基于项目的STEM下真实情境与知识的相互作用

葛鹏 蔡文联

我国现阶段小学科学课程模式容易导致与真实世界的剥离，失却内在价值和人的个性化发展。以培养综合能力、提倡跨学科的STEM教育开展模式有多种，STEM PBL是其中一种，尤其强调真实情境。真实情境下的学习使学习者扮演专家的角色，完成知识与技能全面而深入的学习，这些知识与技能可以有效应用于真实世界问题的解决，实现科学与真实世界的连接。

1 STEM PBL基本理论

1.1 STEM PBL基本理论

基于项目的学习（PBL）其背后的理论基础主要有建构主义学习理论、杜威的实用主义教育理论和布鲁纳的发现学习理论。

建构主义学习理理论认为，知识是基于一定的情境（本文情境一词包含社会文化背景及实践过程中出现的主要因素），借助一定的学习资源，建构而来的。

杜威的实用主义教育理论是对传统课堂、教师、课本“旧三中心论”的批判。其“新三中心论”包含经验、儿童、活动，强调做中学。即在实践中侧重直接经验的学习，从真实（世界）情境中培养学生能力。与建构主义学习理论相比，杜威所要求的情境更接近真实情境，即从儿童实际出发、在真实（世界）情境下通过实践，强调直接经验的获得，而儿童的知识更多来源于直接经验。

布鲁纳的发现学习理论认为学习就是知识认知结构的再组织。学生从提出问题，得出结论，一直到交流反思，最终得到知识。在布鲁纳的发现学习理论中，情境的作用并没有消失，情境给予学生学习过程中强有力的支持，影响了知识的获得。

实用主义教育对真实（世界）情境，即真实情境尤为强调，在此基础上进行实践，将直接经验发展为知识。建构主义学习理论和布鲁纳的发现学习理论，也认为知识的获得离不开情境这一要素。

STEM PBL能够帮助学生充分体验到真实情境，这些真实情境下的体验能够辅助学生学习，完成知识的建构，而这些知识与技能完全可以应用于现实生活中的复杂问题。STEM PBL视角下的真实情境，给予学生各个方面的支持，尤其是背景知识的帮助。这样的学习是高效、深入的，学生可以从真实世界中不断得到反馈，这些反馈可以是来自实验、也可以是来自指导教师甚至是专家的。

1.2 传统课堂情境与STEM PBL下真实情境的比较

笔者从多个角度对传统课堂情境和STEM PBL下情境进行分析，得到表一。

如表1可知，传统课堂情境较为单一、固定，STEM PBL要求真实情境下的学习，其需求远远比后者复杂。由此产生了对于学习全新的要求，教育从注重知识传授的灌输型教育向注重科学素质养成的探究式学习转变。

2.1 STEM PBL来源

案例设计基于校园植物种植活动，让学生在真实的情境中体会种植、收获知识与技能，在学校中开展植物有关的STEM PBL具有较强可行性。学生根据自身的兴趣、爱好、特长，自我组织，以小组为单位开展与植物有关的种植活动，培养学生在真实情境中解决问题，培养综合能力。

本案例框架设计侧重生命科学领域，在课外科学活动中以种植活动为核心展开，涉及植物、动物、人、生物与环境的关系、植物生命的延续等方面。在生命科学领域的科学课中，学生的学习得到真实情境的强有力支持，学生的学习不局限于課堂之中。

场地：学校种植场所（专门场地、阳台），如可采用长条形的结构对田地进行改造，各个年级划分各自的活动场地，以小组合作的形式展开;也可以采用无土栽培技术，对于场地的要求更加灵活。

2.2 基础阶段

特点：基础性。

学生活动：种植各小组当地常见的当季的蔬菜，记录生长情况、生长现象、发现的问题，学生由此真实情境出发，通过多种方式、途径收集信息，尝试解决问题。

教师指导：教师提供学生植物种子，并基础阶段给予学生指导（植物的基础信息及劳动经验等）。

设计意图：学生学习基础知识，科学学习与生活相结合;学生进行初步的分工合作，进行劳动实践，培养学生的实践与合作能力。

2.3 小项目阶段

特点：由多个小项目组成（或每个小组完成一个小项目），学生在此阶段进行深入学习。

学生活动：基于之前的学习，学生提出自己想要探究的项目，如：从植物生长过程中出现的异常情况分析，研究农业中的间作套种，选择易遭受虫害的芥菜和生菜，单种组和套种组比较。套种组为芥菜或生菜与其他植物进行组合。

涉及项目：天然除虫剂的研制、博物学板块（本项目有关的植物、昆虫、动物）等。

教师指导：教师此阶段侧重引导学生学习，利用自己丰富的知识，拓展学生的知识面;

各个小项目形成小成果，教师指导学生科学的观察、记录、实验方法，掌握科学论文书写的方法。

设计意图：学生学习农业生产中的科学知识，通过科学探究，紧密联系生活（真实情境）;

学生学习植物方面的科学知识，教师指导学生总结各阶段性成果，以日记、文章、植物科学画的形式展现，培养学生归纳、总结、书写、绘画的能力，呈现各阶段的成果;这一阶段也可以引入一些农业生产中常见的工具，加深学生对简单机械的理解与运用。

实验方法：观察法、控制变量法、探究法

补充说明：这一阶段小项目的选择和时间安排较为灵活，可以以半个学期作为这一阶段的时间，也可以与科学课程所用书本的内容编排形成补充。总而言之，本阶段的内容展开形式多样，时间安排灵活。教师可以邀请植物学方面的专家加入，提供专业化的指导。

2.4 大项目阶段

特点：各年级各小组有针对性选择各自感兴趣的课题，进行深入研究，难度相比前一阶段更大;更加注重原创性。

学生活动：此前的项目中，学生经过实践，学生的综合素养、能力得以发展，积累了大量的素材。学生沿着自己感兴趣的角度出发，使用科学探究的方法深入研究某一问题，。

教师指导：这一阶段教师不再频繁对学生给予细节方面的指导，而是侧重于大方向的指导，更加注重学生的深度学习，在此过程中培养学生的综合能力。教育者的角色不再局限于教师，各领域专家加入到教育实践中，建立学校与社会各组织的合作关系，促进科学教育的发展。

设计意图：学生选择某一项目，进行深入研究，这是基于各年级各小组真实的体验，学生做的是自身感兴趣的内容，内在动力较强。

3 STEM PBL案例分析

3.1 真实情境与知识的讨论

“什么是知识”，在科学学科中又以“什么是科学知识最为重要”。亚里士多德把哲学看成一切知识中最高级最理想的形态，此后各个科学家对于“知识”都有不同的理解。但无疑，知识必然具有影响乃至改造世界的力量，而这种力量不是直接对真实世界产生作用的。苏格兰领土的测绘工作就是证明，各种技巧和知识结合在一起，开展理论与实践的对话，最终技术与工程的应用描绘出了苏格兰的版图——矿藏、河流、边界变得清晰。

现在的时代越来越自由、开放，社会的发展速度加快，理工专业学生会发现，大学已学习的科学知识、所了解的社会情况不断发生变化，很多先前学习的知识到工作时已然失去作用。作者将知识的迭代定义为知识根据上次真实情境下的实践结论调整原有的结论。随着我们对于某一知识的不断实践，这一实践发生的越多，对它的了解就越深，就越接近真理。现在的时代已经有这样的趋势：真实情境不断发生改变，知识起作用的时间越来越短，传统教育将越来越无法满足社会发展的要求。

STEM教育立足现在，面向未来，必然对所学的知识有所要求，而知识又受到情境的影响。这一关系如图一所示。

3.2 案例分析

上述案例中，学生置身于真实情境中，需要面对极其复杂的问题。这就需要学生学习较为基础、广泛的科学知识，以此作为基础开展项目式学习。起初的项目较为简单（植物生长周期较短、较易种植），如观察生菜的生长过程。学生需要从生菜的种子开始，亲身实践，种植种子，在生长过程中学习相关的知识与技能。真实情境固然带来了复杂的问题，同时也为科学实践的展开提供了大量的支持，学生在学生过程中不断得到即时的反馈，其实践不断得到检验。

隨着第二阶段小项目的进行，学生的知识面不断拓宽、某些方面的知识不断加深，各方面能力得到锻炼。在多个小项目的合作学习过程中，知识的专业化与深度不断加强。学生在真实情境下学习到的知识有别于孤立课堂中学到的知识（传统课堂情境），前者能够促进学生综合能力和核心素养的发展。

到了第三阶段大项目的学习，学生能够充分发挥自身的主观能动性。学生具有相对多的主导权，教师、专家则侧重提供专业化的指导和方向性的启发。

以上每一个过程都需要教师的精心设计，针对学生的学习状况、科学课程设置状况、身心发展状况等方面出发，并基于现有的教育问题与理论实践成果进行设计。

（作者单位：闽南师范大学化学化工与环境学院）