中，学生通过观察、提案、评估来循环迭代模型，进行产品研发，从而熟练掌握科学原理，认识评价迭代的重要性，最终完成产品的设计和迭代升级，提升产品设计和工程实践能力。

5.思辨和应用：制作出有物化价值的成果产品，延展概念的应用

在项目式学习中，教师要鼓励学生深入思考概念，进行批判性分析，运用创新思维提出新观点和方案，并根据实际应用的反馈调整和改进，然后再应用概念进行迭代，最终将概念理解转化为有物化价值的成果，提升科学素养和应用拓展能力。

在此项目中，笔者发放了如表3所示的编写活动单，引导学生探究控制器各部分的功能和电流路径，通过实验调节控制器并观察灯泡亮度变化，总结并编写控制器的使用说明书。在拓展应用部分，笔者通过提问和应用场景升级，如“有时候教室没有人但灯还开着”“灯光亮度能不能随自然光线的强弱自动调节”等，引导学生提出解决方案并发现新问题。项目结束后，学生的学习热情依然高涨，还能持续深入地思考与探究。

设计使用说明书的探究活动，让学生明确变阻器的原理和使用方法，完成产品设计任务，契合生活中的产品设计应用要求。这种新的真实场景下的问题，使学生激发出了新的探究欲望。它贴合产品开发人员的设计思维，能有效培养学生的工程思维。

三、微项目学习的操作要领

微项目学习结合了项目式学习的核心元素，并将其调整和简化以适应较短的学习周期和有限的资源。这种学习方式特别适合在时间有限的课堂教学中使用，因为它允许学生在较短时间内完成项目，同时保持了项目式学习的深度和丰富性。科学微项目学习将科学概念与科学实践紧密结合，通过合作探究和资源优化，在较短的学习周期内完成，能提高学生的科学素养和问题解决能力，使其实现从科学概念到科学实践的深度学习。其操作要领主要有如下三点。

（一）大概念引领：实现科学观念的深化

项目式学习是用学科概念作为聚合器，以此聚集更多的知识信息，将事实性的知识整合起来［3］。在学科主题式微项目学习中，从核心概念到关键概念再到实施点的知识体系，实践活动不断推进，从而使科学观念不断进阶［4］。

（二）高阶认知引领：实现科学思维的迁移

科学与工程跨界结合，可使学生在将生活问题升格到科学、工程问题的过程中，经过反复的观察、思考、讨论、实验，不断修正自己的设计，进而在分析、论证、质疑、优化等高阶认知过程中，主动思考并解决问题，实现思维迁移。

（三）项目化引领：实现整体育人的进阶

作为科学探究任务，项目中的实践任务可驱动学生在真实情境中探索。它采用问题链的形式，引导学生提出新问题，使其在进阶式探究中深入认知，明晰概念。项目完成后，教师仍可通过有效问题，引导学生发现新问题，推动科学概念的持续建构，促进科学素养发展，从而助力整体育人的进阶。[□][◢]

参考文献：

［1］郭华，等.跨学科主题学习：是什么？怎么做？［M］.北京：教育科学出版社，2023：44.

［2］马冠中.像科学家一样思考：怎么做？怎么教？［M］.北京：教育科学出版社，2023：179.

［3］夏雪梅.PBL项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践［M］.北京：教育科学出版社，2021：129.

［4］陈梦姣，张月兰.指向核心素养发展的初中物理学科项目化学习：以“物质的比热容”为例［J］.物理教师，2023（7）：37-40.