迈向“自主创新、追求卓越”的新路径

拔尖创新人才指在具备创造性思维和实践能力的基础上，追求卓越发展目标，未来能够引领各行业发展的领军人才。跨学科项目学习活动是落实拔尖创新人才培养的重要路径。本文以“设计碳中和校园”为例，探讨如何依托跨学科项目活动引导学生自主创新，追求卓越。

一、自主提出研究问题，激活思维

在人教版生物七年级第六章《爱护植被，绿化校园》的学习中，大部分学生对课后设置的“设计校园绿化方案”实验表现出浓厚兴趣。然而，在初步探讨校园绿化方案的过程中，学生产生了诸多疑惑。如，简单地增加校园植被，把所有空地都种上高大的植物，似乎并不是最佳的绿化方案；武汉极端高温天气容易导致绿植枯死；等等。一名学生根据我国提出的“双碳”目标，即二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和，提出校园绿化就是要控制二氧化碳排放量。由此，笔者鼓励学生化宏大命题为身边议题，结合本校实际情况，思考切实可行的校园绿化方案，并给活动确定一个合适的主题，还要求每名学生需在查询文献的基础上对“碳中和校园绿化方案”进行解构，提出自己的科学分析和基础建议。

各组学生积极提出问题，如从碳排放角度考虑，需要了解学校的碳排放总量；从碳吸收角度考虑，需要测量现有植被量；从碳中和目标角度考虑，需要找到平衡碳排放和碳吸收的办法；从植物种类角度考虑，需要选择能高效吸收二氧化碳的植物。最终，学生汇总问题，形成“设计碳中和校园”方案的具体目标：一是在现有绿化基础上科学增加植被，使植物吸收的二氧化碳量与校园活动排放的二氧化碳量基本持平；二是设计要符合校园景观美化的需求。

二、自主设计实施方案，激发创新

根据确定的研究主题和初步设想，学生分阶段、分小组实施任务。

一是设置基础任务，开展初步调研和设计。为了结合校园地图设计绿化方案，学生首先要学会使用地图，运用地理学科所学的地图要素和阅读方法确定方向，根据数学比例尺计算现有绿化面积。随后，学生要设计植被调查表，了解校园植被的种类、生长状况和分布情况。实际操作中，学生在校园内观察，标注现有绿植区域，并以小组为单位进行分块调研，提出“增加绿化面积”的初步建议。

二是分解复杂任务，实现碳中和目标。这个阶段的重点是“如何增加校园绿化使之达到碳中和目标”。这个问题让学生觉得棘手。笔者提示学生将复杂任务拆解成易于理解、能够操作的子任务，比如将“确定校园碳中和绿化目标”任务分解为“校园有多少碳排放”“校园碳排放量的中和需要多少株植物”，在此基础上分析“设计什么方案改进校园绿化”。具体行动时，学生产生新的疑惑——学校的碳排放相关数据去哪找儿呢？通过查阅资料，学生发现虽然生物每时每刻都会呼吸、排出二氧化碳，但是它其实是自然碳循环的一部分，而碳排放测算的重点是人为活动，如化石燃料燃烧、工业生产等会打破生物圈碳循环的平衡，这些数据与学校水、电、气使用量和食堂食物购买等数据有关，需要学校后勤部门帮助提供。由此，笔者引导每个小组安排一人，一起查看学校能源使用数据，再在网上查阅如何换算成碳排放量。在查阅资料的过程中，学生惊奇地发现，一项一项计算确实能算出具体数值，但是如果有工具能更方便快捷地给出排放量和建议种植树木的量就更好。这样，学生在数学老师和信息技术老师的帮助下，确定了碳排放量的计算方式——使用碳中和计算器网页。借助这个工具学生估算出学校碳排量一年为961吨，要达到碳中和需要种植53418颗树。落实这个方案不太现实，学生借助读秀数据库查阅到“树木每生长1立方米的蓄积，平均吸收1.83吨二氧化碳，释放1.62吨氧气”的信息，通过进一步运算，他们最终确定“为学校增加534立方米绿化蓄积”的目标。

三是挑战难度任务，完善方案。每个小组结合前期调研结果与校园碳中和目标，设计具体的校园绿化方案。笔者强调，适合学校的才是最好的，每个小组的方案需要有自己的着重点和特色，并不一定要完全按照数据目标落实。由此，有的小组向信息技术教师请教智能浇灌系统的设计方案，加入太阳能板节能设计；有的小组综合成员特长，制作了校园立体模型，设计了墙面绿化方式；有的小组在美术教师和地理教师的指导下，画出漫画版绿色校园平面图，并实地测量或估算出增加的绿化面积。

最终，各小组设计的方案各具特色。例如，创客智能养护小组设计了一套简易自动灌溉装置，通过土壤湿度传感器控制水泵抽水灌溉；平面设计小组对校园绿化进行平面设计，重点改进了利用不充分的地方；立体绿化小组则设置了屋顶花园、墙面攀援和窗台垂吊绿化，在有限空间内增加了绿化面积。在整个设计过程中，学生综合运用多学科知识，借助学习资源（包括知网、AI、学科教师等）解决疑难问题，学习能力、认知能力、跨学科融合创新能力都得到了提升。

三、自主迭代优化探索行动，追求卓越

具有创新意识和引领意识的方案是迭代改进出来的，自我评价、同伴互评、教师评价等有助于学生在改进方案中发展创新思维、追求卓越目标。

首先，学生评价是方案迭代的基础环节。为了引导学生有方向地评价，笔者给出方案的评价标准，包括目标达成情况、方案可行性、经济合理性、安全性、创新性五个方面。学生形成初步方案后，对照评价标准互相讨论“我们（其他）小组的方案有什么可借鉴的地方，我们的方案还存在什么问题”，并在反思中明晰进一步研究的方向。班级展示方案时，各小组进行互评。如一个小组提出校园立面充分种植绿化方案后，其他小组纷纷表示这个方案造价较高，植物长大后对楼顶防水有影响，墙体侧面的藤蔓绿化可能影响教室采光。面对质疑，该小组成员承认方案存在不合理之处并给出解决方案：楼顶只种植根系不太深的草本植物或灌木；方案成本主要在于运输土壤到顶楼时产生的费用，组员可以自行解决；影响采光的窗台部分可以请专业人员维护。在自评与互评过程中，学生不仅明确了自身方案的优势与短板，还厘清了后续研究的方向。

其次，教师的评价起到至关重要的引导作用。在评价校园立面绿化方案时，笔者强调了该方案对绿化面积不足问题的创新性解决办法——多样化的垂直绿化设计，并提出学生制作的校园立体模型展现了他们的数学测算能力、建模思维及工程学知识和技能。这样的评价不仅放大了学生的亮点，还能鼓励全体学生相互学习，增强学生参与项目学习的自信心。经过总结，学生意识到“设计碳中和校园方案”不仅要重视前期设计，还要重视后期对绿化的维护。由此，师生共同制定出一套校园新增绿化的长期管理机制。

为了拓宽学生的视野，笔者组织学生参观了紫阳湖公园、沙湖公园及城市污水处理厂等地，让他们近距离感受绿化设计的魅力。在研学过程中，小组成员提出，紫阳湖公园的水生植物丰富多样，学校也可以建造水池，培植一些水生植物，增加校园植物种类的多样性。

（作者单位：湖北省水果湖第一中学）

（本文系湖北省教育科学规划2023年度重点课题“中小学跨学科主题学习进阶设计与实施策略的区域行动研究”的研究成果。课题编号：20231A120）