基于PBL模式的STEM教學策略研究

周洪茜 李琪

摘要：基于PBL模式的STEM教學策略，將各學科知識嵌于項目設計中，注重以實際生活的真實問題為切入點，充分調動學生學習的積極性，使其在完成項目的同時學習各學科相關知識。該教學策略不僅能夠提高學生綜合運用理論知識解決實際問題的能力，還能夠培養學生的高階思維能力、交流協作能力以及自主學習與終身學習的意識。本文根據PBL模式的優勢，從理論依據、模式對比、教學模式等方面構建了基于PBL模式的STEM教學策略。

關鍵詞：PBL模式；STEM教育；教學策略

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2018）17-0076-04

2012年，教育部頒布的《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》中提出：在基礎教育中要利用信息技術促進我國的教育改革，鼓勵教育者將信息技術作為學生的學習資源，實施以學習者為中心的自主學習式、合作探究式、討論式等新型教學模式，培養學生的自主學習能力、合作學習能力以及利用信息技術手段在網絡環境下解決生活中的實際問題和其他學科問題的能力，進而有效提高學生的信息素養。[1]2015年9月，教育部頒布的《教育信息化“十三五”規劃》中指出：要積極利用信息技術手段開展創客教育、STEM教育等創新型教學模式，更加有效地培養學習者的信息素養。[2]由此可見，在教育信息化已經取得國家政策大力支持的發展背景下，設計基于STEM教育理念的創新型教學策略，對我國基礎教育信息化發展具有重要的意義。將PBL模式引入STEM教學策略，變革教師教學模式，能夠提高學生的實操能力，幫助學生較好地開展項目探究式學習。

我國STEM教育應用現狀

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科的簡稱。它強調多門學科之間的相互聯結和整合，支持學生運用多個學科知識多視角、多維度地認識世界并改造世界。[3]STEM教育2007年引入我國，并在基礎教育應用領域不斷發展。例如，富有校本特色的展示課“動態背景的制作技巧”，在信息技術課程教學設計中融入了藝術和人文設計元素[4]；制作“水果電池”，將化學能轉化為電能，有效解決為音樂卡片供電的問題[5]等。

總體來說，以美國為代表的STEM教育理念為我國STEM教育活動設計提供了理論參考與實踐經驗，但目前我國開展的中小學STEM教學仍然存在課程與現實生活契合度不強、學生參與積極性不高、評價體系不完善等問題。

基于PBL模式的STEM教學策略研究理論依據

基于項目的學習（Project-Based Learning-PBL）教學模式被定義為“一種課堂活動的模式，它脫離了短暫且孤立的以教師為中心的課堂教學，取而代之的是強調長期的、跨學科的、以學生為中心的，且與現實世界之問題和實踐相融合”的學習活動。[6]相關研究表明它能夠促進學生合作，并有利于激發學生的創造力和邏輯思維能力，其表現出的特點與STEM教育中所體現的跨學科、“做中學”的理念不謀而合。

將PBL模式引入STEM教學策略，形成基于PBL模式的STEM教學，它融合了多種教育理念，其中建構主義和多元智力理論最具有代表性。建構主義認為學習是學習者在環境交互作用過程中主動建構內部心理表征的過程，這是一種提倡體驗型、動手型、以學生為中心的學習模式。多元智力理論認為智能是在某種社會或文化環境的價值標準下，個體用以解決在實踐中遇到的難題或生產及創造出有效產品所需要的能力。每個人都有不同的智力類型和不同的智力優勢。在PBL模式中，教師將各種教與學的策略運用到項目的設計和實施過程中，幫助學生開發各種智力。[7]

與傳統STEM課堂教學策略對比

基于PBL模式的STEM教學策略更符合新課程改革的需求，充分利用了信息技術的發展成果，使學習過程更富有活力。從右表不難發現，基于PBL模式的STEM教學策略的優勢主要體現在兩個方面。

一方面，開展項目學習活動，可以運用科學、技術、工程、數學相互支撐、補充的關系。[8]教師不再設置具體的課程內容，而是提出切合生活實際的問題，提高了課堂所學內容在現實生活中的實用價值，為學生接受高等教育奠定了基礎。學生組成項目小組，圍繞問題自主設計項目、執行內容并完成項目產品。學生在學習過程中，充分選擇和利用最優化的學習資源，在實踐體驗、內化吸收、探索創新中獲得較為完整和具體的知識，形成專門的技能和得到充分發展的學習。學生正是在一個個項目的學習中鍛煉了高階思維能力、動手能力、交流協作能力，培養了自主學習與終身學習的意識。在此過程中他們的學習收獲是多方面且富有個性的。

另一方面，基于PBL模式的STEM教學策略賦予了學生追求現實意義的項目背景，為學生提供機會，讓學生能夠根據他們的個人理解來評估科學證據，闡述自己的理論和解釋，并積極地參與到學習過程中，幫助學生在個體學習中形成個人價值觀，不斷增強個體意義感，讓個人的身心得到全面發展。[9]

基于PBL模式的STEM教學策略研究

在對大量教學策略和教學過程的研究后，筆者參考了傳統STEM課堂教學策略，并在PBL教學模式應用的基礎上，總結出STEM教學策略的教學模式，如下圖所示。

1.課前準備

（1）確定主題

基于PBL模式的STEM學習，主要是以項目貫穿于整個學習過程。首先，要選擇項目的主題。項目的主題可依據課程標準，也可以通過調查當地社區提出問題。這樣從學生日常生活中取材，提出具有現實意義并適用于課堂教學的項目，既能充分發揮學生的自主性，也對學生理解教育對生活的重要性具有重要意義。

（2）設計項目

教學管理人員安排共同的時間讓不同科目的教師合作并計劃教學，實行集體備課。典型的備課團隊由3～5名教師組成。教師根據可用資源的情況、教師和學生對PBL的準備程度、學生原有知識和經驗基礎等因素決定在何種程度上實施教學，進而在項目中融入多門學科知識，強調項目和各個活動間的梯度性（分為不同層次，彼此間由淺入深），這樣一方面可以讓學生循序漸進地掌握所學知識，培養知識遷移能力，另一方面能滿足不同水平學生的需要，促進其個性化學習。[10]

基于PBL模式的STEM教學要求教師以讓內容容易習得、讓思維具有可見性、幫助學生向他人學習、促進自主學習和終身學習為原則，通過明確的結果來識別每一個科目領域需要覆蓋的學習目標。

項目設計應該包括確定學習目標、設計框架問題、設計學習活動和制訂評價計劃。

2.教學過程

（1）提出項目，制訂標準

在課堂上，教師可以通過播放視頻短片、角色扮演、實地考察、邀請主講嘉賓等，讓學生有效投入項目。通常由教師介紹項目設計綱要，為學生提供較為模糊的任務和明確的結果，告知學生項目所需的準備，幫助學生組成項目小組，為后期項目學習打下基礎。

（2）調查研究，形成概念

為學生提供一個以社區為中心的學習環境，分小組進行項目設計，學生團隊在開始工作之前，對所設計的項目進行具體調查，考慮其現實因素，如目標人群購買力、產品安全性、法律方面的要求等。

如果項目持續時間較長，教師最好將其分解成較小的任務，學生會更容易看到自己在努力實現項目目標過程中所取得的進步。另外，組內以頭腦風暴的形式尋求可能的解決方案，形成對項目的基本概念。

（3）分析并制訂方案

在形成了大量可能解決問題的方案后，學生就可以開始分析這些方案。項目設計不是提出單一的正確答案，而是在幾個有可能的答案中識別出最好的解決途徑。教師應當鼓勵學生以系統的方法進行分析。在設計過程的不同階段，學生不僅要在團隊內部進行溝通，還要做到團隊之間的溝通。學生經多次討論形成有計劃性的時間表，避免因進度緩慢而延誤工期。

（4）建立模型，優化方案

應用數學、科學和技術三門學科知識設計最優的解決方案后，學生開始運用信息技術手段，嘗試構建一個完整的工作模型或原型。在制作過程中，學生基于測試結果，對照項目計劃評估標準不斷進行改進優化，回到概念形成階段的起點來修改內容并開展頭腦風暴，進而分析并更新設計或者做出其他選擇，建立新的模型，重新測試，再次優化。同時，在選定最終結果之前，這個優化過程處于不斷循環之中。這時，教師要引導學生意識到項目設計過程具有反復性，并不是一蹴而就的。

這個過程需要學生充分選擇和利用各種資源，在實際體驗、探索創新、內化吸收的過程中，對融入各學科的知識進行主動構建，并以團隊為組織形式獲得完整而具體的知識，形成技能并獲得發展。

（5）交流與反思

學生應主動投入學習過程，而且必須自己確定新信息怎樣與自己目前理解的知識相聯系。要想達到這種境界，教師必須引導學生學會看待事物的優勢與劣勢，從而能夠有效地解決問題，同時還要會對自己的思維進行反思。交流的方式也有很多，如小組間可通過作報告的形式，向其他同學展示，并交流測試結果，如果有條件，教師可以讓他們與更大范圍的受眾進行交流。

3.教學評價

基于PBL模式的STEM教學策略要求對評估的意義有全新的認識，教師要把注意力從總結性評價轉移到形成性評價上來。評價以設計綱要和評價量規為依據，目的在于了解學生的學習效果。同時，教師的評價不能局限于對設計的反饋，還要采用多元評價系統，針對項目的最終作品和學生在項目實施過程中的實際表現，及時跟進過程性評價。這樣既有利于維持學生的學習興趣，又可以在評價反饋中發現問題，及時對項目進行調整。

項目評價既要評價學生個人的表現，也要評價小組的表現。具體可以采用視頻行為采集、記錄過程表、在線學習行為記錄、隨堂測試等方式予以評估[11]，還可以選擇學生利用檢查表和評價量規等工具進行自評，促使學生進行反思并提高。

結語

基于PBL模式的STEM教學策略通過項目驅動方式開展教學實踐活動，促使學生就某一個學習主題進行深入探究，并進行多維度思考。它在教學指導、教學資源配置、項目支持等方面的優勢，既保證了知識體系的完整性、跨學科內容的融合性，又增強了與現實生活的銜接性，促進了學生知識內化遷移和創造力的進階發展，鍛煉了學生的自主建構、團隊合作、批判思維等綜合能力，具有實用價值與推廣意義。

參考文獻：

[1]教育部.教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）[DB/OL].http：//www.moe.gov.cn/ewebeditor/uploadfile/2012/03/99/20120329140800968.doc，2012-04-01.

[2]教育部.教育部關于印發《教育信息化“十三五”規劃》的通知[EB/OL].[2016-06-24].http：//www.moe. gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[3]周東岱，樊雅琴，于穎，等.基于STEAM教育理念的小學課程體系重構研究[J].電化教育研究，2017（8）：105-110+128.

[4]周迎春.創設生活化教學情鏡 進行實戰技能有效訓練——面向STEM的教學案例“動態背景的制作技巧”[J].中國教育技術裝備，2016（23）：98-100.

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[7]高志軍，陶玉鳳.基于項目的學習（PBL）模式在教學中的應用[J].電化教育研究，2009（12）：92-95.

[8]張惠玲.實施學生項目學習 培養學生STEM素養——對學生課題“研制水火箭并研究水火箭的運動”的案例研究[J].實驗教學與儀器，2016（10）：3-6.

[9]崔鴻，朱家華，張秀紅.基于項目的STEAM學習探析：核心素養的視角[J].華東師范大學學報：教育科學版，2017（4）：54-61+135-136.

[10][11]秦瑾若，傅鋼善.STEM教育：基于真實問題情景的跨學科式教育[J].中國電化教育，2017（4）：67-74.

基金項目：遼寧省大學生創新創業訓練計劃項目“基于PBL模式的中小學STEM教學策略研究”；（201810165037）。