蘇桂強

一、引言

說到基于項目學習的STEM 教育，還得從STEM 說起。STEM 是人們投入到高校人才的培養(yǎng)以及基礎教育的改革實踐探究中所創(chuàng)造出來的一種基于跨學科整合的學習方式變革。為了適應時代發(fā)展，中國教育部在2015年就發(fā)布了《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見(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。于是基于項目學習的STEM教育在人們探索中誕生，并被寄予厚望。

二、什么是基于項目學習的STEM教育

（一）基于項目學習的STEM教育的定義

筆者認為可把它拆分成兩部分進行理解:

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

其次，基于項目的學習（Project-Based Learning，PBL）是以學科的概念和原理為中心，以制作產品并將產品推銷給客戶為目的，在真實世界中借助多種資源開展探究活動，并在一定時間內解決一系列相互關聯(lián)問題的探究性學習模式。

所以，基于項目（PBL）的STEM 學習,是在STEM 教育理念指導下，以課堂教學為主陣地，以項目化學習內容為載體的一種教學形式，下面統(tǒng)稱為STEM PBL。

（二）STEM PBL的特點

STEM PBL它既包含了STEM綜合了學科特點，將知識的獲取、方法與工具的應用、創(chuàng)新生產的過程以及情感、態(tài)度進行了有機統(tǒng)一，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維與實踐能力的同時，體現(xiàn)了一種多元學科文化的融合創(chuàng)新，又包含了PBL 的以項目為驅動，把分散的學科問題統(tǒng)整融合，學生通過項目實踐、合作學習來解決復雜問題的特點。

因此，STEM PBL具有彰顯時代特色、貼近社會生活、以跨學科任務為驅動、以實踐為取向、重視反思能力、注重合作學習等特點，真正跳出紙上談兵、做到學中做，在做中學，學以致用。

三、STEM PBL教育的優(yōu)勢

（一）與一般科學探究活動的比較

科學探究是學生獲取科學知識、認識客觀世界的重要途徑。一般而言，科學探究主要由提出問題、猜想假設、制訂計劃、進行實驗、搜集證據(jù)、解釋與結論、反思與評價、拓展與遷移這八部分組成，并在這八個步驟的探究中有效增進對科學的認識，在科學探究中注重對學生實踐能力的培養(yǎng)。然而科學探究活動對于學生而言是探究，但也只是在已被人類發(fā)明和創(chuàng)造出來的科學知識和內容上進行探究。而STEM PBL教學則注重培養(yǎng)學生對科學、技術、工程、數(shù)學這四門學科知識的融匯貫通并創(chuàng)作出能運用于學習、生活、生產中的作品的意識。

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

（二）在培養(yǎng)學生方面的優(yōu)勢

1.符合中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)要求

圖1 中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)框架

STEM PBL學習強調以設計產品為目的，學生在實踐活動不僅需綜合運用S（科學）、T（技術）、E（工程）和M（數(shù)學）知識還需要掌握工具的正確使用方法，且既要各司其職又要學會團隊協(xié)作才能高效率地達成目標。這個過程就是以項目為驅動，把知識轉化為工具性、認知性、交往性的實踐。這樣的學習不再是簡單的分析、理解、熟記而是一種貼近社會現(xiàn)實的實踐活動。這樣才能培養(yǎng)出更加全面發(fā)展的人。

2.實踐證明STEM PBL教育在培養(yǎng)學生能力上具有優(yōu)勢

實踐中，我們發(fā)現(xiàn)STEM PBL融合不同學科的特點有利于培養(yǎng)學生自主學習能力、小組合作意識、基本操作技能。喚醒學生的自我認知，鼓勵學生全面發(fā)展、自由成長，成為更好的自己。

（1）有利于培養(yǎng)學生小組合作意識和增強自我認知

“項目”的提出，給學生一個明確的信息：這是一個項目，需要以小組的形式合作進行。如，在進行“搭建模型橋”這一項目時，經(jīng)過前期混亂的討論設計過程，同學們發(fā)現(xiàn)自己的團隊需要一個領導者，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個思維敏捷、表達能力強的組織者；1-2 個能夠熟練使用小木據(jù)的材料員；2-3 個熟悉小木屋整體構造，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)設計圖紙，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，學生在這過程中能提高對自身能力的認知，包括自己的長處、興趣等。誘發(fā)了學生積極主動地根據(jù)自己的特長學習新知的興趣，這樣既能發(fā)揮每個學生的優(yōu)勢，有利于組內成員取長補短，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)學生自主學習和操作能力

在“模型承重項目”中讓學生利用小木棒、熱膠棒、白膠漿等工具合作設計并建造一座重量最輕且承重最大的“橋梁”?；顒忧埃瑢W生首先要做好課前預習：先通過查閱書籍、網(wǎng)絡資源了解橋梁的形狀和特點，然后還要事先了解各種工具的使用方法、注意事項,甚至還要了解力學相關知識。這無形中激發(fā)了學生的自學能力。

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

（3）有利于培養(yǎng)學生表達能力和思維能力

讓學生參與STEM PBL學習的意義很多，而培養(yǎng)學生的思維能力是其中的一大亮點。最近一次科組內部開展的創(chuàng)客作品展示交流活動中，一個來自六年級的項目主創(chuàng)者用流利的表達，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。而且面對筆者提出的疑惑和問題，他都能夠針對性地提出解決思路和技術實現(xiàn)難點和方式等，這讓在場的每位都心服口服。

在與同行的交流中，經(jīng)常會提及一個問題就是參與科技興趣小組的學生不但沒有因為要參加活動或比賽而耽誤學習，反而學習能力和成績有了明顯提高。所以，事實證明STEM PBL 通過具體項目的提出、設計與實施，將學生置身于復雜的項目情境中，去辨識事物的多樣表象，聯(lián)系生活與歷史，將不同學科的知識、技能，進行深層次的整合。它在培養(yǎng)學生的良好表達能力、理性思維能力等綜合能力上有積極作用，從而促進學生基礎文化知識、基本操作技能發(fā)展，同時激發(fā)了學生從心底里萌發(fā)的對知識和探索熱愛與專注。

四、如何開展STEM PBL教育

STEM PBL教育雖是一種先進的教育方式，但在實際運用中并不能完全照搬，應從實際出發(fā)，遵守“適合才是最好”的原則，創(chuàng)新合理的運用。在此筆者根據(jù)自己經(jīng)驗和認知針對如何開展STEM PBL教育進行一些分享。

（一）將STEM PBL教育融入日常學習生活

STEM PBL教育可以融入日常學習生活中，讓學生依托日常生活進行項目開發(fā)。筆者去過深圳市STEM PBL 教育開展得較好的學校參加學習交流。每到一處，校方都會和我們分享他們在開展學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“能用頭部動作控制翻頁的電子樂譜”。這讓學校演奏樂團學生演奏時免去手動翻樂普的麻煩。

STEM 教育只有融入日常生活中才可以更好地讓學生開展項目。讓學生在項目開發(fā)的同時感受到生活的樂趣，在項目實施過程中把多學科知識融于有趣、有挑戰(zhàn)、與生活相關的問題中，最后用以解決現(xiàn)實世界的問題。家長與學校應當緊密配合，在日常生活中讓學生體驗和學習到更多的STEM技能。

（二）以興趣小組為抓手，循序漸進

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、師資隊伍、教學資源、教育設施等。所以對于剛起步探索STEM PBL 教育的學校來說，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，以比賽活動作為宣傳媒介開展活動。先保持對STEM PBL教育的探究的連續(xù)性，不斷積累經(jīng)驗、擴充資源、完善教育模式。我們的最終目標是要借此以點帶面，循序漸進地鋪開STEM PBL教育。

（三）加強學科內容整合和STEM教育理念的滲透

教師要根據(jù)學生的實際情況調整教學進度，加強學科內容整合，嘗試新的授課方法，給予學生更大的自主性和參與性，盡可能地讓他們參與實驗目標的設定，避免學生在實驗過程和實驗結果上相互效仿情況的出現(xiàn)。例如，小學信息技術課中，在學習用Excel運用公式計算最近一周“平均氣溫”時，可以先讓學生用溫度計收集最近一周的真實溫度，這樣可以把“溫度計的使用方法和注意事項”這方面的知識融合進來。再如，小學科學課中開展制作紙陀螺活動時，可以融入“工程和材料”知識，通過制作陀螺這一過程，讓學生知道什么是工程制作周期，材料的選取，拓展學生的視野。

五、展望未來——STEM PBL的教育擔當

（四）加強對教師的培訓

教師是實施教育的主要執(zhí)行者?，F(xiàn)代社會對于教師的要求更高，所以教師更需要不斷學習更新知識系統(tǒng)和教育觀念，所以地區(qū)教育局、學校應該為教師提供更多的提升機會。例如，引進專家進行針對性的講座，開展網(wǎng)絡研修，每學期組織一次教科研成果學習研討會。學校也可以通過校本培訓活動推廣、組織教師到STEM PLB教育發(fā)達地區(qū)進行學習交流，參加相關的科研成果展示活動等。當然，教師自身也要主動要求進步，積極與時代接軌，不斷學習，不斷探索。

（五）借力社會資源，注重高科技項目

在借力社會資源方面可以這樣進行：一是到現(xiàn)場觀摩學習?？梢越M織師生走進科技局、藝術館、軍事基地、汽車零件生產線等，讓師生在學習中獲得知識和創(chuàng)作的靈感。二是引進資源。可以借助學校周邊的人才資源，如公司CEO、科學研究人員、工程師等專業(yè)人員進學校為師生開展培訓、指導或答疑等。

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 教育時教師也應該主動引導學生開發(fā)高科技項目，比如在機器人開發(fā)方面、AR技術應用方面等?？梢栽赟TEM教育教學大綱中加入機器人相關課程，成立高水平的機器人研究會，并定期舉辦機器人設計、制作競賽，鼓勵和促進機器人產品、機器人技術的不斷發(fā)展。

不管我們有沒有準備好，STEM 已經(jīng)到來！在這個捧著地球看世界的時代里，我們一定要進入STEM 的教育本質，那就是要有批判性思維，要有探究性學習。重拾我們的科學精神，讓所有傳統(tǒng)的教變?yōu)檫m應未來的學。讓學業(yè)和生活結合起來，讓我們和孩子一起，帶著問題，帶著思考，帶著對STEM 的熱情，認真地做有價值的教育。21 世紀，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，應該不斷學習，不斷更新自身的知識，擴充自己的見識，努力為中國的下一代躋身于世界科學和技術領導者行列而努力。