学科科技活动的项目化学习提升策略

钱永昌

摘要：项目化学习对学生发展核心素养具备独特优势，推广和开展项目化学习已经成为核心素养落地的重要途径。从学科科技活动走向项目化学习是推广和开展项目化学习的一条捷径。通过学科科技活动和项目化学习特征的对比，提出由学科科技活动向项目化学习转变以提升学生发展核心素养的策略。具体包括：利用工程设计流程，优化学科科技活动;注重交流展示环节，实现核心知识的深度理解;突出过程评价，实现学科科技活动的项目化。

关键词：学科科技活动;项目化学习;学生发展;核心素养

项目化学习是指学生在一段时间内对与学科或跨学科有关的驱动性问题进行深入持续的探索，在调动所有知识、能力、品质等创造性地解决新问题、形成公开成果中，形成对核心知识和学习历程的深刻理解，能够在新情境中进行迁移[1]。项目化学习倡导学生在应用所学的数学和科学知识来应对真实世界挑战时，他们创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。它为学生提供融入真实情境的体验，辅助学生学习，帮助学生对各领域概念形成深度而真切的理解。项目化学习对学生发展核心素养具备独特优势，推广和开展项目化学习已经迅速成为新一轮课程改革背景下中国教育的热点。学科科技活动是与项目化学习较为接近的、一线教师较为熟悉的常规教学活动。学科科技活动是基于学科教学需要、在课堂内外开展的以培养学科兴趣和实践能力为目标的学科制作或学科探究活动。笔者将学科的科技活动与项目化学习进行比较，期望找到一条将学科科技活动进行适当改造、将其转化成项目化学习的路径。这样既可以发挥学科科技活动的最大效益，又可以让老师们快速走进项目化学习，促进学生核心素养的发展。

一、项目化学习与学科科技活动的比较

1.    特征不同

项目化学习的特征是：真实的驱动性问题;在情境中对问题展开探究;用项目化小组的方式进行学习;运用各种工具和资源促进问题解决;最终产生可以公开发表的成果[1]。

学科科技活动的特征是：通过任务驱动;基于评比需要;基本没有过程指导与评价;内容主要局限于单一学科;成果一般以提交报告或作品的形式呈现。

2.    目的不同

项目化学习是学生在一段时间内通过研究并应对一个真实的、有吸引力的和复杂的问题、课题或挑战，从而掌握重点知识和技能。项目化学习的重点是学生的学习目标，包括基于标准的内容以及如批判性思维、问题解决、合作和自我管理等技能。

学科科技活动对核心知识目标达成一般没有特定的要求。它对学生核心素养目标达成聚焦不够，一般仅是围绕某一学科知识，作为学科课堂教学的延伸、巩固与发展，以培养学科兴趣为目的。

3.    参与对象广度不同

项目化学习对象是全体学生，以小组的形式全员参与。尽管有时角色分工不同，但是通过展示交流所有的学生都能对核心知识有深度的体验与理解。

学科科技活动一般不强制要求人人参与，学生自主选择参与。部分没有参与活动的学生既没有机会体验学科科技活动的过程，也没有从其他参与活动的学生处获取交流经验的机会。

4.    评价方式不同

项目化学习过程与结果评价并重，而学科科技活动以鼓励、表彰为主，几乎没有过程性评价，很少开展个人反思和团队反思。学科的科技活动更加注重物化的成果，具体获得成果经历怎样的探索过程并不重要，也很少要求过程记录。学科的科技活动虽然也有强调动手能力、创新能力的培养目标，但较为空洞，很难落实到每个环节中。

二、由学科科技活动向项目化学习转变的策略

1.    利用工程设计流程，优化学科科技活动

工程设计流程是工程师为了解决特定问题，通过长期实践总结出的解决问题的一整套较为确定的步骤。一般包括：识别问题和制约因素;调查研究;形成合理的多种解决方案;分析解决方案;建立模型;测试、评估，并改进解决方案;交流总结沟通反思等环节。利用工程设计理念组织学科科技活动，能优化学科科技活动流程，促进学生思维能力、元认知能力的发展，提高活动效率。利用工程设计理念开展科技活动设计应提供尽可能多的机会让学生尝试、改进自己的方案。针对中学生，以上工程设计流程还可以简化为四步循环模型（赛耶模型）：明确问题、描述具体要求、提出可选择的方案、分析测试解决方案[2]。

案例：搭建“意大利面搭高塔”活动

材料：30根意大利面条，1米细棉线，1米窄胶带，小剪刀。

要求：搭建高塔最高，而且稳定，即在塔顶放一颗棉花糖也能站立不倒。

第一组教师只提要求，没有具体指导。学生制作过程的自我描述如下：关于意大利面搭建高塔的活动，我和组员还没来得及想就迫不及待地动手了。可是，没搭一会儿，老师就走了过来，提醒我们底座不够稳。一开始，我们还不以为然。可是，当高度超过50cm时，看起来柔韧无比的意大利面咔嚓一下折断了。这时，我才意识到底座稳定对建筑的重要性。可是，為时已晚，我们的胶带已经只剩下10cm了……结果也就不言而喻了。我们只好把意大利面折断，横着叠加成了25cm的“高塔”。

对第二组活动教师进行指导，要求学生按工程设计流程进行优化：①明确任务和条件，只能利用提供的有限材料进行搭建，完成搭建足够高的高塔。②进行头脑风暴，提出尽可能多的解决方案。分别从高度、稳定和美观进行评估，优选出最佳方案。③开始制作测试，测试过程给予不止一次机会，允许不断尝试和改进。④应用相关科学理论分析结果，交流各自得失。⑤领悟提高稳定性的方法是加大支撑面，降低重心，三角形结构的稳定性等核心知识。⑥让愿意改进的小组继续尝试，直到满意为止。按照工程设计理念，不断改进，“意大利面高塔”最高可达1m。

通过以上案例分析以及大量的相关实践证明，工程设计流程有利于优化方案，提高问题解决的效率和质量。

2.    注重交流展示环节，实现核心知识的深度理解

交流展示是对学生创造性劳动的总结和尊重。通过交流展示不仅可以促进学生对项目学习的反思，相互借鉴，加深对学科核心知识的深度理解[3];还可以提高学生的自豪感，锻炼他们使用技术的技能，增强自信心，提高表达交流能力。交流展示的形式多种多样，主要有以下几种。

（1）     测试交流

在规定的时间，每个小组都要把制作的作品进行测试，了解作品的优劣，明确下一步的改进方向。测试后一定要进行反思和分享。首先让学生进行自我剖析，看是否能抓住问题的关键。接着与其他小组学生进行互动，相互质疑、讨论。最后教师或外聘工程师要做指导性的点评，促进项目有所提升。

（2）     主题报告

作品制作结束后，挑选不同的小组登台展示设计的过程和总结，寻找成败的真正原因。主题报告要求介绍项目研究的过程和反思，结果与涉及的理论等。这样做的目的可以让各种经验得到交流分享，让不同的小组对项目所涉及的核心知识有更深入的理解。

（3）     创建网站

创建网站和网页可以让更多需要的人找到自己的项目成果，便于更广泛的交流分享。互联网技术的应用可以将全世界的资源进行有效整合。学生可以将他们所有的PBL工作整合到一处，在一个更方便的平台上展示给观众。

（4）     STEM大赛

可以开展针对网页的数字故事和STEM网页大赛，还可以开展针对作品的创客大赛。在学校的科技节上开展STEM节日活动，评比展示学生的创客成果[2]。

案例：无动力减震小车

任务：制做一辆无动力小车，用该小车装载1杯水从斜坡下行，至坡底撞墙停止。

要求车速快，装载的水流失少。

限制条件：

①小车由各队自行制做，必须由一块宽15公分，长25cm的平板作为车身底板，小车要有车轮，所有的设施及装载物都要放在车上。比赛时要求装载物与小车同步行进。

②装载物为敞口的一次性水杯，水杯不得加盖，水面上不得放置物体或加入其他物质。水杯为一次性200ml航空塑料杯。

③斜坡由木板制成，跑道宽80cm，长度为350cm，坡底设置挡板。斜坡的最高点（即出发区）为72cm。

该活动为我校科技节的一个比赛项目，要求让有兴趣的学生一周后提交作品，然后我们进行测试、评奖。整个活动组织完，我们发现学生设想充满智慧：有的将水杯悬挂在摆上，小车撞击挡板后，水杯自然摆动，水溢出较少;有的利用海绵等吸能材料实现小车缓冲后缓慢停下，水泼出较少;最妙的是利用橡皮筋储能，让小车能量转化为橡皮筋的弹性势能。只要橡皮筋松紧适度可以调节到，小车到达下面底部时恰好停下，几乎与挡板没有撞击，自然水不会有溢出。评比结束，笔者发现只有少部分学生通过参与活动取得较大收获，大部分学生仅仅作为旁观者，收获甚微。

经过反思总结，第二年我们对项目评比过程进行如下改进：

①每个小组都要进行展示，并将展示过程录像。

②结合展示过程的录像，进行制作过程和效果介绍以及最终采用这个方案的理由，并接受班级其他小组问询。

③在充分交流、互动、反思和分享后允许各小组有再次改进制作的机会。

这样通过测试交流、报告分享让所有学生对项目设计中应用到的能量转化、力与运动、速度、惯性等核心知识有了深度理解，并通过相互交流得到创新的启迪，从而大大提高科技活动的效益。

3.    突出过程评价，实现学科科技活动的项目化

教师可以根据项目化学习设定的预期目标，结合项目的过程设计评估量表，突出过程性评价。评价时要体现自我反思，小组评价和专家评价相结合。评价要将创造力评估作为整体评估的一部分。如果是基于结果的评价表只能如实记录测试结果，无法反应制作过程和展示交流的情况。所以还需要开发项目化学习评价表（见表1）。

在每周五最后一节课前，都要完成一次自我反思（见表2）。每周选择一个主题以开展反思。主题会每天都张贴在提示板上。写下每周反思的日期，在两次反思中间空一行进行区分。确保工作是清晰且完整的。既使你缺席了。依然要完成每周的反思。

内容和长度要求：每次反思都必须至少有5句话，并达到标准。

5分：清晰的主要想法;深度解释;达到所有的任务要求。

4分：可辨认的主要想法;有证明材料但是材料有限;达到所有的任务要求。

3分：可辨认的主要想法;有证明材料但是材料有限;只有3-4句话。

待修改：可辨认的主要想法;证明材料有限;少于3句话。

总之，要将学科科技活动改造成项目化学习要求我们在选题上更加关注真实的、较复杂的现实问题，目标上更多地达成素养目标，路径上从工程设计入手，评价上导向过程与结果并重，提供更多的展示交流平台，切实落实学习者为中心的理念。

参考文獻：

[1]   夏雪梅.项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践[M].北京：教育科学出版社，2018.

[2]   卡普拉罗，摩根，卡普拉罗主编.基于项目的STEM学习：一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式[M].王雪华，屈梅，译.上海：上海科技教育出版社，2016.

[3]   夏雪梅.学科项目化学习设计：融通学科素养和跨学科素养[J].人民教育，2018（01）.

【责任编辑 王颖】

该文为全国教育科学“十三五”规划2018年度教育部重点课题“基于STEAM教育理念的初中物理深度学习的实践研究”（DHA180410）的阶段性成果