基于QTSE 模型的项目化学习的设计与实施——以初中科学“小小工程师：餐车大改造”项目为例

邓敬东∣浙江省杭州市紫金港中学

何珊云 邱璐莹∣浙江大学教育学院

随着《义务教育课程方案（2022年版）》的发布，项目化学习因为被认为是开展学科实践的有效形式而得到了不同学科的关注。各学科课程标准对此也提出了相应的要求。以科学学科为例，《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）明确提出“将科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等核心素养的培养有机融入学科核心概念的学习过程中［1］。学科项目化学习的设计与实施需要创设真实情境，加强核心概念在真实情境中的运用，让学生经历“发现问题—解决问题—建构知识—运用知识”的学习过程，真正形成学生的核心素养。但在实践过程中，究竟如何设计并实施项目化学习，使其真正能落实核心素养、聚焦学科观念、转变学教方式、变革评价方法一直是困惑一线教师的难题。本文结合项目化学习设计与实施过程中的关键问题，构建了QTSE模型，并以此进行了初中科学“小小工程师：餐车大改造”项目化学习的实践，以期为学科项目化学习的设计与实施提供参考与借鉴。

一、QTSE模型框架

（一）QTSE模型的组成部分

QTSE模型由项目化学习中的关键部分Question（问题）、Task（任务）、Scaffold（支架）、Evaluation（评价）组成。问题指的是项目化学习中的驱动性问题。一个好的问题不仅需要引起学生的兴趣和好奇心，而且还需要是一个复杂且开放的问题，鼓励学生进行批判性思考和创新，提出多种解决方案和方法［2］。任务指的是实现问题解决的具体行动计划，应当具有多层次和进阶性，旨在层层推进项目的完成。支架指的是教师为促进学生学习和有意地解决问题提供的支持和辅助［3］，可以包括教师的指导、同学的合作或是各种教育资源和工具。评价指的是项目以何种方式检测学习的成效，既包括过程性评价，也包括结果性评价。

（二）QTSE模型的内在逻辑

在基于QTSE模型的项目化学习中，问题、任务、支架和评价四个组成部分之间存在内在的逻辑联系，构成一个完整的学习系统。对于项目化学习的问题设计，教师需要诊断学情，了解其解决问题的先验知识，并解构课标和前置标准，以确保问题与课程目标和标准紧密相连，为后续的任务设置和评价提供准确的方向。任务部分的设计，需要解构项目化学习的问题，并设计一个个具体的分解型任务。学习支架的设计，主要为学生解决项目任务提供具体的资源型、任务型和合作型支架，既能为问题解决提供资源和载体，更提供思路和方法。评价的设计则主要是实现“以评促学”，促进学生成果的修改、迭代与升级，同时记录学习历程以及展示项目全程。因此，问题、任务、支架和评价的有机组合，互相一致，才能真正实现深度学习的发生。基于QTSE的科学项目化学习旨在围绕科学核心知识，通过生活中非良构的科学问题形成项目化学习的驱动性任务，在支架的帮助下引导学生探究、解决问题，并以过程性和结果性评价推动项目化活动在常态课堂中展开，以落实学生的科学核心素养。基于QTSE模型的项目化学习范式如图1所示。

图1 基于QTSE模型的项目化学习范式

二、基于QTSE模型的初中科学项目化学习实践

（一）提炼驱动性问题

驱动性问题是项目化学习的核心。“小小工程师：餐车大改造”这一项目的设计就是围绕一个真实问题：学校的餐车每天定时定点被食堂工作人员送至教室门口，在午餐运送的过程中产生了大量的噪音。因此，“如何减少食堂餐车运送过程中产生的噪音”就成为一个需要解决的问题。这个问题从学生的实际经验和需要出发，与他们的生活密切相关，更能激发他们的质疑和探究欲望，符合“以学生为主体进行教学设计”的理念。当然，这一驱动性问题的提炼也要对标《课程标准》，与科学学科进一步对接，并据此作出调整，从而设计出符合真实情境和学科学习需要的核心问题，并科学准确描述问题。图2所示为“小小工程师：餐车大改造”项目化学习问题的来源及确定流程。

图2 “小小工程师：餐车大改造”项目化学习问题的来源及确定流程

1.学情诊断

餐车噪声问题是非良构且开放度高的问题，在项目开始前要先对学生的基本学情进行了解，判断是否具备实现当前教学目标所要求的条件。学生在教学活动前结合已有知识积累填写“学情诊断单”（如表1所示），以便教师掌握学生的知识水平、能力特征、思维水平，为后续教与学提供指导。

表1 学情诊断单

2.解构课标

学情诊断之后，教师要进一步围绕核心问题解构课标，使问题和《课程标准》高度契合［4］，并引导学生在解决问题的过程中内化知识、发展能力和拓展思维。在“小小工程师：餐车大改造”项目化学习中，涉及学科核心概念“物质的运动和相互作用”和“工程设计与物化”，以及“摩擦力”和“压力压强”等具体的学科知识，需要学生形成基本的工程设计思维。由于在实际教学中教师会以小车模型替代餐车进行研究，所以学生的学习主要涉及“系统与模型”和“稳定与变化”两个核心概念。解构课标并非仅是对《课程标准》的解读，它强调的是一种全面、系统的方法，旨在确保教学问题与《课程标准》的要求、学生的能力水平和思维特质之间达到高度契合（图3所示为基于课标解构确定的与项目相关的学科知识和学科核心概念、跨学科概念）。

图3 与项目相关的学科知识和学科核心概念、跨学科概念

3.前置标准

评价尤其是评价标准的前置，有助于教师在教学设计阶段明确学习目标和衡量标准，以实现教学、学习和评价的高度一致性［5］。这种一致性不仅有助于提高教学质量，还能促进学生进行自我调控和自我评价。这一过程需要从《课程标准》出发，引导学生进行科学设计和实践，并形成科学思维。评价标准应充分考虑学生科学学习的要求，在“小小工程师：餐车大改造”项目化学习中，通过预先设定评价标准（如图4所示），学生能在设计和制作餐车之前明确自己的目标和衡量标准。这不仅有助于学生进行自我监控和自我评价，还着重强调了解决工程问题的规范和流程。

图4 “小小工程师：餐车大改造”项目化学习的评价标准

（二）设计项目任务

项目化学习解决的是一个复杂问题，所以需要结合课程目标和教学目标进一步分解项目任务，以形成由一个个子任务构成的任务链，并根据课程时间进行安排。学生在解决一个个具体的子任务的过程中，亲身经历实验过程，观察实验现象，主动获取数据进行分析，并通过小任务迭代升级达到解决问题的目的。

1.形成任务链

要完成餐车改造这个项目需要学生在学习过程中形成工程系统思维。这种思维模式帮助学生更有效地通过组织良好的活动解决由驱动型问题引发的实际问题。任务链贯穿问题解决的全过程。在这一案例中，解决餐车噪声问题涉及四个具体的关键子任务，它们形成任务链。第一个任务是设计并制作一个小车模型来模拟餐车。第二个任务是完成小车斜面实验测试，根据实验情况解释摩擦力和压力是如何影响声音的产生和传播的。第三个任务是制订餐车改造方案，需要学生通过模拟实验，探讨在不同材料和不同力的条件下，“力学、技术与噪声”之间存在何种联系。最后一个任务是“餐车改造展示及成果发布”，要求学生就小车设计方案、研究模型、餐车改造方案和项目成果等进行分享与交流。

2.设计进阶学习

在教学实践中，涉及科学和工程的项目，学生不仅需要运用已有的科学知识和技术，还需要通过具体的实践来培养科学方法论和工程思维。这一过程鼓励学生遵循“问题—方案—新问题—迭代—产品”的工程思维，逐渐形成螺旋上升的工程实践能力。在餐车改造项目中，小车模型为餐车的改造的实践过程作铺垫。通过小车模型的实验，学生带着任务进行自主与合作学习，并通过实验现象和数据进行科学验证，同时理解并应用知识。对小车的设计，学生往往需要经过多次改造才能达到预期的效果（其过程如图5所示），这种循序渐进、由浅入深的实践方式不仅能够强化学生的知识结构，也能极大地提升他们的综合应用能力。

图5 “小小工程师：餐车大改造”项目化学习中小车的改造过程

3.设计课时方案

在具体的课时设计过程中，教师需要整合系统思维观念，并依据项目单元来设计具体的课堂教学任务和明确的课堂目标。“制订餐车改造方案”子项目的教学，需要根据评价标准和前期任务基础，从材料的使用、成本、制作难易程度、美观等方面制订餐车改造的初步方案，并基于小车模型开展改造活动（课时方案如表2所示）。这一基于项目任务的教学与传统的科学教学存在明显差异，它强调学生的自主合作和探究性实践，以实现做中学、学中悟的目标，以及确保学科素养的全面提升。

表2 “制订餐车改造方案”子项目教学的课时方案

（三）搭建学习支架

许多研究者与实践者都认为项目化学习具有高挑战性，因此教师需要向学生提供促进学生思考和问题解决的支架而不是提供具体而详细的步骤和讲解［6-7］。在实际课堂学习中，尽管学生的任务非常明确，但教师如何有效地引导他们从掌握力学与技术的基础概念，到探索小车与噪声之间的关系，进而解决餐车改造的问题，显得尤为关键。这涉及从最初的引导和支持到进阶探索，再到能力的迁移与创新。特别是面对“餐车改造”这样一个挑战性极强的学习任务时，如果教师所提供的学习资源、学习任务等支持不到位，学生是无法独立完成任务的。因此，“小小工程师：餐车大改造”项目化学习主要采用不同类型的学习支架，包括资源型支架、任务型支架和合作型支架等。

1.资源型支架

资源型支架可以是工作范例、工作实践的影像资源，可以是含学科知识、实验方法等的各种资源文件包，也可以是各种新型仪器、新材料的特性等实物类资源。在“小小工程师：餐车大改造”项目化学习中，教师在运动噪声的原因分析中提供了相关文献资料，在噪声测量中提供了新型测量仪器——噪声检测仪。此外，教师也向学生提供了一些新型材料的性质、环保要求等知识卡片，为学生完成项目提供了必要的资源。

2.任务型支架

任务型支架旨在通过项目的拆解进一步推进问题解决。在“小小工程师：餐车大改造”项目化学习中，学生需要在概念理解、模型构建、实物改造中完成采访记录、调查研究、测试统计、方案设计、实践制作等任务，这些任务在引导学生独立探索、解决问题等方面起到重要指引作用。

3.合作型支架

在项目化学习的过程中，学生既要学会独立思考，也要学会分工与合作。教师既要帮助学生建立小组合作的规则，也要对学生个人和学习小组的学习行为、实效、态度与责任等进行评价。在“小小工程师：餐车大改造”项目化学习中，特别是在设计和制作过程中，教师设计了小组评价量表（内容包括学习态度及责任、对小组协作学习所作出的贡献等），有力地保证了学习过程中合作的质量和实效。

（四）设计并实施评价

评价是推动项目化学习的重要手段，是贯穿整个项目活动的关键要素。评价可以是教师评价，也可以是学生自评。评价要关注结果，也要关注过程，且不能局限于定量评价，也要采用多种形式的定性评价［8］。项目化学习中的评价可以不断推动、引领、迭代、完成项目任务，形成物化成果。过程性评价可以让学生在项目复盘中看到自己学习的过程，加强学生的反思与成长，为后续学习提供思路和方向。

1.用评价促进产品的迭代升级

任何设计都是在不断讨论交流中得到完善的，任何一个产品的形成都要经历不断测试、修正、完善、成型的过程。评价就是指导学生对学习过程、学习结果进行总结与反思、应用与迁移，是实现产品迭代升级的助推器。在“小小工程师：餐车大改造”项目化学习中，评价工具包括产品评价量表和互评表单。

（1）产品评价量表

在项目开始时，教师与学生共同商讨制订“产品评价量表”（如表3所示），旨在让学生在设计和制作小车之前确定目标，明确衡量标准，参照评价标准对产品进行改进、完善，并进行自我监控和自我评价，逐步养成自我管理和自我调节的良好习惯。

表3 产品评价量表

（2）学生互评表单

评价素养本身代表了学生学习达到的水平，互相评价是一个很好的学习机会（“学生互评表单”如表4所示）。在展示产品的过程中，学生可以通过设计说明书、演讲词、图片、短视频、剧本等来呈现自己解决问题的方案，并通过现场投票对产品进行评价，能有效促进学生对项目内容的进一步掌握以及后续的融会贯通、迭代升级。

表4 学生互评表单

2.用评价记录学生的学习历程

过程性评价是促进学生成长的重要手段。它再现学生在项目学习中的真实学习状态，引导学生关注自身在项目化学习中的综合表现，明确进步和需要改进的地方。“小小工程师：餐车大改造”项目化学习运用档案袋评价，从学生个体出发，在观察、设计、制作等系列活动中，珍视学生的每一份成果，并以档案文件的形式将其保存下来，呈现了学生学习的历程，提供了学生成长和发展的过程性证据。

3.用评价展示项目的实施过程

项目的结果性评价关注学生的产品和成果。产品是学生项目完成后的产物，是学生努力学习后的结晶，是学生学习意义最直观的体现。在“小小工程师：餐车大改造”项目化学习中，学生在产品完成后展示了设计方案、模型、材料、餐车设计图、餐车改造后的实物图、餐车使用说明书等。学习成果的展示让学生的学习得到肯定，激发了其探究、实践的兴趣，提升了其学习的动力。

三、实践成效和反思

基于QTSE模型的项目化学习实践让学习真实地发生。“小小工程师：餐车大改造”项目来自于学生对餐车噪声问题的不满，并试图解决一个真实的现实问题。改造过程激发了学生探索的热情和兴趣，他们愿意去学习各种新的知识，并通过小组合作，在完成一个个具体学习任务的过程中经历了真实的学习，体会科学学习的有趣、有味、有用。同时，基于QTSE模型的项目化学习实践以驱动性问题为学习动力，以具体的项目任务为学习路径，以支架为学习助力，以评价为学习锚点，每一个具体环节可与常态课堂进行嫁接，实现了传统课堂的转型升级。它为教师在常态课堂开展项目化学习提供了范例，也为课堂转型提供借鉴。另一方面，基于QTSE模型的项目化学习实践需要教师具备更加深厚的学科积淀、更加综合的学科知识、更加融合的学科问题视角以及更加熟练的学科教学设计能力，对教师的专业能力提出了严峻的挑战。同时，从实践中发现，学生对真实问题“不敏感”，走进实验室、走进社会的机会还是太少，对问题的理解、探究和解决还需要进一步深化，联结学科和生活的能力还需进一步加强，对探究的兴趣、能力和实践还需进一步提升。