项目化学习设计的优化迭代——以“用光学点亮建筑之未来绿色高楼”项目为例

方慧青|浙江省杭州市学军小学教育集团

余辛怡|浙江省杭州市卖鱼桥小学

胡君美|浙江省杭州市十三中教育集团

尹 乐|浙江省杭州市风帆中学

项目化学习是指学生在一段时间内，对与学科或跨学科有关的驱动性问题进行深入、持续探索，在调动所有知识、能力、品质等创造性地解决新问题并形成公开成果的过程中，形成对核心知识和学习历程的深刻理解[1]。2022年，浙江省教育厅教研室重点策划走向常态课堂的项目化学习综合实验，加快推广学科项目化学习，关注项目化学习资源建设。基于已有项目化学习案例的优化迭代，是广大教师加入项目化学习设计与实施队伍的优化路径。

在2021年“浙江省STEAM项目化学习教师挑战赛”中，参赛教师经历了项目设计师、项目实践师和项目优化师三个阶段。本文以项目优化师阶段的“用光学点亮建筑之未来绿色高楼”项目为例，展示对原有项目的问题分析、迭代设计的思考以及迭代后的项目化学习方案。

一、项目化学习设计的问题分析

原项目以“2021年夏天，11个省用电量创历史新高，高楼建筑能源浪费严重”为情境，提出驱动性问题：作为一名建筑设计工程师，你如何在建筑设计中创造性地使用可再生能源，解决高层建筑用电浪费的问题？原项目历时四周多，其过程安排如图1所示。

图1 原项目过程安排

分析原项目，我们发现存在以下问题。

（一）学习目标笼统

原项目学习目标如下：

【科学目标】

1.初步了解常见物质的变化，知道不同能量之间能进行转换。

2.理解光沿直线传播的特点。

3.初步了解光遇到不同的物质时传播方向会发生改变，发生反射、折射现象。

4.初步了解光与热、电之间的关系。

【工程技术目标】

1.能将光的科学概念迁移运用到实际问题解决中。

2.知道工程设计的基本步骤包括：明确问题、确定方案、设计制作、改进完善。

3.能将自己简单的创意转化为模型。

【数学目标】

1.空间与几何：有一定的空间想象能力，设计图与实物模型具有较高的相似度。

2.能基于真实情境中的建筑尺寸，选择合适比例进行模型设计制作。

【语文目标】

能厘清汇报思路，说明作品的灵感来源、设计思路、功能结构、体现的节能环保理念，使用流利、准确、清晰的语言展示项目化学习过程。

这样的学习目标过于笼统。以科学目标为例，其阐述集中在对学生知识与能力的要求上，未包含学生需要发展的科学态度与责任等科学素养目标。

（二）驱动性问题单薄

驱动性问题中的“创造性地使用可再生能源”，未聚焦至光能、电能，方向过于开放。学生容易从风能等其他角度展开思考，导致学生难以在问题的引导下思考如何将光学反射规律以及光、热和电之间的能量转换原理应用于生活这一核心目标。

（三）学习支持缺乏

该项目指导缺乏支持性工具和活动，部分子任务有学习支架，但数量较少、种类单一，多为资源型支架与策略型支架，缺乏支持保障系统，以精准有效地支持学生。

（四）系统评价不足

该项目评价多元，但缺乏整合，多以总结性评价为主，缺少对阶段性成果如思维导图、设计图纸等的关注。指向“学生”的评价有欠缺，特别是缺乏指导学生个人学习和发展能力素养的评价。团队协作量规也只在项目开始时出现，并未在项目全程中发挥其在小组内的评价引领作用。

二、项目化学习设计的问题解决策略思考

（一）同理定义真问题——基于标准

1.关联课程标准，优化学习目标

我们以《义务教育小学科学课程标准（2011年版）》为准，梳理整合“光”单元的目标。学习目标关注“光、热、电是能量的不同表现形式，如何将光学反射规律以及光、热和电之间的能量转换原理应用于生活”这一学科核心概念，了解建造住宅需要考虑结构、采光和供暖系统等。这是从关注学科知识走向关注知识、能力和情感态度价值观的综合，同时关注目标的规范表达，注意学习目标表达时的行为主体、行为动词、行为条件与表现程度，以便后续项目的实施以及成果检测，实现教学评的一致性。

2.明晰核心问题，优化驱动性问题

我们确定基于学习目标优先完善驱动性问题，在关注学生兴趣的同时，重点将教材上的重难点问题转化为项目内容。对小学科学“光”单元展开能源可持续发展的问题进行项目设计，并将驱动性问题修改为：“作为一名建筑设计工程师，你如何在建筑设计中创造性地运用光学知识，来解决建筑节能的问题？”这一问题更加精准，并兼顾了社会价值和实施的可行性。

（二）素养导向真研究——关注创新

1.立足学科素养，关注学生的可持续发展

为了落实科学思维与创新、科学态度与责任等素养，项目关注学生在新情境下解决问题的能力培养，重点通过绿色建筑中光学知识的创新应用，关注未来的能源可持续发展，引导学生通过项目在科学实践活动中感受科学与社会问题的交织，促使学生参与社会，培养学生的责任担当，为项目过程中的真实性学习与研究提供重要的实践素材。

2.重视学生体验，激发学生的创造力

项目要求学生运用光学知识解决建筑节电问题，加强学科与项目的内在联系，这虽然能让学生有针对性和方向性地开展实践，但也缩小了学生的发挥空间。因此，在优化环节，教师再提出在光学节能设备完善的基础上可开拓思路，引入应用其他原理的节能设备对产品进行优化，激发学生的创造力。

（三）设计建模真实践——学以致用

1.拆解子任务链，预设阶段成果

围绕总目标拆解子目标，教师将驱动性问题根据解决路径拆分成几个核心任务：学习光学知识，设计、制作、优化节能装置。任务之间呈现层层递进的逻辑关系，形成思维导图、设计图纸和模型初产品等阶段性成果。核心任务拆解成多个子任务，能有效引导学生持续探究和问题解决，实现知识和技能的构建。

2.按需定制支架，支持持续探究

在解读任务、梳理问题时，教师需掌握学生的已有知识水平和能力结构。在项目实施的不同阶段，教师要设计支持学生完成任务的相应思维工具（如图2所示）。教师可运用项目问题清单，支持学生有效梳理下一步解决问题的计划，可通过项目墙帮助学生结构化梳理信息和管理进程，还可以通过象限量表帮助学生进行信息梳理，形成科学决策。按需适时提供支架，能支持学生持续探究。

图2 项目各阶段支持性工具设计

（四）展示参与真评价——指向发展

基于项目化学习目标和问题确定评价目标的迭代方向，以终为始逆向设计评价，需尽可能充分考虑多元的评价方式、评价主体和评价工具，充分理解量规、有效借助量规，让评价量规贯穿始终。学科项目化学习要关联学科核心知识或技能，而原方案的评价忽视了这一点。因此，在评价的迭代中，我们补充了指向核心知识和技能的评价：在稍显薄弱的“学生个人学习”评价上，除“须知清单表”外，对思维导图的绘制和潜望镜的制作，追加开发相应的、有指导意义的评价量规；整合了关注展示和作品的评价，将公开成果评价量规和成果展示量规整合成一份《公开成果展示评价量规》，并指向完整性、科学性和有效性，开发“设计图纸评价量规”。这样既关注了阶段性学习成果，又关注了最终学习成果，补足了对核心知识或技能发展的关注。

三、项目化学习设计的优化迭代结果

（一）核心概念与学习目标设计的优化

项目优化后的跨学科核心概念是“物质与能量”，学科核心概念是“能量的转化与能量守恒”。我们对学习目标进行优化设计，包括科学知识目标、科学探究目标、科学态度目标，以及科学、技术、社会与环境目标，具体如下：

【科学知识目标】

1.理解光沿直线传播的特点。

2.知道行进中的光遇到物体时会发生反射现象，光的传播方向会发生变化。

3.知道不同能量之间能进行转换。

【科学探究目标】

1.能通过用多面镜子和一面镜子照射探究光与热的关系，并运用现有材料制作一个潜望镜。

2.能分析给定建筑的采光特点，并运用合适的材料，对选定建筑模型进行光学设备的制作。

3.知道工程设计的基本步骤包括：明确问题、确定方案、设计制作、改进完善。

4.能迁移运用其他原理进行节电设备的优化和改造。

【科学态度目标】

1.学会倾听他人，并对他人提出的建议进行客观分析与筛选，学会自我反思。

2.能够团队合作，在产品设计、制作和讲解过程中，运用语言表达能力交流沟通。

【科学、技术、社会与环境目标】

知道技术可以有效节约能源，知道光能的应用有助于实现绿色环保。

（二）团建入项设计的迭代

入项设计重视学生的入项体验，尊重学生个人兴趣，鼓励学生自主报名，并按“同组异质，异组同质”原则分成平行组。我们通过团队破冰活动和研讨合作量规的使用，建设优质团队。

1.人人参与团建

从“两个团队”参与实践到“全员”参与实践，加深学生对团队建设量规的理解。只有切身经历合作过程，才能深刻领会团队协作的意义和评价指标。因此，所有成员都应当参与团队合作的热身体验，即“玩中学”。

2.增加团建支架

引入活动支架《随想手册》工具：围绕“你在活动中观察到哪里做得好或不好以及为什么好或不好”“我们该如何改进我们的团队合作”“怎样制订团队合作量规”等，让学生随时记录关于团队合作的感想，为合作量规的制订奠定基础。引入“WE ARE FAMILY”团队建设任务单：整合团队名称、分工、目标和公约，助力团队建设。同时，任务单也可作为整个活动的小组合作公约，监督和激励每一位成员更好地开展小组合作学习。团建支架让学生更有序、有目的地在合作中开展持续探究。

（三）任务设计的优化迭代

紧跟核心概念与学习目标的调整，我们展开对任务设计的优化，即调整任务内容或顺序。

1.调研前置，量规跟上，优化环节逻辑性

借助情境聚焦问题，使用须知清单表，参考网络调查资源，形成班级问题清单。学生完成《城市建筑调查表》《绿色建筑和可再生能源调查表》并形成调查报告后，重新定义问题。在充分的调查研究中，学生对问题剖析更深刻。因为在该环节中，学生刚明确核心任务，得出项目活动流程大纲，但对于最终成果还没有明确概念，无法讨论形成最终的成果评价量规。将最终的成果评价量规适当后置，可以让学生对量规的认识更深刻，进而可以通过小组内的头脑风暴，汇聚想法后，分享调查报告和解决方案。

2.析大问题，取小研究，提升学教针对性

缩小驱动性问题的范围，让学生的实践更有针对性和高效性。在最初驱动性问题提出的基础上，我们结合科学课堂即将学习的光学相关知识，提出了缩小范围的驱动性问题：如何将光学反射规律以及光、热和电之间的能量转换原理应用于生活？这一驱动性问题更加贴合课程标准，符合学科项目化学习特点，同时能让学生带着问题学习。它既有利于学生掌握课程标准要求的科学原理，又有助于学生利用所学更专业地解决问题。

（四）项目实践过程设计的优化迭代

我们将实践过程的环节进行优化设计（详见图3）。

图3 迭代后的项目环节设计

新环节的优势包括：第一，遵循学生“学习→模仿→迁移”学习过程，更符合学情，有利于学生自主学习；第二，遵循产品“设计→制作→优化→展评”的制作优化迭代过程，让环节逻辑更清晰；第三，遵循“学、教、评”的一致性，将核心任务拆解成若干个子任务，每个子任务明确对应子成果和子评价，利于师生有目的、高效地从事学教活动。

1.增设实践评价，助力深度学习

在“知能建构，定义问题”环节，原方案对学生的学习成果只有纸笔测试和思维导图等评价方式，引入动手制作一个潜望镜的测试，能增加动手操作的评价，既提高了趣味性，又促进学生在动手实践中实现对相关光学原理的深度理解。

2.提供建筑模型，降低设计难度

原方案没有给出建筑模型，只是让学生对高楼立体图开展设计，这对空间想象能力欠缺的小学生来说是一个不小的挑战。因此，我们直接给学生建筑模型，并配以立体图。让学生基于实物模型设计，在不影响学习目标达成的情况下降低了难度。

3.开展量规讨论，助力以评促学

在设计前，学生已经进行了充分的调查研究，心中有了对理想节能装置的追求。因此，他们对产品量规的评价标准有了一定的概念，“有话可说”。引导学生开展对产品量规的讨论，充分发挥量规以评促学的功能，帮助学生更有方向性、更高效地参与实践。

4.设计制作计划表，助力高效实践

模型制作是小组最容易出现低效和超时情况的环节。因此，我们在已有项目的基础上，让学生根据小组的模型制作与分工情况，制订模型制作时间计划表并进行公示。学生可以在大家的监督下按计划实践，也可以随时查看其他小组的制作进度，以便更好地激励自己，实现高效实践。

5.增设初品展评，推进互学互鉴

在“优化模型”环节，我们增加对初产品的展示、测评。这次展示测评不纳入最终评价结果，其主要目的是让小组在展示和测评中开展交流，借助教师和同学的力量，更好地发现自身产品的问题，并通过互学互鉴，集思广益，寻求优化迭代方案。

6.从小组汇报到现场讲解，提升任务的挑战性与趣味性

创新展会形式是学生喜闻乐见的。我们不仅要求学生能像小组汇报一样介绍自己的产品，而且要随机应变，回答参观者即时生成的问题。这是对学生语言表达能力、交际能力、创造力、团队合作力以及心理素质的全方位考验，对学生更具有挑战性。

（五）系统评价设计的优化迭代

1.增设设计评价，拓宽产品优化思路

我们增加了设计方案的展示、评价和优化环节，拓宽产品迭代优化思路。迭代优化应当从设计环节开始，让学生在设计环节就通过展示评价互相学习，得到更优设计。如果从初产品才开始展示与优化，容易导致部分设计能力不足的小组出现“推倒重来”的情况，从而影响效率。

2.全校展评成果，树立责任感与使命感

原项目只是班级内部进行循环评价，优化评价的方式是开展面向全校师生的产品发布会，让全校师生在参观中参与评价和交流。更大范围的展评交流，有利于学生接受更多信息，拓宽学生思维，助力学生创新。同时，更大范围的展评，意味着更高的要求和更大的考验，学生必须交出更好的答卷，这有利于树立学生的社会责任感和使命感。

3.多方多维奖评，增强激励性和扩大覆盖面

除了原项目的产品评价，我们还对展位和小组合作进行评价，最后评出“最佳优化师”“展会之星”“最佳合作奖”。项目既包含终结性评价又包含过程性评价，既有量规评价又有投票评价，还有积分兑换奖励。丰富的评价维度和奖励，有利于从更多角度发现学生的闪光点，激励学生学习和全面发展。

项目化学习是一个不断迭代和优化的过程。我们关注学生对知识和能力的深入理解，关注真实性学习视角下的学科项目化学习迭代，关注真问题、真实践、真评价和真研究，不断行动与反思，最终指向学生学科概念、学习品质、科学思维等的发展。□◢