基于PBL模式的STEM教學(xué)策略研究

周洪茜 李琪

摘要：基于PBL模式的STEM教學(xué)策略，將各學(xué)科知識嵌于項目設(shè)計中，注重以實際生活的真實問題為切入點，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使其在完成項目的同時學(xué)習(xí)各學(xué)科相關(guān)知識。該教學(xué)策略不僅能夠提高學(xué)生綜合運用理論知識解決實際問題的能力，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力、交流協(xié)作能力以及自主學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)的意識。本文根據(jù)PBL模式的優(yōu)勢，從理論依據(jù)、模式對比、教學(xué)模式等方面構(gòu)建了基于PBL模式的STEM教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：PBL模式；STEM教育；教學(xué)策略

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2018）17-0076-04

2012年，教育部頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》中提出：在基礎(chǔ)教育中要利用信息技術(shù)促進我國的教育改革，鼓勵教育者將信息技術(shù)作為學(xué)生的學(xué)習(xí)資源，實施以學(xué)習(xí)者為中心的自主學(xué)習(xí)式、合作探究式、討論式等新型教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、合作學(xué)習(xí)能力以及利用信息技術(shù)手段在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下解決生活中的實際問題和其他學(xué)科問題的能力，進而有效提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。[1]2015年9月，教育部頒布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中指出：要積極利用信息技術(shù)手段開展創(chuàng)客教育、STEM教育等創(chuàng)新型教學(xué)模式，更加有效地培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的信息素養(yǎng)。[2]由此可見，在教育信息化已經(jīng)取得國家政策大力支持的發(fā)展背景下，設(shè)計基于STEM教育理念的創(chuàng)新型教學(xué)策略，對我國基礎(chǔ)教育信息化發(fā)展具有重要的意義。將PBL模式引入STEM教學(xué)策略，變革教師教學(xué)模式，能夠提高學(xué)生的實操能力，幫助學(xué)生較好地開展項目探究式學(xué)習(xí)。

我國STEM教育應(yīng)用現(xiàn)狀

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱。它強調(diào)多門學(xué)科之間的相互聯(lián)結(jié)和整合，支持學(xué)生運用多個學(xué)科知識多視角、多維度地認識世界并改造世界。[3]STEM教育2007年引入我國，并在基礎(chǔ)教育應(yīng)用領(lǐng)域不斷發(fā)展。例如，富有校本特色的展示課“動態(tài)背景的制作技巧”，在信息技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計中融入了藝術(shù)和人文設(shè)計元素[4]；制作“水果電池”，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，有效解決為音樂卡片供電的問題[5]等。

總體來說，以美國為代表的STEM教育理念為我國STEM教育活動設(shè)計提供了理論參考與實踐經(jīng)驗，但目前我國開展的中小學(xué)STEM教學(xué)仍然存在課程與現(xiàn)實生活契合度不強、學(xué)生參與積極性不高、評價體系不完善等問題。

基于PBL模式的STEM教學(xué)策略研究理論依據(jù)

基于項目的學(xué)習(xí)（Project-Based Learning-PBL）教學(xué)模式被定義為“一種課堂活動的模式，它脫離了短暫且孤立的以教師為中心的課堂教學(xué)，取而代之的是強調(diào)長期的、跨學(xué)科的、以學(xué)生為中心的，且與現(xiàn)實世界之問題和實踐相融合”的學(xué)習(xí)活動。[6]相關(guān)研究表明它能夠促進學(xué)生合作，并有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和邏輯思維能力，其表現(xiàn)出的特點與STEM教育中所體現(xiàn)的跨學(xué)科、“做中學(xué)”的理念不謀而合。

將PBL模式引入STEM教學(xué)策略，形成基于PBL模式的STEM教學(xué)，它融合了多種教育理念，其中建構(gòu)主義和多元智力理論最具有代表性。建構(gòu)主義認為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者在環(huán)境交互作用過程中主動建構(gòu)內(nèi)部心理表征的過程，這是一種提倡體驗型、動手型、以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)模式。多元智力理論認為智能是在某種社會或文化環(huán)境的價值標準下，個體用以解決在實踐中遇到的難題或生產(chǎn)及創(chuàng)造出有效產(chǎn)品所需要的能力。每個人都有不同的智力類型和不同的智力優(yōu)勢。在PBL模式中，教師將各種教與學(xué)的策略運用到項目的設(shè)計和實施過程中，幫助學(xué)生開發(fā)各種智力。[7]

與傳統(tǒng)STEM課堂教學(xué)策略對比

基于PBL模式的STEM教學(xué)策略更符合新課程改革的需求，充分利用了信息技術(shù)的發(fā)展成果，使學(xué)習(xí)過程更富有活力。從右表不難發(fā)現(xiàn)，基于PBL模式的STEM教學(xué)策略的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面。

一方面，開展項目學(xué)習(xí)活動，可以運用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)相互支撐、補充的關(guān)系。[8]教師不再設(shè)置具體的課程內(nèi)容，而是提出切合生活實際的問題，提高了課堂所學(xué)內(nèi)容在現(xiàn)實生活中的實用價值，為學(xué)生接受高等教育奠定了基礎(chǔ)。學(xué)生組成項目小組，圍繞問題自主設(shè)計項目、執(zhí)行內(nèi)容并完成項目產(chǎn)品。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，充分選擇和利用最優(yōu)化的學(xué)習(xí)資源，在實踐體驗、內(nèi)化吸收、探索創(chuàng)新中獲得較為完整和具體的知識，形成專門的技能和得到充分發(fā)展的學(xué)習(xí)。學(xué)生正是在一個個項目的學(xué)習(xí)中鍛煉了高階思維能力、動手能力、交流協(xié)作能力，培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)的意識。在此過程中他們的學(xué)習(xí)收獲是多方面且富有個性的。

另一方面，基于PBL模式的STEM教學(xué)策略賦予了學(xué)生追求現(xiàn)實意義的項目背景，為學(xué)生提供機會，讓學(xué)生能夠根據(jù)他們的個人理解來評估科學(xué)證據(jù)，闡述自己的理論和解釋，并積極地參與到學(xué)習(xí)過程中，幫助學(xué)生在個體學(xué)習(xí)中形成個人價值觀，不斷增強個體意義感，讓個人的身心得到全面發(fā)展。[9]

基于PBL模式的STEM教學(xué)策略研究

在對大量教學(xué)策略和教學(xué)過程的研究后，筆者參考了傳統(tǒng)STEM課堂教學(xué)策略，并在PBL教學(xué)模式應(yīng)用的基礎(chǔ)上，總結(jié)出STEM教學(xué)策略的教學(xué)模式，如下圖所示。

1.課前準備

（1）確定主題

基于PBL模式的STEM學(xué)習(xí)，主要是以項目貫穿于整個學(xué)習(xí)過程。首先，要選擇項目的主題。項目的主題可依據(jù)課程標準，也可以通過調(diào)查當?shù)厣鐓^(qū)提出問題。這樣從學(xué)生日常生活中取材，提出具有現(xiàn)實意義并適用于課堂教學(xué)的項目，既能充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，也對學(xué)生理解教育對生活的重要性具有重要意義。

（2）設(shè)計項目

教學(xué)管理人員安排共同的時間讓不同科目的教師合作并計劃教學(xué)，實行集體備課。典型的備課團隊由3～5名教師組成。教師根據(jù)可用資源的情況、教師和學(xué)生對PBL的準備程度、學(xué)生原有知識和經(jīng)驗基礎(chǔ)等因素決定在何種程度上實施教學(xué)，進而在項目中融入多門學(xué)科知識，強調(diào)項目和各個活動間的梯度性（分為不同層次，彼此間由淺入深），這樣一方面可以讓學(xué)生循序漸進地掌握所學(xué)知識，培養(yǎng)知識遷移能力，另一方面能滿足不同水平學(xué)生的需要，促進其個性化學(xué)習(xí)。[10]

基于PBL模式的STEM教學(xué)要求教師以讓內(nèi)容容易習(xí)得、讓思維具有可見性、幫助學(xué)生向他人學(xué)習(xí)、促進自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)為原則，通過明確的結(jié)果來識別每一個科目領(lǐng)域需要覆蓋的學(xué)習(xí)目標。

項目設(shè)計應(yīng)該包括確定學(xué)習(xí)目標、設(shè)計框架問題、設(shè)計學(xué)習(xí)活動和制訂評價計劃。

2.教學(xué)過程

（1）提出項目，制訂標準

在課堂上，教師可以通過播放視頻短片、角色扮演、實地考察、邀請主講嘉賓等，讓學(xué)生有效投入項目。通常由教師介紹項目設(shè)計綱要，為學(xué)生提供較為模糊的任務(wù)和明確的結(jié)果，告知學(xué)生項目所需的準備，幫助學(xué)生組成項目小組，為后期項目學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（2）調(diào)查研究，形成概念

為學(xué)生提供一個以社區(qū)為中心的學(xué)習(xí)環(huán)境，分小組進行項目設(shè)計，學(xué)生團隊在開始工作之前，對所設(shè)計的項目進行具體調(diào)查，考慮其現(xiàn)實因素，如目標人群購買力、產(chǎn)品安全性、法律方面的要求等。

如果項目持續(xù)時間較長，教師最好將其分解成較小的任務(wù)，學(xué)生會更容易看到自己在努力實現(xiàn)項目目標過程中所取得的進步。另外，組內(nèi)以頭腦風(fēng)暴的形式尋求可能的解決方案，形成對項目的基本概念。

（3）分析并制訂方案

在形成了大量可能解決問題的方案后，學(xué)生就可以開始分析這些方案。項目設(shè)計不是提出單一的正確答案，而是在幾個有可能的答案中識別出最好的解決途徑。教師應(yīng)當鼓勵學(xué)生以系統(tǒng)的方法進行分析。在設(shè)計過程的不同階段，學(xué)生不僅要在團隊內(nèi)部進行溝通，還要做到團隊之間的溝通。學(xué)生經(jīng)多次討論形成有計劃性的時間表，避免因進度緩慢而延誤工期。

（4）建立模型，優(yōu)化方案

應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)三門學(xué)科知識設(shè)計最優(yōu)的解決方案后，學(xué)生開始運用信息技術(shù)手段，嘗試構(gòu)建一個完整的工作模型或原型。在制作過程中，學(xué)生基于測試結(jié)果，對照項目計劃評估標準不斷進行改進優(yōu)化，回到概念形成階段的起點來修改內(nèi)容并開展頭腦風(fēng)暴，進而分析并更新設(shè)計或者做出其他選擇，建立新的模型，重新測試，再次優(yōu)化。同時，在選定最終結(jié)果之前，這個優(yōu)化過程處于不斷循環(huán)之中。這時，教師要引導(dǎo)學(xué)生意識到項目設(shè)計過程具有反復(fù)性，并不是一蹴而就的。

這個過程需要學(xué)生充分選擇和利用各種資源，在實際體驗、探索創(chuàng)新、內(nèi)化吸收的過程中，對融入各學(xué)科的知識進行主動構(gòu)建，并以團隊為組織形式獲得完整而具體的知識，形成技能并獲得發(fā)展。

（5）交流與反思

學(xué)生應(yīng)主動投入學(xué)習(xí)過程，而且必須自己確定新信息怎樣與自己目前理解的知識相聯(lián)系。要想達到這種境界，教師必須引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會看待事物的優(yōu)勢與劣勢，從而能夠有效地解決問題，同時還要會對自己的思維進行反思。交流的方式也有很多，如小組間可通過作報告的形式，向其他同學(xué)展示，并交流測試結(jié)果，如果有條件，教師可以讓他們與更大范圍的受眾進行交流。

3.教學(xué)評價

基于PBL模式的STEM教學(xué)策略要求對評估的意義有全新的認識，教師要把注意力從總結(jié)性評價轉(zhuǎn)移到形成性評價上來。評價以設(shè)計綱要和評價量規(guī)為依據(jù)，目的在于了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。同時，教師的評價不能局限于對設(shè)計的反饋，還要采用多元評價系統(tǒng)，針對項目的最終作品和學(xué)生在項目實施過程中的實際表現(xiàn)，及時跟進過程性評價。這樣既有利于維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可以在評價反饋中發(fā)現(xiàn)問題，及時對項目進行調(diào)整。

項目評價既要評價學(xué)生個人的表現(xiàn)，也要評價小組的表現(xiàn)。具體可以采用視頻行為采集、記錄過程表、在線學(xué)習(xí)行為記錄、隨堂測試等方式予以評估[11]，還可以選擇學(xué)生利用檢查表和評價量規(guī)等工具進行自評，促使學(xué)生進行反思并提高。

結(jié)語

基于PBL模式的STEM教學(xué)策略通過項目驅(qū)動方式開展教學(xué)實踐活動，促使學(xué)生就某一個學(xué)習(xí)主題進行深入探究，并進行多維度思考。它在教學(xué)指導(dǎo)、教學(xué)資源配置、項目支持等方面的優(yōu)勢，既保證了知識體系的完整性、跨學(xué)科內(nèi)容的融合性，又增強了與現(xiàn)實生活的銜接性，促進了學(xué)生知識內(nèi)化遷移和創(chuàng)造力的進階發(fā)展，鍛煉了學(xué)生的自主建構(gòu)、團隊合作、批判思維等綜合能力，具有實用價值與推廣意義。

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基金項目：遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“基于PBL模式的中小學(xué)STEM教學(xué)策略研究”；（201810165037）。