【摘要】本課題研發(fā)的STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以解決真實(shí)問題為載體，通過實(shí)物制作型、實(shí)驗(yàn)探究型、綜合應(yīng)用型、跨界整合型項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和問題解決能力、自主研究和團(tuán)隊(duì)合作能力，為基礎(chǔ)性課程的整合和拓展性課程的開發(fā)提供了一個(gè)切實(shí)可行的方案。

【關(guān)鍵詞】STEM;項(xiàng)目式學(xué)習(xí);設(shè)計(jì)策略

【作者簡(jiǎn)介】顏石珍，浙江省杭州市文海實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師（浙江杭州310018）

培養(yǎng)出能適應(yīng)未來學(xué)習(xí)需求、具有解決復(fù)雜社會(huì)問題能力的學(xué)生，是當(dāng)今教育的任務(wù)之一?，F(xiàn)實(shí)教育中的一些通病與這個(gè)目標(biāo)確實(shí)是背道而馳的：做題多、實(shí)踐少，分科學(xué)習(xí)多、綜合學(xué)習(xí)少，被動(dòng)式學(xué)習(xí)多、主動(dòng)式探究學(xué)習(xí)少，各自為陣的學(xué)習(xí)多、團(tuán)結(jié)合作分享的學(xué)習(xí)少。在這種現(xiàn)實(shí)之下，什么樣的課程載體可以激發(fā)學(xué)生的探究意愿和利用團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)解決真實(shí)問題的內(nèi)在動(dòng)機(jī)？

STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)正是基于問題解決的跨學(xué)科整合學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解學(xué)科問的聯(lián)系，更好地理解知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用之間的關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生成為主動(dòng)的問題解決者。本課題研究致力基于生活的STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，以期更好地為師生發(fā)展服務(wù)。

STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)要基于生活和實(shí)踐

STEM項(xiàng)目是指以數(shù)學(xué)和科學(xué)為基礎(chǔ)，通過工程、技術(shù)等手段去解決問題，最終以實(shí)物或報(bào)告等方式展現(xiàn)成果的跨學(xué)科的學(xué)習(xí)過程。21世紀(jì)初，藝術(shù)在發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性和批判性思維中的作用受到重視，故STEM又豐富為STEAM，STEM教育的內(nèi)涵還在不斷發(fā)展與完善。

STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)需要圍繞科學(xué)核心概念的掌握或核心能力（思維與方法）的培養(yǎng)目標(biāo)而設(shè)計(jì)，我們?cè)陧?xiàng)目?jī)?nèi)容的設(shè)計(jì)中堅(jiān)守了5個(gè)原則：生活化、實(shí)踐性、適切性、自主性、可行性。

基于此，我們探索出三大設(shè)計(jì)策略：

1.聯(lián)系生活世界，挖掘研究問題。生活中的科學(xué)無處不在，豐富多彩的自然界本身就蘊(yùn)含著無窮的科學(xué)奧秘，科技產(chǎn)品的研發(fā)也離不開科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)原理是科技的原始動(dòng)力，利用身邊的器材探秘高科技的成果使學(xué)生感覺科學(xué)原理不再遙不可及或深不可測(cè)。比如，對(duì)偏振太陽(yáng)眼鏡、磁懸浮列車等原理的探究。再如，與我們?nèi)粘ｏ嬍秤嘘P(guān)的酵母發(fā)酵、食品添加劑應(yīng)用、自來水如何消毒等。圍繞這些問題設(shè)計(jì)，很容易激發(fā)學(xué)生的探究興趣。

形形色色的新聞、真假難辨的傳言等，都能挖掘出很多與科學(xué)有關(guān)的問題。比如，有一種不需要電的空調(diào)就可以改善孟加拉國(guó)人的生活現(xiàn)狀，是真的嗎？LED燈的藍(lán)光會(huì)傷害眼睛，是真的嗎？吃了用過“魚浮靈”的魚會(huì)致癌，是真的嗎？為了找到這些問題的答案，我們自己去尋找證據(jù)。在這樣的科學(xué)探究中，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了用科學(xué)方法解決問題，也培養(yǎng)了勇于質(zhì)疑、善于探究的科學(xué)態(tài)度和用證據(jù)說話的科學(xué)精神。

2.依托科學(xué)實(shí)驗(yàn)，生發(fā)研究主題?？茖W(xué)離不開實(shí)驗(yàn)，但有些實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)性課程中因各種限制而無法實(shí)現(xiàn)，這為拓展性課程的項(xiàng)目開發(fā)提供了素材與思路?；谘芯糠绞降牟煌?，我們將這些研究主題分為設(shè)計(jì)與制作、檢測(cè)與探究?jī)纱箢愋?。在設(shè)計(jì)和制作類型中，有詳細(xì)的步驟，我們還增加了一項(xiàng)“撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告”。比如，制作簡(jiǎn)易照相機(jī)的任務(wù)要分解為：（1）測(cè)出凸透鏡的焦距。（2）制作一架簡(jiǎn)易光學(xué)照相機(jī)。（3）撰寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容包括原理、實(shí)物結(jié)構(gòu)、制作步驟或產(chǎn)品使用說明等（包括原理圖、主要參數(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖、使用方法等）。（4）利用自己制作的照相機(jī)來研究成像的規(guī)律和特點(diǎn)。

學(xué)生的探究并不會(huì)因?yàn)樽髌返耐瓿啥Y(jié)束，恰恰是另一個(gè)探究的開始。如在制作完成各種水果蔬菜電池后，在評(píng)比哪一組電壓最高時(shí)，學(xué)生提出了一系列問題：不同的水果制成電池，提供的電壓相同嗎？是不是串聯(lián)的水果越多電壓就一定越高？用不同的金屬制成的電極，效果一樣嗎？水果電池的電壓大小與插入金屬的表面積大小有關(guān)嗎？生活中用到的電池有哪些類型？電池的應(yīng)用、廢棄及環(huán)保問題如何？每個(gè)小組對(duì)以上感興趣的問題進(jìn)行二次探究。

3.整合研究主題，豐富研究項(xiàng)目。開發(fā)了一定量的研究主題后，我們重新梳理與分類，根據(jù)主題問的聯(lián)系進(jìn)行項(xiàng)目整合，增強(qiáng)探究的連續(xù)性和有效性。在生活中，為了使面包饅頭松軟，我們可以添加酵母菌發(fā)酵，也可以添加膨松劑如小蘇打或復(fù)合膨松劑等，由此我們開發(fā)了“性質(zhì)比較”研究主題，如蘇打與小蘇打的區(qū)別等。隨后，我們將酵母活性探究、蘇打與小蘇打的性質(zhì)比較探究等主題整合到了“廚房里的科學(xué)探究”項(xiàng)目中。

我們整理出的項(xiàng)目越來越豐富，包括廚房里的科學(xué)之面包松軟的秘密、廚房里的科學(xué)之營(yíng)養(yǎng)與健康、化學(xué)與生活之飲水與健康、化學(xué)與生活之洗滌劑的研究、神奇的遺傳與變異、光的秘密、電與磁的奧秘、天文與地理觀測(cè)等。我們將這些項(xiàng)目分為實(shí)物制作型、實(shí)驗(yàn)探究型、綜合應(yīng)用型、學(xué)科整合型四大類。不同類型的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在培養(yǎng)目標(biāo)、研究方式、學(xué)習(xí)對(duì)象、評(píng)價(jià)方式等方面的側(cè)重點(diǎn)各有不同。

以“任務(wù)”帶動(dòng)項(xiàng)目研究，以項(xiàng)目研究建構(gòu)認(rèn)知

項(xiàng)目設(shè)計(jì)之后，關(guān)鍵是實(shí)施。為了不讓每個(gè)項(xiàng)目變成“走過場(chǎng)”，我們非常注重任務(wù)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。

1.基于設(shè)計(jì)的實(shí)物制作型項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，以問題為導(dǎo)向，以多個(gè)任務(wù)為手段，分步解決真實(shí)情境中的問題。完成一件實(shí)物作品，需要對(duì)實(shí)物的原理進(jìn)行調(diào)查了解，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)與制作，包括明確目標(biāo)、資料收集、合作交流、方案構(gòu)思、模型制作等一系列過程。

以光譜儀的制作與探究為例。我們首先提出問題：LED燈的藍(lán)光對(duì)眼睛有害，是真的嗎？如何購(gòu)買LED燈？自然界中的彩虹是光的色散現(xiàn)象，是最簡(jiǎn)單的光譜，生活中用到的白熾燈、日光燈、LED燈的發(fā)光原理有何不同？光譜分析儀現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用在空氣污染、水污染、食品衛(wèi)生等檢測(cè)中。

在自制光譜儀中，我們?cè)O(shè)置了5大任務(wù)。

鋪墊任務(wù)1：發(fā)現(xiàn)自然界中的各種光譜，設(shè)計(jì)彩虹的形成系列實(shí)驗(yàn)（從自然彩虹到人造彩虹）。

鋪墊任務(wù)2：了解光譜學(xué)的發(fā)展史（知識(shí)拓展）。從自然界的彩虹到牛頓的色散實(shí)驗(yàn)，到夫瑯和費(fèi)暗線的發(fā)現(xiàn)，再到德國(guó)科學(xué)家本生與基爾霍夫在19世紀(jì)60年代創(chuàng)建的實(shí)用光譜學(xué)。

核心任務(wù)1：制作光譜儀（了解器材與步驟、設(shè)計(jì)與制作）。

核心任務(wù)2：利用光譜儀研究光譜（探索與發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證與解釋）。要求觀測(cè)太陽(yáng)光、白熾燈、日光燈、節(jié)能燈、LED燈、液晶顯示屏等光源的光譜，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。提供檢測(cè)與探究報(bào)告一份。

拓展任務(wù)：了解LED燈的發(fā)光原理，給購(gòu)買和使用LED燈的人提供一份說明和建議。

實(shí)物制作型項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)置了原理鏈接、知識(shí)拓展、了解器材與步驟、設(shè)計(jì)與制作、探索與發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證與解釋、表達(dá)與交流等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)不—定線性執(zhí)行，可以循環(huán)交替。學(xué)生除了要在真實(shí)情境下完成多個(gè)現(xiàn)實(shí)的任務(wù)外，同時(shí)要把制作或探究過程以及指導(dǎo)生活應(yīng)用等以報(bào)告的方式表達(dá)出來，這不僅聚焦于動(dòng)手能力，更注重設(shè)計(jì)思維與表達(dá)能力的提升。

2.基于方法的實(shí)驗(yàn)探究型項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生經(jīng)歷完整的科學(xué)探究過程。完整探究是指學(xué)生自主進(jìn)行，該項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的基本流程包括：生成研究主題、制訂研究計(jì)劃、撰寫研究方案、開展實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果解釋、成果呈現(xiàn)、研究反思等環(huán)節(jié)，繪制流程圖如上。

STEM項(xiàng)目研究是要在能夠使用科學(xué)研究方法驗(yàn)證的領(lǐng)域內(nèi)，通過實(shí)驗(yàn)手段來解決問題。而科學(xué)研究有一個(gè)過程，用這種過程對(duì)在自然界中觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)研究、調(diào)查，并提供解釋。一般都需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，來觀察、測(cè)量和檢驗(yàn)他們的觀點(diǎn)和假設(shè)。STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為學(xué)生創(chuàng)造模擬科學(xué)探究和認(rèn)知的過程，教給學(xué)生科學(xué)的思維方法和科學(xué)探究方式。

3.基于應(yīng)用的綜合應(yīng)用型項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，就是從_個(gè)能激發(fā)學(xué)生興趣和好奇心的“生活事件”開始，讓學(xué)生看到為了解決問題而獲取知識(shí)、理解概念并運(yùn)用技能的必要性，從而產(chǎn)生內(nèi)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣。

以酸堿鹽的知識(shí)學(xué)習(xí)為例，傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)按照教材的知識(shí)序列展開，先學(xué)習(xí)酸的性質(zhì)，再學(xué)習(xí)堿的性質(zhì)，最后學(xué)習(xí)鹽的性質(zhì)，缺乏三者之間的知識(shí)關(guān)聯(lián)。但酸堿鹽知識(shí)在生活中的應(yīng)用是非常多的，我們運(yùn)用發(fā)散思維，以應(yīng)用產(chǎn)品為中心尋找與酸堿鹽有關(guān)的主題，將零散知識(shí)的學(xué)習(xí)與綜合應(yīng)用整合到了一起。比如，引導(dǎo)學(xué)生開展兩個(gè)項(xiàng)目：一是家庭各種洗滌劑的酸堿性研究，讓學(xué)生調(diào)查家中所用洗滌劑的種類、成分表、去污范圍、使用方法和注意事項(xiàng)，并檢測(cè)不同洗滌劑的pH值。二是利用廢油自制肥皂。在這個(gè)過程中學(xué)生自然就學(xué)習(xí)了酸堿鹽知識(shí)。

4.基于跨界的學(xué)科整合型項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，以提升創(chuàng)新能力為主要目標(biāo)。STEM項(xiàng)目本質(zhì)上是一種跨學(xué)科、綜合性的研究項(xiàng)目。學(xué)生在社會(huì)上遇到的問題不同于單一的學(xué)科性問題，而是復(fù)雜情境下的問題或任務(wù)，需要研究后作出決策。

以“橋梁探究”項(xiàng)目為例，橋梁在歷史、建筑、工程、文學(xué)、藝術(shù)等方面都有其獨(dú)特的研究?jī)r(jià)值。我們引導(dǎo)學(xué)生對(duì)杭州的橋梁進(jìn)行實(shí)地考察，開發(fā)出橋梁的歷史背景研究、橋梁與經(jīng)濟(jì)研究、結(jié)構(gòu)分型、橋梁建模、不同橋梁的受力比較等不同主題，最后在模擬情境下讓學(xué)生給出橋梁建設(shè)方案的論證分析，以小組合作的形式交流成果。

完整地參與一次STEM項(xiàng)目，不僅是一次知識(shí)學(xué)習(xí)的過程，更大的意義在于引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)模擬科學(xué)家探索世界、認(rèn)知世界，從而在大腦中建構(gòu)自己認(rèn)知的過程。

STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是發(fā)現(xiàn)問題、不斷細(xì)化問題、破解問題的過程。所以，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)不能只看重結(jié)果，還要注重整個(gè)過程中學(xué)生展現(xiàn)出來的能力。

我們的學(xué)生評(píng)價(jià)方法有三個(gè)特點(diǎn)。

一是注重形成性評(píng)價(jià)。收集、積累能夠反映學(xué)生閱讀與發(fā)展的材料，納入成長(zhǎng)記錄袋。

二是強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)主體的多元性。加強(qiáng)學(xué)生的自我評(píng)價(jià)和相互評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、自我反思，尊重學(xué)生的個(gè)體差異，讓評(píng)價(jià)更好地發(fā)揮其檢查、反饋和激勵(lì)的功能，有效促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。

三是注重以展示促評(píng)價(jià)。重視利用量表對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，讓學(xué)生通過展示自己的研究思路、研究過程和研究成果，展現(xiàn)自己的邏輯思維能力、語言表達(dá)能力、自信心等綜合素養(yǎng)。

教師、學(xué)生與學(xué)校之間的彼此成就

兩年多來，我們的收獲太豐厚了。

1.豐富了課程資源。課題組成員開發(fā)的《STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)》課程填補(bǔ)了空白，我們不斷開發(fā)教學(xué)素材并對(duì)應(yīng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)包，為本?；A(chǔ)性課程的整合、拓展性課程的開展提供了優(yōu)質(zhì)資源。在杭州市名師展示課活動(dòng)、杭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)課題成果推廣會(huì)上展示、推廣成為區(qū)域拓展性課程開發(fā)的樣板。

2.提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。我們開發(fā)的每個(gè)項(xiàng)目都與學(xué)生的生活緊密聯(lián)系，與學(xué)生已有的知識(shí)和能力水平相匹配。而解決問題不是我們探究的終點(diǎn)，學(xué)生還會(huì)在其中發(fā)現(xiàn)新問題，—直保持著探究的強(qiáng)烈欲望。比如，通過芬達(dá)的褪色實(shí)驗(yàn)和對(duì)添加劑的調(diào)查，學(xué)生主動(dòng)提出希望研究添加劑的性質(zhì)、作用、標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)等問題。每個(gè)主題都有實(shí)踐內(nèi)容，或制作，或檢測(cè)，或搭建。如在制作孔明燈時(shí)，沒有一次成功，經(jīng)過多次改進(jìn)，當(dāng)孔明燈最終成功起飛時(shí)，學(xué)生經(jīng)歷了從知到行到知的學(xué)習(xí)過程，收獲了解決問題的方法以及堅(jiān)持不懈的品質(zhì)。還有多名學(xué)生在杭州市科技節(jié)創(chuàng)新大賽中表現(xiàn)優(yōu)秀。

3.提升了教師的課程開發(fā)與實(shí)施能力。兩年多來，科學(xué)團(tuán)隊(duì)通力合作，我們課題組成員一起研究《STEM項(xiàng)目學(xué)生研究手冊(cè)》，去研究、分析STEM理念;去學(xué)習(xí)上海和溫州的經(jīng)驗(yàn)，參加各種相關(guān)的培訓(xùn)、學(xué)習(xí);共同研究德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)的科學(xué)教材，了解和借鑒綜合性學(xué)科的課程設(shè)計(jì)與實(shí)施情況等。從上公開課到開發(fā)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)一節(jié)課到課程開發(fā)，教師整合學(xué)科教學(xué)的能力、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的組織與指導(dǎo)能力、創(chuàng)新教育教學(xué)的能力等都得到了明顯提升。我們的教師還圍繞“STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”在全省的科學(xué)教師培訓(xùn)中開了講座。

這些收獲除了來自科學(xué)團(tuán)隊(duì)的努力外，還需要學(xué)校的支持和校外資源的整合利用。

除了學(xué)校的普通實(shí)驗(yàn)室，我們還開辟了一問STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)專用實(shí)驗(yàn)室，配備專業(yè)資源。STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主要在拓展性課程、基礎(chǔ)性課程和暑期社會(huì)實(shí)踐中進(jìn)行，學(xué)校配有周課時(shí)、月課時(shí)、學(xué)期的階段性課時(shí)供學(xué)生選擇。同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目需要可以靈活組織40分鐘、80分鐘的長(zhǎng)短課，這使得項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能夠順利推進(jìn)和落實(shí)。

學(xué)校所處的杭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)最大的資源優(yōu)勢(shì)是高校、企業(yè)眾多。我們圍繞不同主題，分別與區(qū)內(nèi)的浙江工商大學(xué)、浙江水利水電學(xué)院、杭州電子科技大學(xué)合作，帶領(lǐng)學(xué)生到大學(xué)實(shí)驗(yàn)室參觀、上課，或請(qǐng)大學(xué)相關(guān)專業(yè)教師到校上課，這對(duì)課程的開發(fā)和深度研究功不可沒。

本文系浙江省杭州市基礎(chǔ)教育研究項(xiàng)目“基于生活化的STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施的研究”課題（項(xiàng)目編號(hào)：L2016178）的研究成果

責(zé)任編輯 冀曉萍