用STEM项目式学习链接书本与生活

【摘要】本课题研发的STEM项目式学习以解决真实问题为载体，通过实物制作型、实验探究型、综合应用型、跨界整合型项目式学习的设计与实施，提升学生的实践能力和问题解决能力、自主研究和团队合作能力，为基础性课程的整合和拓展性课程的开发提供了一个切实可行的方案。

【关键词】STEM;项目式学习;设计策略

【作者简介】颜石珍，浙江省杭州市文海实验学校教师（浙江杭州310018）

培养出能适应未来学习需求、具有解决复杂社会问题能力的学生，是当今教育的任务之一。现实教育中的一些通病与这个目标确实是背道而驰的：做题多、实践少，分科学习多、综合学习少，被动式学习多、主动式探究学习少，各自为阵的学习多、团结合作分享的学习少。在这种现实之下，什么样的课程载体可以激发学生的探究意愿和利用团队合作学习解决真实问题的内在动机？

STEM项目式学习正是基于问题解决的跨学科整合学习，让学生了解学科问的联系，更好地理解知识学习与实际应用之间的关系，促进学生成为主动的问题解决者。本课题研究致力基于生活的STEM项目式学习的设计与实施，以期更好地为师生发展服务。

STEM项目式学习的设计要基于生活和实践

STEM项目是指以数学和科学为基础，通过工程、技术等手段去解决问题，最终以实物或报告等方式展现成果的跨学科的学习过程。21世纪初，艺术在发展学生创造性和批判性思维中的作用受到重视，故STEM又丰富为STEAM，STEM教育的内涵还在不断发展与完善。

STEM项目式学习需要围绕科学核心概念的掌握或核心能力（思维与方法）的培养目标而设计，我们在项目内容的设计中坚守了5个原则：生活化、实践性、适切性、自主性、可行性。

基于此，我们探索出三大设计策略：

1.联系生活世界，挖掘研究问题。生活中的科学无处不在，丰富多彩的自然界本身就蕴含着无穷的科学奥秘，科技产品的研发也离不开科学原理的发现。科学原理是科技的原始动力，利用身边的器材探秘高科技的成果使学生感觉科学原理不再遥不可及或深不可测。比如，对偏振太阳眼镜、磁悬浮列车等原理的探究。再如，与我们日常饮食有关的酵母发酵、食品添加剂应用、自来水如何消毒等。围绕这些问题设计，很容易激发学生的探究兴趣。

形形色色的新闻、真假难辨的传言等，都能挖掘出很多与科学有关的问题。比如，有一种不需要电的空调就可以改善孟加拉国人的生活现状，是真的吗？LED灯的蓝光会伤害眼睛，是真的吗？吃了用过“鱼浮灵”的鱼会致癌，是真的吗？为了找到这些问题的答案，我们自己去寻找证据。在这样的科学探究中，学生不仅学会了用科学方法解决问题，也培养了勇于质疑、善于探究的科学态度和用证据说话的科学精神。

2.依托科学实验，生发研究主题。科学离不开实验，但有些实验在基础性课程中因各种限制而无法实现，这为拓展性课程的项目开发提供了素材与思路。基于研究方式的不同，我们将这些研究主题分为设计与制作、检测与探究两大类型。在设计和制作类型中，有详细的步骤，我们还增加了一项“撰写实验报告”。比如，制作简易照相机的任务要分解为：（1）测出凸透镜的焦距。（2）制作一架简易光学照相机。（3）撰写一份实验报告，内容包括原理、实物结构、制作步骤或产品使用说明等（包括原理图、主要参数、产品结构图、使用方法等）。（4）利用自己制作的照相机来研究成像的规律和特点。

学生的探究并不会因为作品的完成而结束，恰恰是另一个探究的开始。如在制作完成各种水果蔬菜电池后，在评比哪一组电压最高时，学生提出了一系列问题：不同的水果制成电池，提供的电压相同吗？是不是串联的水果越多電压就一定越高？用不同的金属制成的电极，效果一样吗？水果电池的电压大小与插入金属的表面积大小有关吗？生活中用到的电池有哪些类型？电池的应用、废弃及环保问题如何？每个小组对以上感兴趣的问题进行二次探究。

3.整合研究主题，丰富研究项目。开发了一定量的研究主题后，我们重新梳理与分类，根据主题问的联系进行项目整合，增强探究的连续性和有效性。在生活中，为了使面包馒头松软，我们可以添加酵母菌发酵，也可以添加膨松剂如小苏打或复合膨松剂等，由此我们开发了“性质比较”研究主题，如苏打与小苏打的区别等。随后，我们将酵母活性探究、苏打与小苏打的性质比较探究等主题整合到了“厨房里的科学探究”项目中。

我们整理出的项目越来越丰富，包括厨房里的科学之面包松软的秘密、厨房里的科学之营养与健康、化学与生活之饮水与健康、化学与生活之洗涤剂的研究、神奇的遗传与变异、光的秘密、电与磁的奥秘、天文与地理观测等。我们将这些项目分为实物制作型、实验探究型、综合应用型、学科整合型四大类。不同类型的项目式学习在培养目标、研究方式、学习对象、评价方式等方面的侧重点各有不同。

以“任务”带动项目研究，以项目研究建构认知

项目设计之后，关键是实施。为了不让每个项目变成“走过场”，我们非常注重任务的设计和实施。

1.基于设计的实物制作型项目式学习，以问题为导向，以多个任务为手段，分步解决真实情境中的问题。完成一件实物作品，需要对实物的原理进行调查了解，强调让学生经历设计与制作，包括明确目标、资料收集、合作交流、方案构思、模型制作等一系列过程。

以光谱仪的制作与探究为例。我们首先提出问题：LED灯的蓝光对眼睛有害，是真的吗？如何购买LED灯？自然界中的彩虹是光的色散现象，是最简单的光谱，生活中用到的白炽灯、日光灯、LED灯的发光原理有何不同？光谱分析仪现在被广泛应用在空气污染、水污染、食品卫生等检测中。

在自制光谱仪中，我们设置了5大任务。

铺垫任务1：发现自然界中的各种光谱，设计彩虹的形成系列实验（从自然彩虹到人造彩虹）。

铺垫任务2：了解光谱学的发展史（知识拓展）。从自然界的彩虹到牛顿的色散实验，到夫琅和费暗线的发现，再到德国科学家本生与基尔霍夫在19世纪60年代创建的实用光谱学。

核心任务1：制作光谱仪（了解器材与步骤、设计与制作）。

核心任务2：利用光谱仪研究光谱（探索与发现、验证与解释）。要求观测太阳光、白炽灯、日光灯、节能灯、LED灯、液晶显示屏等光源的光谱，发现规律。提供检测与探究报告一份。

拓展任务：了解LED灯的发光原理，给购买和使用LED灯的人提供一份说明和建议。

实物制作型项目式学习设置了原理链接、知识拓展、了解器材与步骤、设计与制作、探索与发现、验证与解释、表达与交流等环节，这些环节不—定线性执行，可以循环交替。学生除了要在真实情境下完成多个现实的任务外，同时要把制作或探究过程以及指导生活应用等以报告的方式表达出来，这不仅聚焦于动手能力，更注重设计思维与表达能力的提升。

2.基于方法的实验探究型项目式学习，让学生经历完整的科学探究过程。完整探究是指学生自主进行，该项目式学习的基本流程包括：生成研究主题、制订研究计划、撰写研究方案、开展实验、数据分析、结果解释、成果呈现、研究反思等环节，绘制流程图如上。

STEM项目研究是要在能够使用科学研究方法验证的领域内，通过实验手段来解决问题。而科学研究有一个过程，用这种过程对在自然界中观察到的现象进行系统研究、调查，并提供解释。一般都需要设计实验，来观察、测量和检验他们的观点和假设。STEM项目式学习为学生创造模拟科学探究和认知的过程，教给学生科学的思维方法和科学探究方式。

3.基于应用的综合应用型项目式学习，就是从_个能激发学生兴趣和好奇心的“生活事件”开始，让学生看到为了解决问题而获取知识、理解概念并运用技能的必要性，从而产生内生的学习动力和兴趣。

以酸碱盐的知识学习为例，传统的学习按照教材的知识序列展开，先学习酸的性质，再学习碱的性质，最后学习盐的性质，缺乏三者之间的知识关联。但酸碱盐知识在生活中的应用是非常多的，我们运用发散思维，以应用产品为中心寻找与酸碱盐有关的主题，将零散知识的学习与综合应用整合到了一起。比如，引导学生开展两个项目：一是家庭各种洗涤剂的酸碱性研究，让学生调查家中所用洗涤剂的种类、成分表、去污范围、使用方法和注意事项，并检测不同洗涤剂的pH值。二是利用废油自制肥皂。在这个过程中学生自然就学习了酸碱盐知识。

4.基于跨界的学科整合型项目式学习，以提升创新能力为主要目标。STEM项目本质上是一种跨学科、综合性的研究项目。学生在社会上遇到的问题不同于单一的学科性问题，而是复杂情境下的问题或任务，需要研究后作出决策。

以“桥梁探究”项目为例，桥梁在历史、建筑、工程、文学、艺术等方面都有其独特的研究價值。我们引导学生对杭州的桥梁进行实地考察，开发出桥梁的历史背景研究、桥梁与经济研究、结构分型、桥梁建模、不同桥梁的受力比较等不同主题，最后在模拟情境下让学生给出桥梁建设方案的论证分析，以小组合作的形式交流成果。

完整地参与一次STEM项目，不仅是一次知识学习的过程，更大的意义在于引导学生综合运用各学科知识模拟科学家探索世界、认知世界，从而在大脑中建构自己认知的过程。

STEM项目式学习是发现问题、不断细化问题、破解问题的过程。所以，对学生的评价不能只看重结果，还要注重整个过程中学生展现出来的能力。

我们的学生评价方法有三个特点。

一是注重形成性评价。收集、积累能够反映学生阅读与发展的材料，纳入成长记录袋。

二是强调评价主体的多元性。加强学生的自我评价和相互评价，促进学生主动学习、自我反思，尊重学生的个体差异，让评价更好地发挥其检查、反馈和激励的功能，有效促进学生的发展。

三是注重以展示促评价。重视利用量表对学生进行评价，让学生通过展示自己的研究思路、研究过程和研究成果，展现自己的逻辑思维能力、语言表达能力、自信心等综合素养。

教师、学生与学校之间的彼此成就

两年多来，我们的收获太丰厚了。

1.丰富了课程资源。课题组成员开发的《STEM项目式学习》课程填补了空白，我们不断开发教学素材并对应开发实验包，为本校基础性课程的整合、拓展性课程的开展提供了优质资源。在杭州市名师展示课活动、杭州经济技术开发区课题成果推广会上展示、推广成为区域拓展性课程开发的样板。

2.提升了学生的学习兴趣和实践能力。我们开发的每个项目都与学生的生活紧密联系，与学生已有的知识和能力水平相匹配。而解决问题不是我们探究的终点，学生还会在其中发现新问题，—直保持着探究的强烈欲望。比如，通过芬达的褪色实验和对添加剂的调查，学生主动提出希望研究添加剂的性质、作用、标准、检测等问题。每个主题都有实践内容，或制作，或检测，或搭建。如在制作孔明灯时，没有一次成功，经过多次改进，当孔明灯最终成功起飞时，学生经历了从知到行到知的学习过程，收获了解决问题的方法以及坚持不懈的品质。还有多名学生在杭州市科技节创新大赛中表现优秀。

3.提升了教师的课程开发与实施能力。两年多来，科学团队通力合作，我们课题组成员一起研究《STEM项目学生研究手册》，去研究、分析STEM理念;去学习上海和温州的经验，参加各种相关的培训、学习;共同研究德国、美国、日本等国的科学教材，了解和借鉴综合性学科的课程设计与实施情况等。从上公开课到开发科学实验，从设计一节课到课程开发，教师整合学科教学的能力、项目式学习的组织与指导能力、创新教育教学的能力等都得到了明显提升。我们的教师还围绕“STEM项目式学习”在全省的科学教师培训中开了讲座。

这些收获除了来自科学团队的努力外，还需要学校的支持和校外资源的整合利用。

除了学校的普通实验室，我们还开辟了一问STEM项目式学习专用实验室，配备专业资源。STEM项目式学习主要在拓展性课程、基础性课程和暑期社会实践中进行，学校配有周课时、月课时、学期的阶段性课时供学生选择。同时根据项目需要可以灵活组织40分钟、80分钟的长短课，这使得项目式学习能够顺利推进和落实。

学校所处的杭州经济技术开发区最大的资源优势是高校、企业众多。我们围绕不同主题，分别与区内的浙江工商大学、浙江水利水电学院、杭州电子科技大学合作，带领学生到大学实验室参观、上课，或请大学相关专业教师到校上课，这对课程的开发和深度研究功不可没。

本文系浙江省杭州市基础教育研究项目“基于生活化的STEM项目式学习的设计与实施的研究”课题（项目编号：L2016178）的研究成果

责任编辑 冀晓萍