吳維寧　［美］Dan+L.MacIsaac②+［美］Andrew+J.Roberts

美語中有一個與“研究性學(xué)習(xí)”意義最為接近的縮略詞，叫做PBL（Project-Based Learning），意即“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”（也可作Problem-Based Learning解，意即“基于問題”的學(xué)習(xí)，本文不取此義），在美國，研究性學(xué)習(xí)又稱為PBL。美國普渡大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，若實(shí)施得當(dāng)，研究性學(xué)習(xí)不僅能夠改善學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，還能使學(xué)生學(xué)到的知識和技能保持的時間更長。因此，研究性學(xué)習(xí)在美國普遍受到重視。

美國的研究性學(xué)習(xí)有多種類型。按照時間來劃分，有短期與長期的研究性學(xué)習(xí)。短期的研究性學(xué)習(xí)一般在期末實(shí)施，在學(xué)期行將結(jié)束時，讓學(xué)生做一個項(xiàng)目，教師依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分，把它計(jì)入學(xué)生該學(xué)期的成績。長期的研究性學(xué)習(xí)指貫穿整個學(xué)期、學(xué)年乃至學(xué)段的研究性學(xué)習(xí)。在美國的一些高中，特別是一些特許學(xué)校，教學(xué)活動完全圍繞項(xiàng)目來組織實(shí)施，教學(xué)內(nèi)容由一個個項(xiàng)目串連起來，一個學(xué)年下來，可以做五六十個研究項(xiàng)目。按照學(xué)習(xí)和研究的內(nèi)容來劃分，研究性學(xué)習(xí)又可以分為綜合性與學(xué)科性兩類，綜合性研究性學(xué)習(xí)做跨學(xué)科的研究項(xiàng)目，而學(xué)科性研究性學(xué)習(xí)則做學(xué)科內(nèi)的研究項(xiàng)目。

一、研究性學(xué)習(xí)的組織與實(shí)施方法

研究性學(xué)習(xí)受到批評最多的是，有的學(xué)生會在小組學(xué)習(xí)時偷懶，把所有的事情都推給別人干。為了解決這一問題，美國有專家建議采用“綜合組+專家組”的教學(xué)組織方法，即分組實(shí)施法。

所謂分組實(shí)施法，就是在進(jìn)行某個項(xiàng)目學(xué)習(xí)時，將學(xué)生隨機(jī)分成若干個專家組，給每個專家組分派一項(xiàng)研究任務(wù)，專門研究項(xiàng)目中的一個具體問題；隨后，全班學(xué)生自由組合成許多個綜合組，每個綜合組由各專家組各派一個代表參加。例如，某班想要研究社區(qū)的環(huán)境問題，全班可以分成4個專家小組：空氣組、土壤組、水組、人對環(huán)境的影響組。然后由學(xué)生自由組成若干個綜合組，每個綜合組由1個空氣問題專家、1個土壤問題專家、1個水資源問題專家、1個人對環(huán)境的影響問題專家組成。

分組完成后，各個專家組的成員需通過互聯(lián)網(wǎng)、圖書館、科技館、博物館、學(xué)校附近的科研機(jī)構(gòu)以及相關(guān)的政府職能部門獲取本領(lǐng)域的相關(guān)知識。教師一般會幫助學(xué)生聯(lián)系相關(guān)專業(yè)人員，或者直接帶領(lǐng)學(xué)生到實(shí)地考查和咨詢。例如，要放飛一個探空氣球，通常需得到國家空管部門的批準(zhǔn)，這就需要教師出面協(xié)調(diào)了。

完成本領(lǐng)域知識的學(xué)習(xí)后，各個專家就要開始輪流對自己所在綜合組的其他成員講述自己掌握的領(lǐng)域知識。因?yàn)槊總€學(xué)生都只掌握了某個領(lǐng)域的知識或信息，每個人的角色都不可替代，沒有人能夠偷懶。因?yàn)橛小敖虒W(xué)任務(wù)”，每個學(xué)生都必須學(xué)懂、弄通自己要講授的內(nèi)容，還要對自己和其他組員的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價，所以，每個參與研究性學(xué)習(xí)的學(xué)生都必須十分投入，這就保證了學(xué)習(xí)的獨(dú)立性。

當(dāng)學(xué)生在綜合組內(nèi)相互講課時，他們就以合作學(xué)習(xí)的方式生成了一個與項(xiàng)目有關(guān)的概念圖，這就為學(xué)生的學(xué)習(xí)和思考增加了一個重要維度，每個綜合組可以通過多次小組會議不斷改進(jìn)和完善概念圖。如果一個項(xiàng)目計(jì)劃用6周時間完成，學(xué)生可以每周召開兩次專家組組會和兩次綜合組組會進(jìn)行討論。

同一個綜合組內(nèi)的學(xué)生相互講授完之后，便開始設(shè)計(jì)和制作研究成果，這些成果需反映出他們對于研究項(xiàng)目不同側(cè)面的理解：空氣、土壤、水、人對環(huán)境的影響。基于表現(xiàn)的研究成果包括制作立體模型，表演喜劇、小話劇，開展辯論賽，建立網(wǎng)絡(luò)交流平臺，開發(fā)數(shù)碼游戲，對社區(qū)成員（如市政委員會或社區(qū)組織）進(jìn)行演講，拍攝記錄片，制作廣播和電視節(jié)目，組織會議、聯(lián)歡會或電影節(jié)等。

考評學(xué)生的方式有兩種：

1. 個別考評。指對每個學(xué)生的考評。一般包括學(xué)生的研究筆記、備課筆記，以及教師的觀察記錄。另外，還可能包括教師布置的研究論文，論文的主題通常由學(xué)生在整個研究性學(xué)習(xí)的大主題下自主選擇。

2. 小組考評。指對各個綜合組的考評。每個綜合組必須制作并呈現(xiàn)自己的作品，選擇除老師和同學(xué)以外的人進(jìn)行考評。

二、研究性學(xué)習(xí)成果的呈現(xiàn)方式

在美國，將研究性學(xué)習(xí)的成果以適當(dāng)?shù)姆绞匠尸F(xiàn)出來，既是研究性學(xué)習(xí)過程的自然延伸，又是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的有效手段，同時也是獲得社區(qū)和政府部門經(jīng)費(fèi)及政策支持的重要途徑。所以，美國的學(xué)校非常重視開發(fā)研究性學(xué)習(xí)成果的呈現(xiàn)方式。下面以物理學(xué)科為例，介紹幾種美國的研究性學(xué)習(xí)成果呈現(xiàn)方式。

（一）演講

演講是美國學(xué)校最常見的研究性學(xué)習(xí)成果呈現(xiàn)方式。這里的演講，是指學(xué)生在完成自己的作品（如小論文、小制作、小調(diào)查等）后，向公眾（可以是老師和同學(xué)，也可以是家長、社區(qū)及地方政府官員）作出描述性的講解或答辯。演講具有展示功能，一些演講本身就是項(xiàng)目的組織方式，如“看電影學(xué)物理”項(xiàng)目。

在美國，物理教師除了要教會學(xué)生怎樣解物理題，還要讓學(xué)生對身邊的物理世界發(fā)生興趣，學(xué)會關(guān)注日常生活中的物理現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)其中被錯誤運(yùn)用的物理知識；還要讓學(xué)生能夠?qū)?fù)雜的真實(shí)環(huán)境進(jìn)行研究，學(xué)會將物理模型運(yùn)用于具體情境，運(yùn)用物理工具分析正在發(fā)生的一切，并能夠?qū)⑦@些分析過程與人分享?；诖?，一位物理教師設(shè)計(jì)了“看電影學(xué)物理”的研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目，具體內(nèi)容是：讓學(xué)生選取一個3至5分鐘的電影或卡通片片斷，從中找出一些符合或者違背物理知識或規(guī)律的例子，通過測量和計(jì)算，證明或否證上述片斷的可能性，然后準(zhǔn)備一個15分鐘的演講在課上向全班解說，讓老師和同學(xué)進(jìn)行評論。演講會被拍攝成視頻，讓演講者能看到自己的演講存在哪些不足以便作出修改。經(jīng)過適當(dāng)?shù)男薷暮螅葜v者可以再作一次演講，但這次演講的時間改在放學(xué)后，聽眾既有來自整個片區(qū)的老師、學(xué)生，也有住在社區(qū)的科技工作者。

參加這個項(xiàng)目的學(xué)生選擇了大量與物理學(xué)知識相關(guān)的電影內(nèi)容。一個學(xué)生要計(jì)算懸崖的高度，以確定某電影中的主人公駕駛的小車需要多長時間落到谷底。另外一個學(xué)生要在演講中解釋電影中出現(xiàn)的哈哈鏡原理。在演講中，這名學(xué)生向觀眾展示了巨大的凸面鏡和凹面鏡，并向觀眾派發(fā)了各種小型的曲面鏡。還有一名學(xué)生向觀眾講述了一部與相對論有關(guān)的電影中對相對論原理的各種誤解和誤讀。這些演講給學(xué)生帶來的切身感受是“物理無處不在”。endprint

通過一段時間的觀察，這位教師發(fā)現(xiàn)，好的演講有兩個關(guān)鍵因素：一是演講本身要吸引人；二是要教會聽眾參與。他鼓勵學(xué)生在演講中想方設(shè)法讓聽眾參與進(jìn)來，如在演講前準(zhǔn)備兩個問題向聽眾提問、利用可視化工具闡述概念等。他還發(fā)現(xiàn)，讓作為聽眾的學(xué)生與演講者分享聆聽演講的體會，講述他們認(rèn)為最精彩的地方，能夠極大提升演講效果，演講者可以立刻得到演講的效果反饋，作為聽眾的學(xué)生也明白了好的演講有什么樣的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)于演講，有一件事應(yīng)當(dāng)引起教師們的重視。當(dāng)學(xué)生的演講出了問題，比如演講出現(xiàn)錯誤的時候，教師需努力克服跳上講臺幫學(xué)生解圍的沖動。要想讓學(xué)生對自己的演講負(fù)責(zé)，就必須讓他們感覺到這個演講自始至終都是他們自己的事情。為此，這位教師讓學(xué)生自己準(zhǔn)備演講，包括出海報和布置演講教室。教師必須明白，學(xué)生的演講是為了展示學(xué)生學(xué)會了什么，還有什么不會。學(xué)生在演講中出現(xiàn)的問題，正好可以作為后續(xù)課堂討論的焦點(diǎn)。這樣，學(xué)生的錯誤便可以轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源。

（二）競賽

競賽比演講更具挑戰(zhàn)。下面介紹一個電動小船競速比賽的實(shí)例。該項(xiàng)目在學(xué)期末進(jìn)行，目的是為了讓學(xué)生將高中物理知識運(yùn)用于生活中。學(xué)生有數(shù)周時間在家里設(shè)計(jì)制作電動小船，最后參加一個賽程為5米的競速比賽。在小船的設(shè)計(jì)和制作過程中，學(xué)生需討論與之相關(guān)的物理問題，如運(yùn)動與力的問題、能量的問題以及電磁學(xué)的問題等。

設(shè)計(jì)這個項(xiàng)目的教師對小船的大小和使用的電源等都作了具體的規(guī)定，比如船的長度不超過35公分，寬度不超過9公分，吃水深度不超過6公分，電池的額定電壓不超過9V等。另外，作為小船動力源的小馬達(dá)和螺旋漿，既可以從專業(yè)商店購買，也可以從廢棄的電動玩具中獲取，但船體必須由學(xué)生自己動手制作。

為了使過程更加方便、輕松，參加這個項(xiàng)目的教師和學(xué)生專門建立了一個網(wǎng)站。該網(wǎng)站包括四個主要網(wǎng)頁：項(xiàng)目規(guī)則、相關(guān)視頻及圖片、相關(guān)資源及教師必讀內(nèi)容。前三個網(wǎng)頁都是為學(xué)生完成設(shè)計(jì)和制作準(zhǔn)備的，最后一個網(wǎng)頁則是為教師準(zhǔn)備的。它為教師提供了參與該項(xiàng)目的相關(guān)規(guī)則和需用到的表格，供教師打印出來發(fā)放給學(xué)生使用，還告訴教師該如何組織電動小船競速比賽。

網(wǎng)頁為學(xué)生提供了設(shè)計(jì)和制作過程的詳細(xì)指導(dǎo)。設(shè)計(jì)制作過程大體分為四個階段：首先讓學(xué)生看看真實(shí)的航模圖片或視頻以得到啟發(fā)；其次讓學(xué)生去商店或在網(wǎng)上尋找可能需要的零部件；再次讓學(xué)生熟悉船體的制作過程，以及如何安裝小馬達(dá)和螺旋漿；最后讓學(xué)生調(diào)試小船，確保小船具有良好的競技狀態(tài)。

網(wǎng)頁給教師提供了以下幫助：如何組織比賽、如何準(zhǔn)備競賽用的水槽和計(jì)時用的秒表、如何使用評分表等。此外，網(wǎng)站還提出了一些后續(xù)的探究問題，主要用于提升小船的運(yùn)行速度。網(wǎng)站還為教師提供了物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容要求，方便教師將競賽與教學(xué)結(jié)合起來。最后的競賽通常會邀請地方媒體參加，這樣可以激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也是對他們努力學(xué)習(xí)的最好獎勵。圖1就是一張?jiān)诟偹俦荣愔蝎@得冠軍的電動小船的照片。

（三）視頻

與演講和競賽相比，視頻更有利于研究資料尤其是動態(tài)圖像資料的保存和傳播。下面是一則利用視頻呈現(xiàn)研究性學(xué)習(xí)成果的實(shí)例——探空氣球的制作放飛與回收。

該項(xiàng)目由美國紐約州立大學(xué)布法羅學(xué)院物理系的兩名學(xué)生完成，指導(dǎo)教師是Dan L.MacIsaac博士。2013年5月3日，他們制作的探空氣球帶著包括溫度探測儀、氣壓探測器、GPS定位儀、高清數(shù)碼攝像頭在內(nèi)的有效負(fù)載，穿入地球的平流層，達(dá)到最高飛行高度3 000米后，氣球自然爆裂，其中的有效負(fù)載在自帶降落傘的保護(hù)下安全返回地面，帶回大量真實(shí)的數(shù)據(jù)和視頻資料。整個過程歷時175分鐘。該項(xiàng)目分為三個階段：第一階段是制作，主要制作有效負(fù)載，它必須滿足兩個條件：一要耐得住極端溫度（零下幾十度和一百多度）；二要經(jīng)得住回收時來自地面的猛烈撞擊。第二個階段是放飛，這一過程需重點(diǎn)記錄幾個數(shù)據(jù)：一是高度隨時間的變化；二是溫度隨高度的變化；三是壓強(qiáng)隨時間的變化。第三個階段是回收，其基本要求是返回地面的有效負(fù)載不能受到任何損壞。

他們做到了。圖2、圖3是他們放飛氣球時的照片和氣體穿入平流層后的高清視頻截圖。圖4、圖5分別是他們成功獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)圖表，圖4是氣球內(nèi)外的溫度與高度的關(guān)系曲線圖，圖5是GPS探測到的氣球飛行軌跡。

（四）展覽

在美國，研究性學(xué)習(xí)還有一種很普遍的成果呈現(xiàn)方式，那就是展覽，即以展板的形式集中呈現(xiàn)學(xué)生的研究成果。展板的內(nèi)容一般包括研究的項(xiàng)目名稱、摘要、研究方法、研究假設(shè)、研究過程、研究結(jié)果、結(jié)論與討論等，通常還會配有圖表、圖片等。其形式與一般國際學(xué)術(shù)會議上展出的論文展板非常相似。展覽的周期有時固定，有時不固定，但一般每個學(xué)期會有一次。下面幾張圖片是美國某高中的研究性學(xué)習(xí)成果展，每塊展板展示了一個小組的成果，圖6是走廊上的展板墻；圖7是一塊研究水質(zhì)清潔度的展板；圖8是一塊探究籃球撞擊地面后回彈高度的展板。

以上文字概略地介紹了美國學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)的基本情況。其實(shí)，研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容非常龐雜，比如以PBL為主線展開的教學(xué)，其課程設(shè)置與教材使用、教學(xué)的具體組織方法以及對教師的教學(xué)評估方法、對學(xué)生的學(xué)習(xí)考評方法等問題，都不可能在此具體而全面地介紹，感興趣的讀者可以關(guān)注相關(guān)文獻(xiàn)或報道。另外，我們高興地看到，為提升研究性學(xué)習(xí)的質(zhì)量與效果，國內(nèi)正逐步加大師資培訓(xùn)力度。一些地方利用假期組織中小學(xué)教師到大學(xué)參加短期培訓(xùn)，盡管培訓(xùn)時間不長，但已經(jīng)有了良好的開端。我們相信，有社會輿論的正確引導(dǎo)，有教育行政部門的適度重視，有中小學(xué)教師的積極參與，研究性學(xué)習(xí)在中國定會結(jié)出更加豐碩的成果。

（作者簡介：①吳維寧，湖北大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院副教授，博士，美國紐約州立大學(xué)訪問學(xué)者，主要研究物理課程與教學(xué)論、教育測量與評價。②Dan L.MacIsaac，美國紐約州立大學(xué)布法羅學(xué)院副教授，博士，美國物理教師協(xié)會會刊《物理教師》專欄編輯，主要研究物理教育。③Andrew J.Roberts，美國紐約州立大學(xué)布法羅學(xué)院碩士研究生，主要學(xué)習(xí)研究物理教育。）

（責(zé)編 周翠如）endprint