基于項(xiàng)目的STEM下真實(shí)情境與知識(shí)的相互作用

葛鵬 蔡文聯(lián)

我國(guó)現(xiàn)階段小學(xué)科學(xué)課程模式容易導(dǎo)致與真實(shí)世界的剝離，失卻內(nèi)在價(jià)值和人的個(gè)性化發(fā)展。以培養(yǎng)綜合能力、提倡跨學(xué)科的STEM教育開(kāi)展模式有多種，STEM PBL是其中一種，尤其強(qiáng)調(diào)真實(shí)情境。真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)使學(xué)習(xí)者扮演專(zhuān)家的角色，完成知識(shí)與技能全面而深入的學(xué)習(xí)，這些知識(shí)與技能可以有效應(yīng)用于真實(shí)世界問(wèn)題的解決，實(shí)現(xiàn)科學(xué)與真實(shí)世界的連接。

1 STEM PBL基本理論

1.1 STEM PBL基本理論

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（PBL）其背后的理論基礎(chǔ)主要有建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、杜威的實(shí)用主義教育理論和布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理理論認(rèn)為，知識(shí)是基于一定的情境（本文情境一詞包含社會(huì)文化背景及實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)的主要因素），借助一定的學(xué)習(xí)資源，建構(gòu)而來(lái)的。

杜威的實(shí)用主義教育理論是對(duì)傳統(tǒng)課堂、教師、課本“舊三中心論”的批判。其“新三中心論”包含經(jīng)驗(yàn)、兒童、活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)做中學(xué)。即在實(shí)踐中側(cè)重直接經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，從真實(shí)（世界）情境中培養(yǎng)學(xué)生能力。與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論相比，杜威所要求的情境更接近真實(shí)情境，即從兒童實(shí)際出發(fā)、在真實(shí)（世界）情境下通過(guò)實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)直接經(jīng)驗(yàn)的獲得，而兒童的知識(shí)更多來(lái)源于直接經(jīng)驗(yàn)。

布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)就是知識(shí)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的再組織。學(xué)生從提出問(wèn)題，得出結(jié)論，一直到交流反思，最終得到知識(shí)。在布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論中，情境的作用并沒(méi)有消失，情境給予學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中強(qiáng)有力的支持，影響了知識(shí)的獲得。

實(shí)用主義教育對(duì)真實(shí)（世界）情境，即真實(shí)情境尤為強(qiáng)調(diào)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)踐，將直接經(jīng)驗(yàn)發(fā)展為知識(shí)。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論，也認(rèn)為知識(shí)的獲得離不開(kāi)情境這一要素。

STEM PBL能夠幫助學(xué)生充分體驗(yàn)到真實(shí)情境，這些真實(shí)情境下的體驗(yàn)?zāi)軌蜉o助學(xué)生學(xué)習(xí)，完成知識(shí)的建構(gòu)，而這些知識(shí)與技能完全可以應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜問(wèn)題。STEM PBL視角下的真實(shí)情境，給予學(xué)生各個(gè)方面的支持，尤其是背景知識(shí)的幫助。這樣的學(xué)習(xí)是高效、深入的，學(xué)生可以從真實(shí)世界中不斷得到反饋，這些反饋可以是來(lái)自實(shí)驗(yàn)、也可以是來(lái)自指導(dǎo)教師甚至是專(zhuān)家的。

1.2 傳統(tǒng)課堂情境與STEM PBL下真實(shí)情境的比較

筆者從多個(gè)角度對(duì)傳統(tǒng)課堂情境和STEM PBL下情境進(jìn)行分析，得到表一。

如表1可知，傳統(tǒng)課堂情境較為單一、固定，STEM PBL要求真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)，其需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)比后者復(fù)雜。由此產(chǎn)生了對(duì)于學(xué)習(xí)全新的要求，教育從注重知識(shí)傳授的灌輸型教育向注重科學(xué)素質(zhì)養(yǎng)成的探究式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。

2.1 STEM PBL來(lái)源

案例設(shè)計(jì)基于校園植物種植活動(dòng)，讓學(xué)生在真實(shí)的情境中體會(huì)種植、收獲知識(shí)與技能，在學(xué)校中開(kāi)展植物有關(guān)的STEM PBL具有較強(qiáng)可行性。學(xué)生根據(jù)自身的興趣、愛(ài)好、特長(zhǎng)，自我組織，以小組為單位開(kāi)展與植物有關(guān)的種植活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中解決問(wèn)題，培養(yǎng)綜合能力。

本案例框架設(shè)計(jì)側(cè)重生命科學(xué)領(lǐng)域，在課外科學(xué)活動(dòng)中以種植活動(dòng)為核心展開(kāi)，涉及植物、動(dòng)物、人、生物與環(huán)境的關(guān)系、植物生命的延續(xù)等方面。在生命科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)課中，學(xué)生的學(xué)習(xí)得到真實(shí)情境的強(qiáng)有力支持，學(xué)生的學(xué)習(xí)不局限于課堂之中。

場(chǎng)地：學(xué)校種植場(chǎng)所（專(zhuān)門(mén)場(chǎng)地、陽(yáng)臺(tái)），如可采用長(zhǎng)條形的結(jié)構(gòu)對(duì)田地進(jìn)行改造，各個(gè)年級(jí)劃分各自的活動(dòng)場(chǎng)地，以小組合作的形式展開(kāi);也可以采用無(wú)土栽培技術(shù)，對(duì)于場(chǎng)地的要求更加靈活。

2.2 基礎(chǔ)階段

特點(diǎn)：基礎(chǔ)性。

學(xué)生活動(dòng)：種植各小組當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的當(dāng)季的蔬菜，記錄生長(zhǎng)情況、生長(zhǎng)現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，學(xué)生由此真實(shí)情境出發(fā)，通過(guò)多種方式、途徑收集信息，嘗試解決問(wèn)題。

教師指導(dǎo)：教師提供學(xué)生植物種子，并基礎(chǔ)階段給予學(xué)生指導(dǎo)（植物的基礎(chǔ)信息及勞動(dòng)經(jīng)驗(yàn)等）。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，科學(xué)學(xué)習(xí)與生活相結(jié)合;學(xué)生進(jìn)行初步的分工合作，進(jìn)行勞動(dòng)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與合作能力。

2.3 小項(xiàng)目階段

特點(diǎn)：由多個(gè)小項(xiàng)目組成（或每個(gè)小組完成一個(gè)小項(xiàng)目），學(xué)生在此階段進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

學(xué)生活動(dòng)：基于之前的學(xué)習(xí)，學(xué)生提出自己想要探究的項(xiàng)目，如：從植物生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況分析，研究農(nóng)業(yè)中的間作套種，選擇易遭受蟲(chóng)害的芥菜和生菜，單種組和套種組比較。套種組為芥菜或生菜與其他植物進(jìn)行組合。

涉及項(xiàng)目：天然除蟲(chóng)劑的研制、博物學(xué)板塊（本項(xiàng)目有關(guān)的植物、昆蟲(chóng)、動(dòng)物）等。

教師指導(dǎo)：教師此階段側(cè)重引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，利用自己豐富的知識(shí)，拓展學(xué)生的知識(shí)面;

各個(gè)小項(xiàng)目形成小成果，教師指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)的觀察、記錄、實(shí)驗(yàn)方法，掌握科學(xué)論文書(shū)寫(xiě)的方法。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的科學(xué)知識(shí)，通過(guò)科學(xué)探究，緊密聯(lián)系生活（真實(shí)情境）;

學(xué)生學(xué)習(xí)植物方面的科學(xué)知識(shí)，教師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)各階段性成果，以日記、文章、植物科學(xué)畫(huà)的形式展現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生歸納、總結(jié)、書(shū)寫(xiě)、繪畫(huà)的能力，呈現(xiàn)各階段的成果;這一階段也可以引入一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工具，加深學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)械的理解與運(yùn)用。

實(shí)驗(yàn)方法：觀察法、控制變量法、探究法

補(bǔ)充說(shuō)明：這一階段小項(xiàng)目的選擇和時(shí)間安排較為靈活，可以以半個(gè)學(xué)期作為這一階段的時(shí)間，也可以與科學(xué)課程所用書(shū)本的內(nèi)容編排形成補(bǔ)充。總而言之，本階段的內(nèi)容展開(kāi)形式多樣，時(shí)間安排靈活。教師可以邀請(qǐng)植物學(xué)方面的專(zhuān)家加入，提供專(zhuān)業(yè)化的指導(dǎo)。

2.4 大項(xiàng)目階段

特點(diǎn)：各年級(jí)各小組有針對(duì)性選擇各自感興趣的課題，進(jìn)行深入研究，難度相比前一階段更大;更加注重原創(chuàng)性。

學(xué)生活動(dòng)：此前的項(xiàng)目中，學(xué)生經(jīng)過(guò)實(shí)踐，學(xué)生的綜合素養(yǎng)、能力得以發(fā)展，積累了大量的素材。學(xué)生沿著自己感興趣的角度出發(fā)，使用科學(xué)探究的方法深入研究某一問(wèn)題，。

教師指導(dǎo)：這一階段教師不再頻繁對(duì)學(xué)生給予細(xì)節(jié)方面的指導(dǎo)，而是側(cè)重于大方向的指導(dǎo)，更加注重學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，在此過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。教育者的角色不再局限于教師，各領(lǐng)域?qū)＜壹尤氲浇逃龑?shí)踐中，建立學(xué)校與社會(huì)各組織的合作關(guān)系，促進(jìn)科學(xué)教育的發(fā)展。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生選擇某一項(xiàng)目，進(jìn)行深入研究，這是基于各年級(jí)各小組真實(shí)的體驗(yàn)，學(xué)生做的是自身感興趣的內(nèi)容，內(nèi)在動(dòng)力較強(qiáng)。

3 STEM PBL案例分析

3.1 真實(shí)情境與知識(shí)的討論

“什么是知識(shí)”，在科學(xué)學(xué)科中又以“什么是科學(xué)知識(shí)最為重要”。亞里士多德把哲學(xué)看成一切知識(shí)中最高級(jí)最理想的形態(tài)，此后各個(gè)科學(xué)家對(duì)于“知識(shí)”都有不同的理解。但無(wú)疑，知識(shí)必然具有影響乃至改造世界的力量，而這種力量不是直接對(duì)真實(shí)世界產(chǎn)生作用的。蘇格蘭領(lǐng)土的測(cè)繪工作就是證明，各種技巧和知識(shí)結(jié)合在一起，開(kāi)展理論與實(shí)踐的對(duì)話(huà)，最終技術(shù)與工程的應(yīng)用描繪出了蘇格蘭的版圖——礦藏、河流、邊界變得清晰。

現(xiàn)在的時(shí)代越來(lái)越自由、開(kāi)放，社會(huì)的發(fā)展速度加快，理工專(zhuān)業(yè)學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，大學(xué)已學(xué)習(xí)的科學(xué)知識(shí)、所了解的社會(huì)情況不斷發(fā)生變化，很多先前學(xué)習(xí)的知識(shí)到工作時(shí)已然失去作用。作者將知識(shí)的迭代定義為知識(shí)根據(jù)上次真實(shí)情境下的實(shí)踐結(jié)論調(diào)整原有的結(jié)論。隨著我們對(duì)于某一知識(shí)的不斷實(shí)踐，這一實(shí)踐發(fā)生的越多，對(duì)它的了解就越深，就越接近真理。現(xiàn)在的時(shí)代已經(jīng)有這樣的趨勢(shì)：真實(shí)情境不斷發(fā)生改變，知識(shí)起作用的時(shí)間越來(lái)越短，傳統(tǒng)教育將越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的要求。

STEM教育立足現(xiàn)在，面向未來(lái)，必然對(duì)所學(xué)的知識(shí)有所要求，而知識(shí)又受到情境的影響。這一關(guān)系如圖一所示。

3.2 案例分析

上述案例中，學(xué)生置身于真實(shí)情境中，需要面對(duì)極其復(fù)雜的問(wèn)題。這就需要學(xué)生學(xué)習(xí)較為基礎(chǔ)、廣泛的科學(xué)知識(shí)，以此作為基礎(chǔ)開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。起初的項(xiàng)目較為簡(jiǎn)單（植物生長(zhǎng)周期較短、較易種植），如觀察生菜的生長(zhǎng)過(guò)程。學(xué)生需要從生菜的種子開(kāi)始，親身實(shí)踐，種植種子，在生長(zhǎng)過(guò)程中學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)與技能。真實(shí)情境固然帶來(lái)了復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)也為科學(xué)實(shí)踐的展開(kāi)提供了大量的支持，學(xué)生在學(xué)生過(guò)程中不斷得到即時(shí)的反饋，其實(shí)踐不斷得到檢驗(yàn)。

隨著第二階段小項(xiàng)目的進(jìn)行，學(xué)生的知識(shí)面不斷拓寬、某些方面的知識(shí)不斷加深，各方面能力得到鍛煉。在多個(gè)小項(xiàng)目的合作學(xué)習(xí)過(guò)程中，知識(shí)的專(zhuān)業(yè)化與深度不斷加強(qiáng)。學(xué)生在真實(shí)情境下學(xué)習(xí)到的知識(shí)有別于孤立課堂中學(xué)到的知識(shí)（傳統(tǒng)課堂情境），前者能夠促進(jìn)學(xué)生綜合能力和核心素養(yǎng)的發(fā)展。

到了第三階段大項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠充分發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性。學(xué)生具有相對(duì)多的主導(dǎo)權(quán)，教師、專(zhuān)家則側(cè)重提供專(zhuān)業(yè)化的指導(dǎo)和方向性的啟發(fā)。

以上每一個(gè)過(guò)程都需要教師的精心設(shè)計(jì)，針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況、科學(xué)課程設(shè)置狀況、身心發(fā)展?fàn)顩r等方面出發(fā)，并基于現(xiàn)有的教育問(wèn)題與理論實(shí)踐成果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（作者單位：閩南師范大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院）