基于項目的STEM下真實情境與知識的相互作用

葛鵬 蔡文聯(lián)

我國現(xiàn)階段小學科學課程模式容易導致與真實世界的剝離，失卻內(nèi)在價值和人的個性化發(fā)展。以培養(yǎng)綜合能力、提倡跨學科的STEM教育開展模式有多種，STEM PBL是其中一種，尤其強調(diào)真實情境。真實情境下的學習使學習者扮演專家的角色，完成知識與技能全面而深入的學習，這些知識與技能可以有效應(yīng)用于真實世界問題的解決，實現(xiàn)科學與真實世界的連接。

1 STEM PBL基本理論

1.1 STEM PBL基本理論

基于項目的學習（PBL）其背后的理論基礎(chǔ)主要有建構(gòu)主義學習理論、杜威的實用主義教育理論和布魯納的發(fā)現(xiàn)學習理論。

建構(gòu)主義學習理理論認為，知識是基于一定的情境（本文情境一詞包含社會文化背景及實踐過程中出現(xiàn)的主要因素），借助一定的學習資源，建構(gòu)而來的。

杜威的實用主義教育理論是對傳統(tǒng)課堂、教師、課本“舊三中心論”的批判。其“新三中心論”包含經(jīng)驗、兒童、活動，強調(diào)做中學。即在實踐中側(cè)重直接經(jīng)驗的學習，從真實（世界）情境中培養(yǎng)學生能力。與建構(gòu)主義學習理論相比，杜威所要求的情境更接近真實情境，即從兒童實際出發(fā)、在真實（世界）情境下通過實踐，強調(diào)直接經(jīng)驗的獲得，而兒童的知識更多來源于直接經(jīng)驗。

布魯納的發(fā)現(xiàn)學習理論認為學習就是知識認知結(jié)構(gòu)的再組織。學生從提出問題，得出結(jié)論，一直到交流反思，最終得到知識。在布魯納的發(fā)現(xiàn)學習理論中，情境的作用并沒有消失，情境給予學生學習過程中強有力的支持，影響了知識的獲得。

實用主義教育對真實（世界）情境，即真實情境尤為強調(diào)，在此基礎(chǔ)上進行實踐，將直接經(jīng)驗發(fā)展為知識。建構(gòu)主義學習理論和布魯納的發(fā)現(xiàn)學習理論，也認為知識的獲得離不開情境這一要素。

STEM PBL能夠幫助學生充分體驗到真實情境，這些真實情境下的體驗?zāi)軌蜉o助學生學習，完成知識的建構(gòu)，而這些知識與技能完全可以應(yīng)用于現(xiàn)實生活中的復(fù)雜問題。STEM PBL視角下的真實情境，給予學生各個方面的支持，尤其是背景知識的幫助。這樣的學習是高效、深入的，學生可以從真實世界中不斷得到反饋，這些反饋可以是來自實驗、也可以是來自指導教師甚至是專家的。

1.2 傳統(tǒng)課堂情境與STEM PBL下真實情境的比較

筆者從多個角度對傳統(tǒng)課堂情境和STEM PBL下情境進行分析，得到表一。

如表1可知，傳統(tǒng)課堂情境較為單一、固定，STEM PBL要求真實情境下的學習，其需求遠遠比后者復(fù)雜。由此產(chǎn)生了對于學習全新的要求，教育從注重知識傳授的灌輸型教育向注重科學素質(zhì)養(yǎng)成的探究式學習轉(zhuǎn)變。

2.1 STEM PBL來源

案例設(shè)計基于校園植物種植活動，讓學生在真實的情境中體會種植、收獲知識與技能，在學校中開展植物有關(guān)的STEM PBL具有較強可行性。學生根據(jù)自身的興趣、愛好、特長，自我組織，以小組為單位開展與植物有關(guān)的種植活動，培養(yǎng)學生在真實情境中解決問題，培養(yǎng)綜合能力。

本案例框架設(shè)計側(cè)重生命科學領(lǐng)域，在課外科學活動中以種植活動為核心展開，涉及植物、動物、人、生物與環(huán)境的關(guān)系、植物生命的延續(xù)等方面。在生命科學領(lǐng)域的科學課中，學生的學習得到真實情境的強有力支持，學生的學習不局限于課堂之中。

場地：學校種植場所（專門場地、陽臺），如可采用長條形的結(jié)構(gòu)對田地進行改造，各個年級劃分各自的活動場地，以小組合作的形式展開;也可以采用無土栽培技術(shù)，對于場地的要求更加靈活。

2.2 基礎(chǔ)階段

特點：基礎(chǔ)性。

學生活動：種植各小組當?shù)爻Ｒ姷漠敿镜氖卟?，記錄生長情況、生長現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)的問題，學生由此真實情境出發(fā)，通過多種方式、途徑收集信息，嘗試解決問題。

教師指導：教師提供學生植物種子，并基礎(chǔ)階段給予學生指導（植物的基礎(chǔ)信息及勞動經(jīng)驗等）。

設(shè)計意圖：學生學習基礎(chǔ)知識，科學學習與生活相結(jié)合;學生進行初步的分工合作，進行勞動實踐，培養(yǎng)學生的實踐與合作能力。

2.3 小項目階段

特點：由多個小項目組成（或每個小組完成一個小項目），學生在此階段進行深入學習。

學生活動：基于之前的學習，學生提出自己想要探究的項目，如：從植物生長過程中出現(xiàn)的異常情況分析，研究農(nóng)業(yè)中的間作套種，選擇易遭受蟲害的芥菜和生菜，單種組和套種組比較。套種組為芥菜或生菜與其他植物進行組合。

涉及項目：天然除蟲劑的研制、博物學板塊（本項目有關(guān)的植物、昆蟲、動物）等。

教師指導：教師此階段側(cè)重引導學生學習，利用自己豐富的知識，拓展學生的知識面;

各個小項目形成小成果，教師指導學生科學的觀察、記錄、實驗方法，掌握科學論文書寫的方法。

設(shè)計意圖：學生學習農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的科學知識，通過科學探究，緊密聯(lián)系生活（真實情境）;

學生學習植物方面的科學知識，教師指導學生總結(jié)各階段性成果，以日記、文章、植物科學畫的形式展現(xiàn)，培養(yǎng)學生歸納、總結(jié)、書寫、繪畫的能力，呈現(xiàn)各階段的成果;這一階段也可以引入一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的工具，加深學生對簡單機械的理解與運用。

實驗方法：觀察法、控制變量法、探究法

補充說明：這一階段小項目的選擇和時間安排較為靈活，可以以半個學期作為這一階段的時間，也可以與科學課程所用書本的內(nèi)容編排形成補充?？偠灾倦A段的內(nèi)容展開形式多樣，時間安排靈活。教師可以邀請植物學方面的專家加入，提供專業(yè)化的指導。

2.4 大項目階段

特點：各年級各小組有針對性選擇各自感興趣的課題，進行深入研究，難度相比前一階段更大;更加注重原創(chuàng)性。

學生活動：此前的項目中，學生經(jīng)過實踐，學生的綜合素養(yǎng)、能力得以發(fā)展，積累了大量的素材。學生沿著自己感興趣的角度出發(fā)，使用科學探究的方法深入研究某一問題，。

教師指導：這一階段教師不再頻繁對學生給予細節(jié)方面的指導，而是側(cè)重于大方向的指導，更加注重學生的深度學習，在此過程中培養(yǎng)學生的綜合能力。教育者的角色不再局限于教師，各領(lǐng)域?qū)＜壹尤氲浇逃龑嵺`中，建立學校與社會各組織的合作關(guān)系，促進科學教育的發(fā)展。

設(shè)計意圖：學生選擇某一項目，進行深入研究，這是基于各年級各小組真實的體驗，學生做的是自身感興趣的內(nèi)容，內(nèi)在動力較強。

3 STEM PBL案例分析

3.1 真實情境與知識的討論

“什么是知識”，在科學學科中又以“什么是科學知識最為重要”。亞里士多德把哲學看成一切知識中最高級最理想的形態(tài)，此后各個科學家對于“知識”都有不同的理解。但無疑，知識必然具有影響乃至改造世界的力量，而這種力量不是直接對真實世界產(chǎn)生作用的。蘇格蘭領(lǐng)土的測繪工作就是證明，各種技巧和知識結(jié)合在一起，開展理論與實踐的對話，最終技術(shù)與工程的應(yīng)用描繪出了蘇格蘭的版圖——礦藏、河流、邊界變得清晰。

現(xiàn)在的時代越來越自由、開放，社會的發(fā)展速度加快，理工專業(yè)學生會發(fā)現(xiàn)，大學已學習的科學知識、所了解的社會情況不斷發(fā)生變化，很多先前學習的知識到工作時已然失去作用。作者將知識的迭代定義為知識根據(jù)上次真實情境下的實踐結(jié)論調(diào)整原有的結(jié)論。隨著我們對于某一知識的不斷實踐，這一實踐發(fā)生的越多，對它的了解就越深，就越接近真理?，F(xiàn)在的時代已經(jīng)有這樣的趨勢：真實情境不斷發(fā)生改變，知識起作用的時間越來越短，傳統(tǒng)教育將越來越無法滿足社會發(fā)展的要求。

STEM教育立足現(xiàn)在，面向未來，必然對所學的知識有所要求，而知識又受到情境的影響。這一關(guān)系如圖一所示。

3.2 案例分析

上述案例中，學生置身于真實情境中，需要面對極其復(fù)雜的問題。這就需要學生學習較為基礎(chǔ)、廣泛的科學知識，以此作為基礎(chǔ)開展項目式學習。起初的項目較為簡單（植物生長周期較短、較易種植），如觀察生菜的生長過程。學生需要從生菜的種子開始，親身實踐，種植種子，在生長過程中學習相關(guān)的知識與技能。真實情境固然帶來了復(fù)雜的問題，同時也為科學實踐的展開提供了大量的支持，學生在學生過程中不斷得到即時的反饋，其實踐不斷得到檢驗。

隨著第二階段小項目的進行，學生的知識面不斷拓寬、某些方面的知識不斷加深，各方面能力得到鍛煉。在多個小項目的合作學習過程中，知識的專業(yè)化與深度不斷加強。學生在真實情境下學習到的知識有別于孤立課堂中學到的知識（傳統(tǒng)課堂情境），前者能夠促進學生綜合能力和核心素養(yǎng)的發(fā)展。

到了第三階段大項目的學習，學生能夠充分發(fā)揮自身的主觀能動性。學生具有相對多的主導權(quán)，教師、專家則側(cè)重提供專業(yè)化的指導和方向性的啟發(fā)。

以上每一個過程都需要教師的精心設(shè)計，針對學生的學習狀況、科學課程設(shè)置狀況、身心發(fā)展狀況等方面出發(fā)，并基于現(xiàn)有的教育問題與理論實踐成果進行設(shè)計。

（作者單位：閩南師范大學化學化工與環(huán)境學院）