促进学生学习的PBL方案设计探究

邓炜琴

【摘要】基于科学、技术、工程和数学的项目式学习（STEM PBL）能够激发学生的主观能动性，促进学生自主学习和终身学习能力提升，为应对未来复杂、快速变化的社会要求做准备。关注、支持、科学地引导PBL中学生的方案设计，能够促进学生有价值的学习行为的发生。

【关键词】PBL;方案设计;教师支持;学生学习

一、什么是PBL

PBL即基于项目的学习（Project-Based Learning），作为一种普通教育的方法，最早是起源于农业和工艺中的理论依据，强调在“现实世界”的问题中学习。但由于缺乏明确的定义，在20世纪的教育实践中，该方法因为没有平衡好学生兴趣与社会需要之间的关系而渐渐淡出学界视野。

今日的PBL与STEM教育整合后被重新提起，它不单单提出了与现实生活相关的真实任务，同时提出了设计要求与限制。有学者用模糊的任务和明确的结果来描述STEM项目学习的两个特征。模糊的任务给予了学生根据自己的兴趣和特点完成任务的自由;明确的结果则能考量学生对STEM各个学科概念理解和掌握的情况。

二、PBL中的方案设计

（一）PBL的步骤

社会发展到今天，我们每个人都能感受到科学技术的快速发展和知识信息的大爆炸。今天的社会和20世纪截然不同，学生仅仅了解掌握知识概念已然不能应付未来，甚至明天的挑战。STEM项目学习关注的就是学生懂得了什么，学生能够利用懂得的知识去做什么，学生能够创造什么。如何开展STEM项目学习呢？一般可以分为以下几个步骤：

1.识别问题：通常来说，项目开展前首先就要识别项目要达到的目标，期望和限制因素。2.调查研究：在开始工作前对项目进行调查研究，包括之前的解决方案，材料和环境的制约等等。3.方案设计：对项目形成概念，进行头脑风暴，思考可行性的方案;对可行性的方案进行分析和评估，研究每个方案的优缺点，选出最佳方案。4.测试和优化方案：对方案进行测试和评估，识别出需要改善的地方进行优化。5.交流和反思：分享自己的想法，分享自己的最终方案，在与他人沟通中反思。

从上面我们可以看出，识别问题和调查研究是项目开展的准备工作;方案设计是项目深度挖掘的关键;测试和优化方案是项目落地的支撑条件。

（二）学生方案设计与学生学习

在方案设计中，学生对复杂的问题进行分析，可能罗列出多种解决问题的方法。有些问题并不能一次解决，还会再细分为几个小问题。通过头脑风暴，识别这些方法是否满足项目所要达到的目标和限制因素。在这些环节当中，学生不断进行着概念的学习，概念的应用和概念间的相互作用。因此方案设计与学生的学习间存在着以下的关系：

1.可以检验学生先前学习

对复杂的问题进行分解、分析，思考可能解决问题的方法，学生就必须不断的回忆起先前的知识体系，在概念与概念间不断的发生联系。在头脑风暴中，学生得出的解决方法越多，先前知识被唤醒的次数就越多，知识间的联系就越紧密。笔者在组织学生开展《设计停车场》的項目中发现，学生对先前学习调查的成果印象越深，在设计自己的停车场中被提起的次数和重视的程度就越高。比如说参观过智能立体停车场后，大部分学生都会加入立体车库的概念。高年级成绩好的学生在设计方案中会不断强调车库模型比例的计算;小组同学间经过讨论还能够将植物的根的结构应用到车库柱子的支撑结构去……

2.可以检验学生现行学习的成果

学生在设计过程中不断利用科学知识指导自己的行动，并且对变化的条件做出反应。并不是所有问题解决的方法学生都已经掌握，有时候还涉及到更高层次的知识体系，这恰恰是学生学习的好机会。它可以发生在自我的感悟中，可以发生在向他人学习中，也可以发生在教师的引导中。教师只需观察学生在任务中的行动就能够掌握学生的学习情况。

3.存在着学生自主发现概念的惊喜

STEM项目学习以学生为中心，创建以自然且贴近学生生活的活动，学生自主探究得到新的知识喜悦更大。这种喜悦更能激发学生深层次学习的欲望，带来更有效的学习行为。比如笔者在实践《制作纸陀螺》项目中，学生根据生活经验制作自己的纸陀螺，在失败中去不断摸索影响纸陀螺转动时间长短的因素。刚开始学生只猜测到一个影响因素，但是在与同学的玩乐竞技中，他们迫切地想提升陀螺旋转的时间，只要多发现一个影响因素，就像发现新大陆一样。这个过程和科学家们发现科学原理、工程师们解决工程问题的喜悦是相似的，能支撑着他们走向更远的未来。

三、促进学生学习的几点建议

项目的学习如果只偏向学生所关注的内容，绝不可能取得良好的教育成果。一个项目即使具有项目的特征，如果不能带来学生高质量、有价值的学习行为的发生，再好的项目都称不上是一个好的教学程序。因此学生方案的设计环节值得教师苦下功夫，帮助和促进学生的学习。

（一）关注方案设计环节，提供足够多的知识储备

笔者在教育实践中发现，学生在方案设计环节之前需要大量的知识储备。他们需要不断地唤醒知识体系，构建联系，解决问题。在方案设计之前，学生首先要理解认识问题，要将问题与已有的知识相关联，充分的理解问题才能够开展下面的活动。

以笔者开展的《流芳百世香云纱活动》为例，虽然选择主题活动为本土非物质文化遗产香云纱为主题，但是学生粗浅的了解香云纱是远远不够的。他们需要深入认识香云纱的文化寓意、香云纱的面料特性、香云纱的制作流程。在前期工作准备过程中，学生才算慢慢了解了香云纱：能够全面理解香云纱的各项特性，能够用科学的词语准确描述出来，能够确定香云纱各项特性的影响因素，理清它们之间的关系，能够根据香云纱的生产过程详尽的列出香云纱与其他材料的不同之处。这些在方案设计前期花了大量时间储备的已知知识是后面顺利解决问题的先决条件，同时也是评价学生问题解决能力的指标之一。

因此笔者建议，学生的方案设计前要做好知识的预准备。笔者就开展的三项活动来帮助学生深入理解香云纱：1.香云纱主题讲座，帮助学生认识香云纱初概念，了解香云纱面料的基础知识，知道香云纱的人文历史;2.社会实践调查，帮助学生了解香云纱市场推广和受欢迎情况，了解香云纱与人民生活生产的关系;3.实地走访出真知，实地考察探访桑基鱼塘和香云纱博物馆，认识顺德丝绸业和香云纱的发展背景，知道香云纱生产的特殊性。

（二）支持方案设计环节，帮助疏通项目要素

在STEM项目学习中，如果让每个学生完全独立自主、根据自己的感觉做出反应，而不向学生建议学习的计划与方向，这将会带来无秩序的混乱状态。同时，并非学生所有的兴趣与活动都是有价值的，教师在这里的支持是非常重要的。在实践《流芳百世香云纱》 项目中发现，即使教师已经帮助学生明确了探究香云纱面料特殊性的活动任务，学生在活动时仍会出现摸不着头脑的情况。他们在面对香云纱面料生产、染整技术、面料的特性等等问题不知从何下手。为了避免学生进入混乱、无秩序的学习环境中，同时提高课堂的效率，教师应该在方案设计时帮助学生疏通项目要素。这种帮助可以在学生已经熟练掌握STEM项目学习技巧后停止。笔者在帮助学生疏通项目要素采取的是程序式，以香云纱为例：

提出问题1（香云纱服装生产）→拆分问题（服装生产流程）→达成目标（了解服装是如何生产出来的）→解决办法1（ ）2（ ）→优缺点对比→确定方案（ ）

提出问题1（香云纱染整探究）→拆分问题（染整方法）→达成目标（认识香云纱是如何染整的）→解决办法1（ ）2（ ）→优缺点对比→确定方案（ ）

提出问题1（香云纱面料特性）→拆分问题（染剂选择、水质选择、制作温度、抗菌性、耐磨性）→达成目标（了解香云纱面料各项特性）→解决办法1（ ）2（ ）→优缺点对比→确定方案（ ）

学生根据流程，明确了总体目标，设定详细的子目标，并提出可用的解决策略，制订详细的解决方案或策略，这也是后续有效评价学生问题解决能力的第二个指标。

（三）丰富方案设计环节，提供可能相关的知识领域支撑

PBL中的方案设计并不完全意味着不同项目要素间的平衡考量，更重要的是培养学生学习并吸收新知识用于解决问题的能力。如果没有知识内容的增进，那么课堂上的学习就与日常生活中的农作、家务没有什么区别了。教师在项目设计初要考虑到学生在方案设计时可能用到的知识结构，学科专业知识。

学生并未学过的知识：（1）对项目重要的概念性知识。可以在识别问题和调查研究环节中让学生接触了解。比如《流芳百世香云纱》项目中，学生从未了解过香云纱的生产原材料、香云纱的染整方法、香云纱的推广现状。因此在实地调查研究，笔者就指导学生通过交流访谈，问卷调查等方式引导学生在实地考察研究中了解认识这些知识内容。（2）最近发展区的知识。教师可以通过提问题、给资料、做引导等方法帮助学生突破瓶颈知识。比如《流芳百世香云纱》系列探究实验中学生并未在科学课上学习过不同植物染料染色效果的探究实验。因此在课上，教师可以通过系列问题帮助学生梳理实验思路：

做不同植物染料染色效果的探究实验需要准备多少对比组对比实验效果呢？

实验过程中有哪些影响因素呢？

为了保证实验公平，我们需要控制哪些因素保持相同呢？

教师还应在实验前分发了不同植物染料的资料卡片和颜料提取实验方法卡片帮助学生通过学习和讨论，请教老师等方法完成探究实验。

至于学生已经学过的知识：（1）将在项目中应用的知识，可以等待学生在方案设计中唤醒知识。比如在《流芳百世香云纱》系列探究实验中学生之前已经在科学课上学习了如何进行面料的对比方法，在比较香云纱与其他布料的不同时，教师只需要提醒学生回忆课堂上是如何进行此项实验探究，学生就可以顺利完成此项活动了。（2）能够为项目增色的知识，可以制成资料包发给学生，也可以鼓励多查阅资料，多开展头脑风暴。

（四）引导方案设计环节，使其健康良性的进行

当然我们也要考虑如何保障学生积极的参与，保障学生学习的秩序和良好的课堂环境。学生设计了探究方案，还要能够按照确定的计划实施方案。教师监控每个阶段实现目标的进度。在刚开始的教育实践中，笔者尝试放手，把课堂还给学生，依赖学生的自主性，发现学生方案有时进行到某些阶段就会停滞下来。因此笔者尝试提出一些固定规则，比如说学生要遵守项目流程，要在合作中提出自己的意见并与他人沟通，不对他人意见进行批评和讽刺，可以在活动中寻求教师帮助等常规做法，并在学生的评价表都给予体现。这些方式都收到了较好的成效。下面截取部分香云纱案例相关评价展示：

执行解决：榜样（能够按照确定的计划实施研究方案;能够推进各项实验的进度，根据实验过程和实验结果反思实验方案的合理性;能够批判性地评估实验方案，对实验的不合理处进行及时的调整）合格（能够按照確定的计划实施研究方案;能够按照计划完成各项探究实验;能够在他人的帮助下及时调整实验并完成计划）待改进（不能够按照确定的计划实施方案研究;不能够完成各阶段的进度，探究实验基本没有达成;不能够在他人的帮助下及时调整实验并完成计划）。

评价总结：榜样（能够反思并总结问题解决的整个过程;能够对过程中遇到的问题进行分类;能够梳理总结出此类实验方案的详细步骤）合格（能够在他人的帮助下反思问题解决的整个过程;能够列举出过程中遇到的问题;能够在他人的帮助下说出此类实验方案的步骤）待改进（不能够在他人的帮助下反思问题解决的整个过程;不能够列举出过程中遇到的问题;不能够在他人的帮助下说出此类实验方案的步骤）。

结语

学生的方案设计是STEM项目学习深度挖掘的关键，也是学生不断进行着概念的学习，概念的应用和概念间的相互作用的重要环节。通过关注、支持、科学地引导PBL中学生的方案设计，在教育实践中能够较为有效促进学生有价值的学习行为的发生。

参考文献：

[1]赵中建.基于项目的STEM学习[M].上海：上海科技教育出版社，2016（5）：11.