蘇桂強(qiáng)

一、引言

說到基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的STEM 教育，還得從STEM 說起。STEM 是人們投入到高校人才的培養(yǎng)以及基礎(chǔ)教育的改革實(shí)踐探究中所創(chuàng)造出來的一種基于跨學(xué)科整合的學(xué)習(xí)方式變革。為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，中國教育部在2015年就發(fā)布了《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見(征求意見稿）》，明確提出要“探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式”。隨著人工智能時(shí)代的到來，國家的發(fā)展需要更多創(chuàng)新型人才，而且要求更高。于是基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的STEM教育在人們探索中誕生，并被寄予厚望。

二、什么是基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的STEM教育

（一）基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的STEM教育的定義

筆者認(rèn)為可把它拆分成兩部分進(jìn)行理解:

首先，何謂STEM教育？即是源自美國的一種融合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的STEM教育，后來又有人提出融入藝術(shù)學(xué)科（Art），成了STEAM?？鐚W(xué)科、藝術(shù)性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性是STEM教育的核心特征。它旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才，同時(shí)在教學(xué)過程中有意識(shí)地向?qū)W生滲透計(jì)算思維，即利用計(jì)算機(jī)解決問題的思維和方法。

其次，基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PBL）是以學(xué)科的概念和原理為中心，以制作產(chǎn)品并將產(chǎn)品推銷給客戶為目的，在真實(shí)世界中借助多種資源開展探究活動(dòng)，并在一定時(shí)間內(nèi)解決一系列相互關(guān)聯(lián)問題的探究性學(xué)習(xí)模式。

所以，基于項(xiàng)目（PBL）的STEM 學(xué)習(xí),是在STEM 教育理念指導(dǎo)下，以課堂教學(xué)為主陣地，以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)內(nèi)容為載體的一種教學(xué)形式，下面統(tǒng)稱為STEM PBL。

（二）STEM PBL的特點(diǎn)

STEM PBL它既包含了STEM綜合了學(xué)科特點(diǎn)，將知識(shí)的獲取、方法與工具的應(yīng)用、創(chuàng)新生產(chǎn)的過程以及情感、態(tài)度進(jìn)行了有機(jī)統(tǒng)一，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的同時(shí)，體現(xiàn)了一種多元學(xué)科文化的融合創(chuàng)新，又包含了PBL 的以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，把分散的學(xué)科問題統(tǒng)整融合，學(xué)生通過項(xiàng)目實(shí)踐、合作學(xué)習(xí)來解決復(fù)雜問題的特點(diǎn)。

因此，STEM PBL具有彰顯時(shí)代特色、貼近社會(huì)生活、以跨學(xué)科任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、以實(shí)踐為取向、重視反思能力、注重合作學(xué)習(xí)等特點(diǎn)，真正跳出紙上談兵、做到學(xué)中做，在做中學(xué)，學(xué)以致用。

三、STEM PBL教育的優(yōu)勢

（一）與一般科學(xué)探究活動(dòng)的比較

科學(xué)探究是學(xué)生獲取科學(xué)知識(shí)、認(rèn)識(shí)客觀世界的重要途徑。一般而言，科學(xué)探究主要由提出問題、猜想假設(shè)、制訂計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、搜集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評(píng)價(jià)、拓展與遷移這八部分組成，并在這八個(gè)步驟的探究中有效增進(jìn)對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)，在科學(xué)探究中注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。然而科學(xué)探究活動(dòng)對(duì)于學(xué)生而言是探究，但也只是在已被人類發(fā)明和創(chuàng)造出來的科學(xué)知識(shí)和內(nèi)容上進(jìn)行探究。而STEM PBL教學(xué)則注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)這四門學(xué)科知識(shí)的融匯貫通并創(chuàng)作出能運(yùn)用于學(xué)習(xí)、生活、生產(chǎn)中的作品的意識(shí)。

總之，上升到人類生產(chǎn)力的發(fā)展層面講，科學(xué)探究活動(dòng)和STEM PBL教育這兩種活動(dòng)，前者極大可能停留在個(gè)體獲得知識(shí)、提升能力這一層面，而后者則可以上升到創(chuàng)造出工具，促進(jìn)人類生產(chǎn)力發(fā)展的層面。

（二）在培養(yǎng)學(xué)生方面的優(yōu)勢

1.符合中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)要求

圖1 中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)框架

STEM PBL學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以設(shè)計(jì)產(chǎn)品為目的，學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)不僅需綜合運(yùn)用S（科學(xué)）、T（技術(shù)）、E（工程）和M（數(shù)學(xué)）知識(shí)還需要掌握工具的正確使用方法，且既要各司其職又要學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作才能高效率地達(dá)成目標(biāo)。這個(gè)過程就是以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為工具性、認(rèn)知性、交往性的實(shí)踐。這樣的學(xué)習(xí)不再是簡單的分析、理解、熟記而是一種貼近社會(huì)現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)。這樣才能培養(yǎng)出更加全面發(fā)展的人。

2.實(shí)踐證明STEM PBL教育在培養(yǎng)學(xué)生能力上具有優(yōu)勢

實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)STEM PBL融合不同學(xué)科的特點(diǎn)有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、小組合作意識(shí)、基本操作技能。喚醒學(xué)生的自我認(rèn)知，鼓勵(lì)學(xué)生全面發(fā)展、自由成長，成為更好的自己。

（1）有利于培養(yǎng)學(xué)生小組合作意識(shí)和增強(qiáng)自我認(rèn)知

“項(xiàng)目”的提出，給學(xué)生一個(gè)明確的信息：這是一個(gè)項(xiàng)目，需要以小組的形式合作進(jìn)行。如，在進(jìn)行“搭建模型橋”這一項(xiàng)目時(shí)，經(jīng)過前期混亂的討論設(shè)計(jì)過程，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)自己的團(tuán)隊(duì)需要一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者，需要有不同的角色分配。通過集體討論，他們做出了具體的角色分配：1個(gè)思維敏捷、表達(dá)能力強(qiáng)的組織者；1-2 個(gè)能夠熟練使用小木據(jù)的材料員；2-3 個(gè)熟悉小木屋整體構(gòu)造，能夠熟練拼接的操作員。在組織者的統(tǒng)一安排下，材料員快速地取好木料，操作員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，搭建的先后順序，很快完成了小木屋主體框架的搭建。

合理的角色分配，讓制作過程顯得井井有條，效率明顯提高。同時(shí)，學(xué)生在這過程中能提高對(duì)自身能力的認(rèn)知，包括自己的長處、興趣等。誘發(fā)了學(xué)生積極主動(dòng)地根據(jù)自己的特長學(xué)習(xí)新知的興趣，這樣既能發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的優(yōu)勢，有利于組內(nèi)成員取長補(bǔ)短，共同提高，又便于開展組間競爭，發(fā)揮小組的集體智慧。

（2）有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和操作能力

在“模型承重項(xiàng)目”中讓學(xué)生利用小木棒、熱膠棒、白膠漿等工具合作設(shè)計(jì)并建造一座重量最輕且承重最大的“橋梁”?；顒?dòng)前，學(xué)生首先要做好課前預(yù)習(xí)：先通過查閱書籍、網(wǎng)絡(luò)資源了解橋梁的形狀和特點(diǎn)，然后還要事先了解各種工具的使用方法、注意事項(xiàng),甚至還要了解力學(xué)相關(guān)知識(shí)。這無形中激發(fā)了學(xué)生的自學(xué)能力。

制作過程中學(xué)生首先要用米尺量取不同長度的木條，并使用小木工鋸進(jìn)行截取，用三角銼收邊；再用熱熔槍、膠布、鐵絲等對(duì)木條進(jìn)行連接，用小刀剔除接縫處多余的熱熔膠，以保持接口的平整美觀。孩子們不斷地練習(xí)使用著各種工具，經(jīng)歷著學(xué)習(xí)→嘗試→失敗→再練習(xí)→再嘗試→再失敗……終至成功的過程。我想整個(gè)小木屋的制作過程，就是孩子們基本操作技能生長的過程。

（3）有利于培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)能力和思維能力

讓學(xué)生參與STEM PBL學(xué)習(xí)的意義很多，而培養(yǎng)學(xué)生的思維能力是其中的一大亮點(diǎn)。最近一次科組內(nèi)部開展的創(chuàng)客作品展示交流活動(dòng)中，一個(gè)來自六年級(jí)的項(xiàng)目主創(chuàng)者用流利的表達(dá)，淡定從容、思維清晰地為我們介紹了他們小組的作品——智能公交車站。而且面對(duì)筆者提出的疑惑和問題，他都能夠針對(duì)性地提出解決思路和技術(shù)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)和方式等，這讓在場的每位都心服口服。

在與同行的交流中，經(jīng)常會(huì)提及一個(gè)問題就是參與科技興趣小組的學(xué)生不但沒有因?yàn)橐獏⒓踊顒?dòng)或比賽而耽誤學(xué)習(xí)，反而學(xué)習(xí)能力和成績有了明顯提高。所以，事實(shí)證明STEM PBL 通過具體項(xiàng)目的提出、設(shè)計(jì)與實(shí)施，將學(xué)生置身于復(fù)雜的項(xiàng)目情境中，去辨識(shí)事物的多樣表象，聯(lián)系生活與歷史，將不同學(xué)科的知識(shí)、技能，進(jìn)行深層次的整合。它在培養(yǎng)學(xué)生的良好表達(dá)能力、理性思維能力等綜合能力上有積極作用，從而促進(jìn)學(xué)生基礎(chǔ)文化知識(shí)、基本操作技能發(fā)展，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生從心底里萌發(fā)的對(duì)知識(shí)和探索熱愛與專注。

四、如何開展STEM PBL教育

STEM PBL教育雖是一種先進(jìn)的教育方式，但在實(shí)際運(yùn)用中并不能完全照搬，應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，遵守“適合才是最好”的原則，創(chuàng)新合理的運(yùn)用。在此筆者根據(jù)自己經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知針對(duì)如何開展STEM PBL教育進(jìn)行一些分享。

（一）將STEM PBL教育融入日常學(xué)習(xí)生活

STEM PBL教育可以融入日常學(xué)習(xí)生活中，讓學(xué)生依托日常生活進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。筆者去過深圳市STEM PBL 教育開展得較好的學(xué)校參加學(xué)習(xí)交流。每到一處，校方都會(huì)和我們分享他們?cè)陂_展學(xué)科融合教育的做法和成果。其中不乏有特別吸引人創(chuàng)意作品，比如由科技小組發(fā)明的“能用頭部動(dòng)作控制翻頁的電子樂譜”。這讓學(xué)校演奏樂團(tuán)學(xué)生演奏時(shí)免去手動(dòng)翻樂普的麻煩。

STEM 教育只有融入日常生活中才可以更好地讓學(xué)生開展項(xiàng)目。讓學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)的同時(shí)感受到生活的樂趣，在項(xiàng)目實(shí)施過程中把多學(xué)科知識(shí)融于有趣、有挑戰(zhàn)、與生活相關(guān)的問題中，最后用以解決現(xiàn)實(shí)世界的問題。家長與學(xué)校應(yīng)當(dāng)緊密配合，在日常生活中讓學(xué)生體驗(yàn)和學(xué)習(xí)到更多的STEM技能。

（二）以興趣小組為抓手，循序漸進(jìn)

在STEM PBL 教育方面，不同國家，不同地區(qū)間都存在差距。差距體現(xiàn)在教育模式和理念、師資隊(duì)伍、教學(xué)資源、教育設(shè)施等。所以對(duì)于剛起步探索STEM PBL 教育的學(xué)校來說，由于條件有限，客觀上無法全面鋪開，但可嘗試以興趣小組為抓手，以比賽活動(dòng)作為宣傳媒介開展活動(dòng)。先保持對(duì)STEM PBL教育的探究的連續(xù)性，不斷積累經(jīng)驗(yàn)、擴(kuò)充資源、完善教育模式。我們的最終目標(biāo)是要借此以點(diǎn)帶面，循序漸進(jìn)地鋪開STEM PBL教育。

（三）加強(qiáng)學(xué)科內(nèi)容整合和STEM教育理念的滲透

教師要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，加強(qiáng)學(xué)科內(nèi)容整合，嘗試新的授課方法，給予學(xué)生更大的自主性和參與性，盡可能地讓他們參與實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的設(shè)定，避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果上相互效仿情況的出現(xiàn)。例如，小學(xué)信息技術(shù)課中，在學(xué)習(xí)用Excel運(yùn)用公式計(jì)算最近一周“平均氣溫”時(shí)，可以先讓學(xué)生用溫度計(jì)收集最近一周的真實(shí)溫度，這樣可以把“溫度計(jì)的使用方法和注意事項(xiàng)”這方面的知識(shí)融合進(jìn)來。再如，小學(xué)科學(xué)課中開展制作紙陀螺活動(dòng)時(shí)，可以融入“工程和材料”知識(shí)，通過制作陀螺這一過程，讓學(xué)生知道什么是工程制作周期，材料的選取，拓展學(xué)生的視野。

五、展望未來——STEM PBL的教育擔(dān)當(dāng)

（四）加強(qiáng)對(duì)教師的培訓(xùn)

教師是實(shí)施教育的主要執(zhí)行者?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)于教師的要求更高，所以教師更需要不斷學(xué)習(xí)更新知識(shí)系統(tǒng)和教育觀念，所以地區(qū)教育局、學(xué)校應(yīng)該為教師提供更多的提升機(jī)會(huì)。例如，引進(jìn)專家進(jìn)行針對(duì)性的講座，開展網(wǎng)絡(luò)研修，每學(xué)期組織一次教科研成果學(xué)習(xí)研討會(huì)。學(xué)校也可以通過校本培訓(xùn)活動(dòng)推廣、組織教師到STEM PLB教育發(fā)達(dá)地區(qū)進(jìn)行學(xué)習(xí)交流，參加相關(guān)的科研成果展示活動(dòng)等。當(dāng)然，教師自身也要主動(dòng)要求進(jìn)步，積極與時(shí)代接軌，不斷學(xué)習(xí)，不斷探索。

（五）借力社會(huì)資源，注重高科技項(xiàng)目

在借力社會(huì)資源方面可以這樣進(jìn)行：一是到現(xiàn)場觀摩學(xué)習(xí)?？梢越M織師生走進(jìn)科技局、藝術(shù)館、軍事基地、汽車零件生產(chǎn)線等，讓師生在學(xué)習(xí)中獲得知識(shí)和創(chuàng)作的靈感。二是引進(jìn)資源?？梢越柚鷮W(xué)校周邊的人才資源，如公司CEO、科學(xué)研究人員、工程師等專業(yè)人員進(jìn)學(xué)校為師生開展培訓(xùn)、指導(dǎo)或答疑等。

往后，決定國家在世界上的地位的是科技的水平。在開展STEM PBL 教育時(shí)教師也應(yīng)該主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)高科技項(xiàng)目，比如在機(jī)器人開發(fā)方面、AR技術(shù)應(yīng)用方面等。可以在STEM教育教學(xué)大綱中加入機(jī)器人相關(guān)課程，成立高水平的機(jī)器人研究會(huì)，并定期舉辦機(jī)器人設(shè)計(jì)、制作競賽，鼓勵(lì)和促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)品、機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展。

不管我們有沒有準(zhǔn)備好，STEM 已經(jīng)到來！在這個(gè)捧著地球看世界的時(shí)代里，我們一定要進(jìn)入STEM 的教育本質(zhì)，那就是要有批判性思維，要有探究性學(xué)習(xí)。重拾我們的科學(xué)精神，讓所有傳統(tǒng)的教變?yōu)檫m應(yīng)未來的學(xué)。讓學(xué)業(yè)和生活結(jié)合起來，讓我們和孩子一起，帶著問題，帶著思考，帶著對(duì)STEM 的熱情，認(rèn)真地做有價(jià)值的教育。21 世紀(jì)，國際競爭逐漸演變成綜合國力的競爭，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)在國際競爭中起到重要的作用。作為一名教育工作者，應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)，不斷更新自身的知識(shí)，擴(kuò)充自己的見識(shí)，努力為中國的下一代躋身于世界科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者行列而努力。