项目式教学在科技教育中的应用：方法与实践

项目式教学注重问题解决，引导学生动手动脑亲身经历科学探究的过程，培养学生动手实践的能力，提升学生的科学思维，并且项目式教学的5个环节恰好与科学教育中评价科学探究的8个要素（问题、研究与问题的关联、假设、程序与组织、调查或实验、数据分析、结论、视觉效果展示）相对应，引导学生联系已有知识经验以解决实际问题，深化所学内容。可见，项目式教学的基本流程与科学探究的过程是类似的，在科技教育中应用项目式教学，有利于学生在经历科学探究的过程中实现培养学生科学素养的总目标。

（一）STEM项目对于学生而言

1.激发学习动机

在传统教学方法中，以外在的分数为主要的激励手段，当个体感到分数对他有用时，如中考或者高考，他会竭尽全力去获取高分；而当个体认为这个分数对其发展已无多大用途时，他就会高呼60分万岁。外在的激励只能维持一阵子，不可能持久，外因仅仅只是变化的条件。枯燥乏味的听、记、背、默，常常使一些学生逐步失去对学习的兴趣，这特别表现在一些好动好玩的男孩身上，容易使他们从一开始的“我要学”逐步衰变为以后的“要我学”，是家长、教师和社会要他学。

而项目教学法，激励的手段完全是内在因素，是人们在完成一项工作之后发自内心的喜悦，是人们从不会到会的心理感受的充分体现，当人们从不会做一件事到经过努力之后会做一件事，成功的喜悦往往是用语言无法表达的。学生可选择老师推荐的自己或本小组感兴趣的项目，还可以是自己或本小组感兴趣的自选项目。随着项目的实施，学生完成一个个子任务，项目引人入胜，大大激发了学生的学习兴趣，再加上项目的实施成功与否评判的标准为多元性评价，既要看项目实施的过程，还要看学习的结果，学生从项目学习中不断获得愉悦感，是维持学习动机的关键。因此，项目学习对于激发学生的学习动机是持续的。

2.改善学习方式

传统教学方法，一般是教师讲，学生听，在一节课45分钟的时间里，教师讲课的时间约占90%，剩下的10%时间才属于学生自己。有些学校注意到了这个问题，将属于学生的时间有所增加，但整个教学过程仍然是围绕教师展开的，教师多半是站在讲台前完成自己的教学任务。这种以教师为中心的授课方式，客观上限制了学生潜能的充分发挥。注重教师讲授、学生听课这种学习方式，信息的传递是单向的。相对于传统的讲授型的学习方式，项目式学习是一种新型的教育模式，教师也要讲授专业理论知识，而学生获取理论知识是在教师的帮助和指导下，利用互联网、学习网站、微课、实验等探究活动或与小组进行交流分享等探索活动获得新知，这样更能激发学生的学习动机。因为在学习过程中，如果学生对所学的内容不感兴趣，难以取得好的结果，而通过项目学习，学生既掌握了理论知识，又能通过所学知识解决现实生活中的一些实际问题。

项目学习是教师指导，学生活动。通常在45分钟时间里，教师讲授基础知识、项目实施要点等，讲课仅占30%左右的时间，剩下的时间，全部由学生在教师的指导下完成某项任务。如“项目选题——规划设计——学习探究——项目实施——交流评估”这个项目实施过程是围绕学生展开的，教师的大部分时间是站在学生中间，学生通过自身独立的活动，譬如学生在项目的设计、实施过程中，会遇到各种疑惑，他们会主动利用互联网、微课等学习方式探究新知，并与小组进行交流分享学习新知，使自身的创造性得到比较充分的发挥。项目学习并不局限在课堂上，还可以在课堂之外的课余时间进行，学习方式得到改善，大大地提高了学习的效率。在强调学科核心素养的新课程背景下，项目学习的方式将会得到广泛的应用。

3.注重知行合一

美国著名的心理学家、教育家布鲁姆对教育目标进行了科学的分类。他认为，教育目标应由3方面组成，而不是传统的单一目标，这就是认知目标、情感目标和行为操作目标。

传统的教学方法注重认知目标的实现，强调学生通过感觉、知觉、思维、想象、注意和记忆等方式进行学习。在个别学生身上，往往更注重记忆的方式，以至于形成了所谓的上课记笔记、下课整理笔记、一个阶段之后复习笔记、临考之前背诵笔记、考试之中默写笔记、考完之后忘记笔记的独特风景线。

项目教学法中，认知目标是项目学习的基础，认知目标的实现固然十分重要，但已不是唯一的目标。因为项目学习关注的是解决基于现实情境的问题，体现出的是关爱社会的情感目标。项目的实现，需要学生对项目进行规划、设计、实施，离不开动手操作与实践，体现出的是动手实践的行为操作目标。所以，认知目标、情感目标、行为操作目标都是重要的学习目标，它们之间既互相独立，彼此之间又保持着重要的联系，是“知行合一”的有机整体。

4.提高学习参与度

在传统的教学方法中，学生参与的程度与其自觉、努力的程度成正比。而在项目教学法中，学生的参与程度大大提高，不仅表现在教师的授课过程中，学生借助媒体，如影视、音像或电脑媒体，营造学习的氛围，选择适当的学习载体使教学内容更加活泼和更加明确；还表现在学生必须独立完成一项又一项工作任务，这些工作任务由浅到深，层层深入，极大地提升了学生学习的参与度。

5.发展核心素养

基于项目的学习是指学生在教师引导下发现问题，以解决问题为导向开展方案设计、新知学习、实践探索，具有创新特质的学习活动。项目学习在很大程度上还原了学习的本质，这种基于真实情境的学习能提高学生对信息问题的敏感性、对知识学习的掌控力、对问题求解的思考力。在项目实施过程中，各种能力的综合发展促进了学生学科核心素养的形成。可见，基于项目的学习本身是一种学习活动，它能很好地将问题解决、知识学习与发展核心素养统一起来（图1-2）。同时，在学科中开展项目学习有助于改变传统的、单一的、与真实情境割裂的教学方式，更利于发展学生的核心素养。

图1-2　核心素养培养框架

（二）STEM项目学习对于教师而言

1）改变教学观念。

2）建立良好的师生关系。(www.xing528.com)

3）丰富教学资源。

4）落实学科核心素养。

（三）STEM项目学习对于课堂而言

1）有一个没有标准答案的真实情境问题。

2）有允许错误和改变的氛围。

3）以学生寻求问题解决方案为主。

4）在学习活动中学生有反思、分享的机会。

5）对学习的各个环节有相应的评价。

STEM项目式学习对于学生、教师和课堂而言，既改变了教师的教学观念，使其从以讲为中心转变为以学为中心，同时也改变了学生的学习方式，使学生从被动学习到主动学习，再到自主学习的转变，有利于提升学生的学习效果。因此，STEM项目学习是高效的学习方法。

图1-3　火力发电厂排放烟尘

在STEM项目学习中，学生的发展分为3个层次：第一是知识层面，即通过自主探究或教师讲授获得知识和技能；第二是公众意识，即能够使用所学知识解释科学问题或现象；第三是社会决策层面，即利用所学知识解决现实问题。举个生活中简单的大气污染实例（图1-3），借用西蒙·斯涅克写的《从“为什么”开始》一书中提到的黄金圈法则（3W法则，图1-4）的思维方式，来说明如何在STEM教育中进行核心素养的培育。

图1-4　黄金圈法则

学生可以利用所学二氧化硫的相关知识，尝试体验从课程内容、公众意识到社会决策的过程。

What（学什么）：二氧化硫是什么？也许教科书重点关注的是二氧化硫这一酸性氧化物的性质及应用。这些知识非常成熟，学生通过简单的实验能够写出有关的化学方程式。

Why（为什么）：在报纸上、日常生活中，二氧化硫又是以什么角色出现在公众视野中的呢（2020年报刊上有823000多条相关报道）？学生讨论都能说出类似废气、酸雨、雾霾等词。我国是燃煤大国，燃烧排放的二氧化硫到了空中，遇水形成酸雨，大量的建筑物、设备等被腐蚀，每年的损失巨大。这些现象是怎样形成的？从学到的知识中能否找到依据？与二氧化硫的什么性质和变化有关？这是学生从知识向价值观念发展的较低层次。

How（如何做）：进一步来讲，学生能否尝试提出解决或减缓环境污染的一些建议，关键还是从二氧化硫的性质和反应中去思考。用什么方法能够减少二氧化硫？二氧化硫是酸性物质，可以用石灰、氨水等碱性物质，也可以用具有一定碱度的海水淋洗脱硫，用各种方法把二氧化硫吸收，再转变成有用的中间产物，叫循环利用，在工业上也称“循环经济”。当然，学生也会提出从源头治理，对含硫燃料进行处理等方法。目前，对煤进行液化和气化，可减少环境污染，提高煤的利用率。将来的煤不再是黑乎乎的块状固体，而是一种清洁燃料。这是学生形成价值观念的较高层次。

十九大报告中提到了创新和创新文化，但创新文化的内涵更深刻，创新必须与可持续发展的目标相一致。结合各学科的具体内容主题，有助于学生认识循环链接、清洁能源、绿色生产和消费等观点，对创新文化的理解更全面。2017年10月26日，国内媒体报道了一条令人振奋的消息，中国中车唐山公司研制的世界首列氢燃料电池有轨电车投入商业运行，实现了污染物“零排放”和“无网”运行，涉及的化学原理非常简单。

上面的例子说明，从科学素养要求出发对学科内容进行整合，有助于学生理解知识，形成公众意识，体验参与制定社会决策的过程也反映了科学素养教育的重要性和可行性。

STEM教育利用跨学科知识，采用项目化学习形式，解决基于现实情境的问题，将科学素养的科学知识、科学方法与社会责任紧密结合起来，是提升科学素养的有效途径。