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[专题]建造太空农场

文_王向斌 龚 雪/北京七彩方舟教育科技有限公司

2023-02/总第323期

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随着人工智能时代的到来,培养能解决复杂问题的跨学科创新人才已成为各国共识。跨学科项目式学习,是基于真实项目的情境问题开展跨多个学科领域的探究实践活动。学生在自主探究及与同伴合作中完成项目挑战,有效提高批判性思维、创造性解决问题、沟通合作与表达等能力,这将为学生未来发展与提升国家竞争力奠定基础。

在跨学科项目式课程开发中有两个难点。一是“真”,即设计真实有效的情境与问题,促进真实有效的思维与实践。二是“跨”,与学科学习有机结合,跨学科解决问题。本项目通过航天真实情境促进有效学习,通过项目结构化设计与学科相结合促进跨学科学习,尝试解决跨学科项目式课程开发中的两个难点,以期为跨学科项目式课程开发提供借鉴,为跨学科创新后备人才培养助力。


项目背景

为什么选择航天主题

航天是跨多个学科的高科技领域,太空探索涉及到物质科学、生命科学、地球宇宙、技术工程等多个学科,是开展跨学科项目式学习的良好载体。

为什么选择太空农场

“中国航天将分步建设月球科研站,靠地球远程供应食物成本很高,如何通过建设太空农场实现吃的自由?”太空农场有其真实的航天情境背景,有利于激发学生对太空探索的兴趣。学生围绕太空农场设计和建设过程中的真实问题,开展项目实践,深入理解学科与跨学科概念,综合应用知识技能设计方案、实施方案、得出结论、展示分享。同时,太空农场项目涉及诸多人类尚待突破的科技前沿领域,有助于学生了解航天技术的应用会如何改善人们的生活、服务社会的发展,有助于树立学生通过技术创新解决问题、造福社会的理想与价值观。

太空农场项目简介

通过跨学科项目式学习,引导学生分小组成立太空农场公司,参与太空农场方案征集项目竞标。通过角色分工、沟通协作、背景研究、头脑风暴,运用科学、技术、工程、设计、数学等学科知识,提出解决方案,制作相应模型,并将项目成果有条有理地展现出来。完成太空农场关键问题研究、太空农场方案设计、未来太空农场原型搭建、自动灌溉系统设计、植物光照调节系统设计、太空农场项目PPT展示答辩6个挑战任务。


项目设计

对应新课标要求,确定跨学科主题

太空农场跨学科主题设计包括大主题和子主题。以工程思维为经线,设计整个项目的大主题,将真实情境与工程实践贯穿其中,引导学生探究太空农场是什么、为什么要建太空农场,以及如何建太空农场。以科学思维为纬线,设计项目的子主题,结合学生所在学段的课标要求设计具体的子主题,将学科实践有机融入,如绘制太空农场生态循环原理、太空农场植物选择矩阵,设计太空农场自动灌溉系统等。表1为项目与相关学科课程标准、核心素养的关联。

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明确挑战性目标,结构化项目环节

以目标为导向的项目结构化设计是跨学科项目式课程开发的关键。结合项目自身特点确定学生通过本项目学习能够提升的核心素养目标,包括科学观念目标、科学思维目标、探究实践目标和态度责任目标。进而以核心素养目标为导向,结构化设计各个项目环节,产出过程性成果和结构性成果。以目标为导向的项目结构化设计保证了课程设计的科学性和逻辑性(表2)。

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资源开发与利用,完善阶段性成果

利用多途径开发教学资源,提高项目式课程专业性。太空农场跨学科项目式课程开发中涉及多个学科领域,包括植物学、动物学、微生物学,还涉及到生态环境工程、自动化技术等技术工程,为保证课程设计的专业性,在课程开发过程中查阅了与航天相关的网络资料和书籍文献,如美国航空航天局(NASA)、中国载人航天工程官方网站及《太空基地受控生态生命保障系统理论设计》等。


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