基于PBL模式的STEM教学策略研究

周洪茜 李琪

摘要：基于PBL模式的STEM教学策略，将各学科知识嵌于项目设计中，注重以实际生活的真实问题为切入点，充分调动学生学习的积极性，使其在完成项目的同时学习各学科相关知识。该教学策略不仅能够提高学生综合运用理论知识解决实际问题的能力，还能够培养学生的高阶思维能力、交流协作能力以及自主学习与终身学习的意识。本文根据PBL模式的优势，从理论依据、模式对比、教学模式等方面构建了基于PBL模式的STEM教学策略。

关键词：PBL模式；STEM教育；教学策略

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2018）17-0076-04

2012年，教育部颁布的《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》中提出：在基础教育中要利用信息技术促进我国的教育改革，鼓励教育者将信息技术作为学生的学习资源，实施以学习者为中心的自主学习式、合作探究式、讨论式等新型教学模式，培养学生的自主学习能力、合作学习能力以及利用信息技术手段在网络环境下解决生活中的实际问题和其他学科问题的能力，进而有效提高学生的信息素养。[1]2015年9月，教育部颁布的《教育信息化“十三五”规划》中指出：要积极利用信息技术手段开展创客教育、STEM教育等创新型教学模式，更加有效地培养学习者的信息素养。[2]由此可见，在教育信息化已经取得国家政策大力支持的发展背景下，设计基于STEM教育理念的创新型教学策略，对我国基础教育信息化发展具有重要的意义。将PBL模式引入STEM教学策略，变革教师教学模式，能够提高学生的实操能力，帮助学生较好地开展项目探究式学习。

我国STEM教育应用现状

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简称。它强调多门学科之间的相互联结和整合，支持学生运用多个学科知识多视角、多维度地认识世界并改造世界。[3]STEM教育2007年引入我国，并在基础教育应用领域不断发展。例如，富有校本特色的展示课“动态背景的制作技巧”，在信息技术课程教学设计中融入了艺术和人文设计元素[4]；制作“水果电池”，将化学能转化为电能，有效解决为音乐卡片供电的问题[5]等。

总体来说，以美国为代表的STEM教育理念为我国STEM教育活动设计提供了理论参考与实践经验，但目前我国开展的中小学STEM教学仍然存在课程与现实生活契合度不强、学生参与积极性不高、评价体系不完善等问题。

基于PBL模式的STEM教学策略研究理论依据

基于项目的学习（Project-Based Learning-PBL）教学模式被定义为“一种课堂活动的模式，它脱离了短暂且孤立的以教师为中心的课堂教学，取而代之的是强调长期的、跨学科的、以学生为中心的，且与现实世界之问题和实践相融合”的学习活动。[6]相关研究表明它能够促进学生合作，并有利于激发学生的创造力和逻辑思维能力，其表现出的特点与STEM教育中所体现的跨学科、“做中学”的理念不谋而合。

将PBL模式引入STEM教学策略，形成基于PBL模式的STEM教学，它融合了多种教育理念，其中建构主义和多元智力理论最具有代表性。建构主义认为学习是学习者在环境交互作用过程中主动建构内部心理表征的过程，这是一种提倡体验型、动手型、以学生为中心的学习模式。多元智力理论认为智能是在某种社会或文化环境的价值标准下，个体用以解决在实践中遇到的难题或生产及创造出有效产品所需要的能力。每个人都有不同的智力类型和不同的智力优势。在PBL模式中，教师将各种教与学的策略运用到项目的设计和实施过程中，帮助学生开发各种智力。[7]

与传统STEM课堂教学策略对比

基于PBL模式的STEM教学策略更符合新课程改革的需求，充分利用了信息技术的发展成果，使学习过程更富有活力。从右表不难发现，基于PBL模式的STEM教学策略的优势主要体现在两个方面。

一方面，开展项目学习活动，可以运用科学、技术、工程、数学相互支撑、补充的关系。[8]教师不再设置具体的课程内容，而是提出切合生活实际的问题，提高了课堂所学内容在现实生活中的实用价值，为学生接受高等教育奠定了基础。学生组成项目小组，围绕问题自主设计项目、执行内容并完成项目产品。学生在学习过程中，充分选择和利用最优化的学习资源，在实践体验、内化吸收、探索创新中获得较为完整和具体的知识，形成专门的技能和得到充分发展的学习。学生正是在一个个项目的学习中锻炼了高阶思维能力、动手能力、交流协作能力，培养了自主学习与终身学习的意识。在此过程中他们的学习收获是多方面且富有个性的。

另一方面，基于PBL模式的STEM教学策略赋予了学生追求现实意义的项目背景，为学生提供机会，让学生能够根据他们的个人理解来评估科学证据，阐述自己的理论和解释，并积极地参与到学习过程中，帮助学生在个体学习中形成个人价值观，不断增强个体意义感，让个人的身心得到全面发展。[9]

基于PBL模式的STEM教学策略研究

在对大量教学策略和教学过程的研究后，笔者参考了传统STEM课堂教学策略，并在PBL教学模式应用的基础上，总结出STEM教学策略的教学模式，如下图所示。

1.课前准备

（1）确定主题

基于PBL模式的STEM学习，主要是以项目贯穿于整个学习过程。首先，要选择项目的主题。项目的主题可依据课程标准，也可以通过调查当地社区提出问题。这样从学生日常生活中取材，提出具有现实意义并适用于课堂教学的项目，既能充分发挥学生的自主性，也对学生理解教育对生活的重要性具有重要意义。

（2）设计项目

教学管理人员安排共同的时间让不同科目的教师合作并计划教学，实行集体备课。典型的备课团队由3～5名教师组成。教師根据可用资源的情况、教师和学生对PBL的准备程度、学生原有知识和经验基础等因素决定在何种程度上实施教学，进而在项目中融入多门学科知识，强调项目和各个活动间的梯度性（分为不同层次，彼此间由浅入深），这样一方面可以让学生循序渐进地掌握所学知识，培养知识迁移能力，另一方面能满足不同水平学生的需要，促进其个性化学习。[10]

基于PBL模式的STEM教学要求教师以让内容容易习得、让思维具有可见性、帮助学生向他人学习、促进自主学习和终身学习为原则，通过明确的结果来识别每一个科目领域需要覆盖的学习目标。

项目设计应该包括确定学习目标、设计框架问题、设计学习活动和制订评价计划。

2.教学过程

（1）提出项目，制订标准

在课堂上，教师可以通过播放视频短片、角色扮演、实地考察、邀请主讲嘉宾等，让学生有效投入项目。通常由教师介绍项目设计纲要，为学生提供较为模糊的任务和明确的结果，告知学生项目所需的准备，帮助学生組成项目小组，为后期项目学习打下基础。

（2）调查研究，形成概念

为学生提供一个以社区为中心的学习环境，分小组进行项目设计，学生团队在开始工作之前，对所设计的项目进行具体调查，考虑其现实因素，如目标人群购买力、产品安全性、法律方面的要求等。

如果项目持续时间较长，教师最好将其分解成较小的任务，学生会更容易看到自己在努力实现项目目标过程中所取得的进步。另外，组内以头脑风暴的形式寻求可能的解决方案，形成对项目的基本概念。

（3）分析并制订方案

在形成了大量可能解决问题的方案后，学生就可以开始分析这些方案。项目设计不是提出单一的正确答案，而是在几个有可能的答案中识别出最好的解决途径。教师应当鼓励学生以系统的方法进行分析。在设计过程的不同阶段，学生不仅要在团队内部进行沟通，还要做到团队之间的沟通。学生经多次讨论形成有计划性的时间表，避免因进度缓慢而延误工期。

（4）建立模型，优化方案

应用数学、科学和技术三门学科知识设计最优的解决方案后，学生开始运用信息技术手段，尝试构建一个完整的工作模型或原型。在制作过程中，学生基于测试结果，对照项目计划评估标准不断进行改进优化，回到概念形成阶段的起点来修改内容并开展头脑风暴，进而分析并更新设计或者做出其他选择，建立新的模型，重新测试，再次优化。同时，在选定最终结果之前，这个优化过程处于不断循环之中。这时，教师要引导学生意识到项目设计过程具有反复性，并不是一蹴而就的。

这个过程需要学生充分选择和利用各种资源，在实际体验、探索创新、内化吸收的过程中，对融入各学科的知识进行主动构建，并以团队为组织形式获得完整而具体的知识，形成技能并获得发展。

（5）交流与反思

学生应主动投入学习过程，而且必须自己确定新信息怎样与自己目前理解的知识相联系。要想达到这种境界，教师必须引导学生学会看待事物的优势与劣势，从而能够有效地解决问题，同时还要会对自己的思维进行反思。交流的方式也有很多，如小组间可通过作报告的形式，向其他同学展示，并交流测试结果，如果有条件，教师可以让他们与更大范围的受众进行交流。

3.教学评价

基于PBL模式的STEM教学策略要求对评估的意义有全新的认识，教师要把注意力从总结性评价转移到形成性评价上来。评价以设计纲要和评价量规为依据，目的在于了解学生的学习效果。同时，教师的评价不能局限于对设计的反馈，还要采用多元评价系统，针对项目的最终作品和学生在项目实施过程中的实际表现，及时跟进过程性评价。这样既有利于维持学生的学习兴趣，又可以在评价反馈中发现问题，及时对项目进行调整。

项目评价既要评价学生个人的表现，也要评价小组的表现。具体可以采用视频行为采集、记录过程表、在线学习行为记录、随堂测试等方式予以评估[11]，还可以选择学生利用检查表和评价量规等工具进行自评，促使学生进行反思并提高。

结语

基于PBL模式的STEM教学策略通过项目驱动方式开展教学实践活动，促使学生就某一个学习主题进行深入探究，并进行多维度思考。它在教学指导、教学资源配置、项目支持等方面的优势，既保证了知识体系的完整性、跨学科内容的融合性，又增强了与现实生活的衔接性，促进了学生知识内化迁移和创造力的进阶发展，锻炼了学生的自主建构、团队合作、批判思维等综合能力，具有实用价值与推广意义。

参考文献：

[1]教育部.教育信息化十年发展规划（2011—2020年）[DB/OL].http：//www.moe.gov.cn/ewebeditor/uploadfile/2012/03/99/20120329140800968.doc，2012-04-01.

[2]教育部.教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL].[2016-06-24].http：//www.moe. gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[3]周东岱，樊雅琴，于颖，等.基于STEAM教育理念的小学课程体系重构研究[J].电化教育研究，2017（8）：105-110+128.

[4]周迎春.创设生活化教学情镜 进行实战技能有效训练——面向STEM的教学案例“动态背景的制作技巧”[J].中国教育技术装备，2016（23）：98-100.

[5]尉言勋，李学强，吴晓红.STEM课程教学案例分析：音乐卡片[J].中学化学教学参考，2016（21）.

[6]陈泽强.PBL模式下跨学科STEM学习探究[J].中小学信息技术教育，2017（10）：59-60.

[7]高志军，陶玉凤.基于项目的学习（PBL）模式在教学中的应用[J].电化教育研究，2009（12）：92-95.

[8]张惠玲.实施学生项目学习 培养学生STEM素养——对学生课题“研制水火箭并研究水火箭的运动”的案例研究[J].实验教学与仪器，2016（10）：3-6.

[9]崔鸿，朱家华，张秀红.基于项目的STEAM学习探析：核心素养的视角[J].华东师范大学学报：教育科学版，2017（4）：54-61+135-136.

[10][11]秦瑾若，傅钢善.STEM教育：基于真实问题情景的跨学科式教育[J].中国电化教育，2017（4）：67-74.

基金项目：辽宁省大学生创新创业训练计划项目“基于PBL模式的中小学STEM教学策略研究”；（201810165037）。