区域背景下推进小学科学STEM项目群的探索

叶晓林

（杭州市拱墅区教育研究院，浙江 杭州 310005）

近些年，以培养学生STEM 素养为目标的项目化学习风靡全球，同时成为中国基础教育中的热点问题。如何在区级层面高效推进STEM 项目化学习，是一个颇有实践意义和理论价值的议题。

一、概念诠释：STEM项目群的本质内涵

项目化学习（Project-Based Learning）缩写为PBL，又译为“基于项目的学习”。关于项目化学习的界定有很多。上海市教科院普教所夏雪梅博士结合国际上的理论研究及三年多的实践探索，提出了：“学习素养视角下的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的探索，在调动所有知识、能力、品质等创造性地解决问题、形成公开成果的过程中，加深对核心知识和学习历程的理解，并能够在新情境中进行迁移应用。”［1］

STEM 是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写，是科学、技术、工程和数学融合的跨学科综合教育。

“从我们目前所做的文献研究来看，STEM就是项目化学习中的一种，只不过它比较偏向项目化学习当中的科技、数学整合的领域。”我们把STEM 项目学习定义为模糊的任务，这个任务被置于丰富情景下，同时具有明确的目标，要求学生解决若干问题，通过学生完整的作品展示来考量学生对STEM所涉及的各个学科概念的掌握情况［2］。

本研究中提出的“STEM项目群”是指以小学科学教材36个单元为蓝本，一一对应开发36个STEM项目。也就是说，科学课程内容中所涉及的物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四大领域与其相应的18个大概念，成为项目建设的木本水源，项目之间自然形成完整的概念结构、紧密的学段衔接，最终形成一个体系化、序列化并能对教育影响保持连贯性和一致性的优质课程资源群。

二、推进策略：“一核二轨三环”的内在逻辑

区域推进小学科学STEM 项目群采用了“一核二轨三环”策略，其内在的逻辑结构通过可视化的操作路线图给予呈现（参见图1）。

图1 “一核二轨三环”区域推进STEM项目群操作路线图

“一核二轨三环”是区域背景下推进小学科学STEM 项目群总路线的一个简称。“一核”明确了课题研究的最终指向，即本研究最终的目标指向是学生学科核心素养的发展；“二轨”是课题实施过程中的两条并行路径，一条路径是教师团队基于小学科学课程大概念体系一单元开发一个STEM 项目，另一条路径是依托区内各校特色逐层推进STEM项目化学习；“三环”指的是在“双轨并行”路线上的三个重要节点，即“分头行动”“试点优化”和“全面铺开”。

三、落地实操：紧扣“一核二轨三环”推进STEM项目群

（一）第一环——分头行动

“分头行动”指以区内各校科学教研组为单位开发项目，并尝试落地实践。

1.教师开发轨道：理念先行，厘定模板

“理念是行动的先导，一定的发展实践都是由一定的发展理念来引领的。发展理念是否对头，从根本上决定着发展成效乃至成败。”理念学习主要采用了请进来和走出去相结合、线下和线上相结合、理论和实操相结合的操作策略。

通过各种形式的理论学习和多轮教学实践，最终厘定了项目的框架模板（见图2）。

图2 STEM项目活动框架图

“项目简介”明示了教材单元链接、总目标和活动时间。教材单元链接是指本项目同步科学教材中的对应单元；总目标的前半部分简要阐述了通过单元学习，获得的项目实施所需的支撑性知识，后半部分阐明了项目的主要内容和学习主旨；活动时间是指完成项目所需的总时间。

“学习目标”是从科学、技术、工程、数学四个维度描述本项目实施中需要达到的标准。“项目流程”用时间轴的方式干练地呈现了操作步骤。项目文本后续的“活动实施”板块是通过问题聚焦、活动准备、设计制作、展示评估、拓展应用五大步骤具体呈现了教与学的过程。“材料清单”则是将整个项目所需的材料作了统计梳理。

该学本结构紧扣科学教学中以探究为核心的学科特质，并以问题为导向，基于工程设计的方法推演流程，与STEM项目学习的要素完全契合，是一种经典的STEM教学文本呈现范式。

2.学校推进轨道：基于特色，分头实施

基于小学科学课程标准18 个大概念体系开发STEM 项目并在区域内学校推进，既要考虑融合STEM 项目与科学教学的素材生发点，还要兼顾学校的办学特色。我们尝试从这两条相互交织的线索不断挖掘和深化，梳理了以下四条路径来开发STEM项目。

（1）依托典型活动，开发STEM项目。所谓典型活动，是指某一课教材中现有的且适合开发成STEM 项目的活动。譬如，三年级下册“动物的一生”单元第3课《蚕长大了》中的“拓展”部分是“在蚕房中搭些小架子或用纸做些小格子，为蚕结茧做准备”，恰好G 校正在实施种棉织布、植桑养蚕活动，教师顺势开发了《做一个蚕蔟》项目。该项目不仅符合学生的认知水平和动手能力，他们乐于接受这种富有一定挑战性、创新性的活动，而且完全符合学校的办学特色。

（2）完善单课教材，开发STEM项目。把一些具备改编可行性的单课教材改编成项目活动，让学生们在更长的时间中去体验经历、获得发展。比如，二年级上册“材料”单元第6 课《做一顶帽子》，教材设计是用40 分钟完成教学任务，T 校注重学科拓展，把该活动打造成了一个230 分钟的项目化学习活动。

（3）设计同质文本，开发STEM项目。设计同质文本指开发与教材内容本质相近的项目活动。这里的“同质”，并非简单重复，而是有改进、提升、补充的含义。如三年级下册“物体的运动”单元，学生完成教材中的“过山车”探究后，继续完成更具吸引力和挑战性的升级版项目《挑战机关王》。该项目由C校开发，C校每年组织的大型“STEM季”在省内外享有一定的知名度，其中就有这个项目。

（4）基于单元概念，开发STEM项目。基于科学概念开发STEM项目。如S校兼具中医药文化特色和科技社团的飞机模型特色，学校教师依据四年级下册“植物的生长变化”单元开发《中草药种植及炮制》项目，指向“了解生物体的主要特征，知道生物体的生命活动和生命周期”的概念目标；他们又开发项目《橡筋直升机》，对应四年级上册“运动和力”单元中的科学概念“物体的运动与作用力之间的关系，认识能量存在的形式”。

依托学校特色开发具有本土气息和生命活力的STEM项目，既能充分发挥各校的主观能动性，又能对项目质量有所保障。

（二）第二环——试点优化

“试点优化”指先由各校梳理修改36个项目，再挑选试点学校进行首轮试教。

1.教师开发轨道：系统梳理，项目汇编

各校研发团队要写好STEM 项目除了参考模板、找到合适的项目切口、注入校园文化特色之外，特别需要注意以下几个方面。

（1）指向大概念。科学课程标准中的18个大概念是项目迁移之锚，每个项目都与原单元所指向的大概念合拍，才能组成一套成体系的项目群。如六年级上册“微小世界”单元指向的主要概念是“地球上生活着不同种类的生物”，可开发项目《“微”亦足道》，组织学生培养、观察更多的微生物。测试微生物的应激反应，真真切切地带孩子走进微观世界。

（2）关注同理心。STEM 项目的生发强调源自真情境下的真实问题，也正是唯有此，才能激发学生学习的同理心。诸如《卧室照明》中，让学生给自己的毛坯房间设计照明系统；《做一个蚕蔟》中，让学生观看蚕结茧的视频或图片，思考蚕为什么要在盒子角落里结茧。

（3）把握评价点。STEM 项目和传统的科技创新活动最大的区别就在于利用评价支持和促进学习。评价的内容及标准的制定应源自师生协商；评价的时间点往往在设计、制作、展示之后，并要注重量表前置；评价基本采用自评、互评和师评三种方式的结合。

精心打造，系统梳理，36个项目初步定型。

2.学校推进轨道：定向遴选，试点实施

从区域层面定向挑选优质公办学校和民办学校各一所，对整个项目群进行试教。历经一年的实践探索，从操作角度出发将项目化的STEM 学习分成了四个维度，每个维度又有相对应的实施流程。

（1）创造型：正向工程教学。这是最普遍的一种项目教学。以如何解决真实情境中的问题为主体教学内容，用制作作品过程中的表现和最终成品对学生进行学习效果的评价。如五年级“船的研究”单元中，可利用塑料吸管、细木条、泡沫棒配重铅锑合金保险丝、油性橡皮泥等材料，让学生设计、制作、改进比重计等。

（2）制造型：逆向仿制教学。逆向仿制教学法是一种产品设计技术再现的过程。通过对一件完整的生活中常见的物品进行拆分、分析或者研究，了解成品的每一个零件、部分，分析组成成品的零件作用，从而倒推出该成品的设计要素。再通过得到的信息制作出功能相同但又不是完全一样的产品。如五年级下册“热”单元中研究了保温瓶的保温原理，而后再结合电影《冰雪奇缘》里的小雪人奥洛夫梦想在夏天游玩的场景，提供一些生活中常见的材料和工具，让学生设计并制作一个让冰块融化得尽量慢的产品。逆向工程不只是单纯的仿制，再设计与微创新也是重要一环，以便让学生在“认识原型—再现原型—超越原型”的过程中深化学习［3］。

（3）探索型：常规探究教学。常规探究教学法与平时教学中采用的科学探究法非常类似。一般把科学问题作为课堂方向，用一些STEM 教育理论辅助指导，学生设计和实施科学探究活动，并做出科学报告与记录表。如学习五年级“地球表面的变化”单元时，可设计项目《制作良渚沙盘》，推演古村落依山傍水的布局特点以及历史变迁。

（4）验证型：试错求证教学。试错求证是指给学生一个学习情境或一个问题，经过几次错误的尝试，最后找到解决办法或者正确答案的一种教学方法。这种教学方法有时也需要教师提供一些已经损坏的残缺产品或者错误的任务报告，让学生进行纠错，发现错误产生的本源，在错误中学习知识。简单说，让学生经历“错”或是“从错到对”的过程，学习就发生了。如学习了四年级“呼吸与消化”单元后，设计一个《面筋和凉皮》的项目活动，让学生从“洗面粉团”和“洗米粉团”试错活动中逐步知晓如何得到面筋和凉皮的原料，而后再来鉴别这两种食品的主要营养成分。

审视上述四类项目活动，从学习结果角度剖析，正向工程教学和逆向仿制教学主要以形成可视化的成果为目标，属作品开发取向；一般探究教学和试错求证教学主要以获得知识能力为目标，属科学探究取向。从学习流程角度剖析，正向工程教学和一般探究教学遵循认识事物的顺序，属正向教学范式；而逆向仿制教学和试错求证教学则反其道而行，属逆向教学范式。

（三）第三环——全面铺开

“全面铺开”是指项目定型后一方面付梓出版，向区域外辐射，另一方面再将项目群返到区内各校个性实施。

1.教师开发轨道：精研细磨，付梓出版

历经数轮实践，项目群虽已定型，但与出版物中的语言文字规范、排版要求还相差甚远，课题组教师再度精研细磨，《基于小学科学教学的STEM项目设计》一书最终付梓出版。该书从原有的36个项目活动中精选了20 个，这些项目生发于全日制教材，源自真实情境下的真实问题，指向学习者思维的培养，借助项目的拓展增长学生的学习链，使课内外的学习产生了流畅的衔接。

2.学校推进轨道：区域推进，个性实施

采用多管齐下的方式，推进区域内各校对36个项目真实地落地实施。

（1）文件落实。近几年来，区内高度重视拓展性课程的建设，教育局多次出台文件、组织培训和开展比赛，推进课程实施，选拔省、市、区级的精品课程。在小学科学STEM 项目群成型之际，区教育局再度下文，要求各校从顶层设计开始，在拓展性课程中有机融入STEM项目化学习，统筹安排课时，以满足学生的个性化学习和多样化发展需求。

（2）制度保障。为保障项目群的顺利推进，区教研室层面又出台相应的培训制度、交流制度、评价制度，为各校的STEM 项目建设提供指导和行动指南。同时，教研室以融合理论素养与实践技能、整合经验分享与专家指导、集合驻校考察与行走研学、汇合精品观摩与现场引导等方式，激发教师的参与热情，培养课程开发的骨干教师队伍，鼓励各校个性实施小学科学STEM项目群。

（3）竞赛激励。为进一步提高项目实施质量，提升教师的项目教学能力，教研室还多次组织各项比赛活动，包括选拔区STEM教育种子校、STEM项目的学校顶层设计方案评比、项目化学习案例评比、STEM 微课评比等。另外，还在市、区级层面多次举办了STEM展示活动。

（4）测评辅佐。在项目实施中，把STEM项目与小学科学实验测评相结合。尤其在低段年级，将科学学科的学业评价从原来的游园测评转向项目测评，把每一位学生的项目实施情况作为期末评价的一个重要依据。

四、研究结论：区域推进小学科学STEM 项目群的收获

本研究历时两年有余，主要研究结果及结论如下：

第一，通过研究创生了项目文本呈现的典型范式，且根据科学课程标准的大概念体系开发了36个项目群。

第二，区域内推进STEM项目群，为培养学生学科核心素养提供了更加丰富的、个性化的课程资源，同时大大提升了学校的办学品质。

第三，STEM 项目的研究有效激发了教师自主研究的热情，促使教师的教学理念和行为发生转变，提升区域内教师的整体专业素养。

STEM项目学习是以不同学科的关键概念或能力为载体的一种学习方式，凸显设计思维，强调创新。后续还可以从三个层面出发向纵深发展：一是校本建设层面。从校本出发，让项目群在轮式前行中不断发展、不断完善。二是评价操作层面。让前置性的作品要求、过程性的操作标准、总结性的学习行为表现等评价能真正起到推进项目实施的作用。三是目标达成层面。要注重学习者系统逻辑思维的培养，将理论性的科学思维、试错性的工程思维和现实性的设计思维有机统一，使学生真正实现“认知学习”和“人的社会成长”的平衡发展。▲