项目式学习范式在校外科技教育活动中的应用

原创 赵茜 中国青少年科技教育工作者协会

科教

新语

2024

-05

《中国科技教育》

文_赵 茜／北京市少年宫

摘要：项目式学习提高了学习的质量，学生直面解决现实问题，促进了其高阶思维的发展。将项目式学习运用于校外科技教育活动中，不仅符合其根本特点，更迎合了新课标的要求和科技强国发展的需求。本文通过在校外科技教育活动中运用项目式学习典型范式，开展科学探究类、社会调查类、设计开发类及综合应用类项目式学习的4个各具特色的实例加以具体说明，并对在校外科技教育活动中开展项目式学习提出了对策与建议。

关键词：项目式学习 科技教育 实践活动 校外教育

随着新兴科学技术的发展，教育元宇宙应运而生，全球广泛采用了线上线下灵活组合的混合式教育教学模式，教育领域面临巨大挑战和系统性变革。为了更好地满足不同学生的个性化需求，提高学习质量，校外科技教育活动也在混合式项目学习方面进行了多种探索。

一、项目式学习

1. 内涵和意义

项目式学习（Project-based Learning，简称PBL）是从真实世界的问题出发，通过组织学习小组，让学生借助信息技术及多种资源开展探究活动，在一定的时间内解决一系列相互关联的问题，并将研究结果以一定的形式发布[1]。项目式学习提高了学习质量，通过让学生参与复杂的、新的问题解决过程，不断沟通，自我管理，促使学生应用所学到的知识和技能解决现实问题，促进了学生高阶思维的发展。同时，项目式学习克服了知识学习与思维实践的割裂状况，满足学生个性化学习需求，增加了学习者获得优质教育的机会[2]。

2. 理论基础

项目式学习源自美国教育家杜威的“做中学”理论，以建构主义理论为基础。威廉·克伯屈提出的设计教学法被认为是项目式学习的前身[3]。21世纪必备的7C技能和《中国学生发展核心素养》都明确要求学生具有现实问题解决能力。2019年，中共中央、国务院《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》明确将项目式学习上升到国家层面政策中。2022年颁布的新课标，更是将项目式学习几乎写进了所有科目中。

二、校外科技教育活动与项目式学习的契合点

1. 校外教育活动的特点

兴趣是内心的一种需要和渴望，它不以任何命令和外来的需求所主导[4]，因此兴趣是强大的源动力。学生要真正发现自己的兴趣所在，就要从多元学习机会中通过不断尝试发现自己的兴趣。校外教育以兴趣小组为主要学习形式，可见其教育目标就是培养学生的兴趣。2022年，中国青少年科技教育工作者协会组织编制了《科技类校外培训机构开展科技教育活动指南》，为校外科技教育活动规范有序地开展提供了参考和依据[5]。

2. 项目式学习与校外科技教育活动的联系

校外科技教育自身就具有灵活性、实践性强的特点；同时，其本质就是开展综合性跨学科的大单元、系列化教育活动。因此，将项目式学习运用于校外教育活动中，不仅符合校外教育活动的根本特点，迎合了新课标的要求，更是对科技强国发展需求的回应。

三、项目式学习的基本类型和典型范式

1. 项目式学习的特点和基本类型

项目式学习具有科学性、实践性、学科性、开放性、生成性强的特点。项目式学习的三大基本类型分别是基于某一知识点或主题的深入探究、学科内知识的统整与延伸，以及跨学科的问题解决[6]。其中，基于某一知识点或主题的深入探究在针对学生对核心概念和原理进行意义建构的基础上，灵活运用、迁移到一定的任务情境中，如光的反射定律延伸到万华镜的成像规律上；而学科内知识的统整与延伸，则是在学科知识体系中，对学科内知识进行统整与延伸，如学生学习了二歧分类法，运用到为身边松科树木分类上；跨学科的问题解决，融合多学科知识，在问题情境中以主题导入，使学科知识与实际生活有机结合，提升学生的复杂问题解决能力，如利用声学原理解决乐器发声问题等。

2. 项目式学习的典型范式

项目式学习有4种典型学科实践范式，分别是科学探究类、社会调查类、设计开发类及综合应用类。科学探究类项目式学习中，学生运用所学知识和经验提出问题，通过设计方案、实验探索、搜集证据、逻辑推理等，构建知识结构。社会调查类通过社会调查的思维、方法培养学生运用理性思维分析、理解、预测、改进社会及规则的能力。设计开发类以创新视角，按照一定目的或意图设计方案、制作模型、生成作品。综合应用类运用学生已有知识经验进行综合实践，在真实情境中解决问题，有助于提升学生的复杂问题解决能力、创新实践能力等高阶思维能力[7]。

四、项目式学习典型范式在校外科技教育活动中的应用

1. 科学探究类：利用声学原理探究乐器发声原理

从不同角度看乐器，可以发现乐器的构造分两类：声学构造和机械构造。内部不可触摸的乐器声学构造，是乐器的发声精髓。通过声学知识学习，学生知道声音是由物体振动产生的；不同乐器的演奏效果不同，正是声音的音调、响度、音色等特征量不同。

探究乐器发声规律，可以从科学角度了解乐器的不同种类及其发声原理；从编程及机器人角度了解机械构件部分的工作原理；从技术角度掌握程序编写、算法及虚拟实验平台，完成实验设计和实施；从工程角度利用3D打印、激光雕刻等手段，完成乐器的部件及装饰物的制作；从数学角度利用正弦函数分析声波的规律，使用合理尺寸比例，设计美观的乐器部件，控制乐器的规范性和使用性；从艺术角度利用乐理相关知识，制作乐器并演奏出悦耳动听的旋律。具体讲，比如手风琴能演奏出优美的旋律，本质是簧片振动会产生不同音高的声音，可以通过实验设计探究其发声规律，通过设计声波的可视化实验将抽象的发声规律具象化；利用简单材料模拟声音的不同特征量，构建模型，还原发声原理，对发声规律建立科学认识，形成科学解释，进而提升学生的乐器演奏水平、艺术表现力和乐感。

2. 社会调查类：为身边植物建档案——利用二歧分类法认识植物

调查即通过描述现象、获取信息、对信息进行组织加工，形成对客观世界的描述。在真实的问题情景中把所学知识和技能进行灵活综合运用，可以培养学生分析、解决问题的能力。

“为身边植物建档案——利用二歧分类法认识植物”从调查入手，走近身边最常见的松科树木，观察松树、认识松树，利用二歧分类法给松科树木分类。利用小组合作的形式，学生了解北京教学植物园内松科树木的种类，学习松科树木的基本属性。学会打样方的方法，通过调查和比较分析等方法，以调查表、分布图等方式记录不同区域松科树木的分布情况，绘制身边树木的生态分布图。通过调查，学生获取信息并对信息进行研究分析、加工处理，最终形成对客观世界的描述，掌握社会调查的思维、方法和能力，了解事物的本质、因果、发展趋势和规律，体会人与自然和谐共生的使命感和责任感[8]。

3. 设计开发类：万华镜里的光学世界

设计即通过系统权衡自然规律、工程技术原理及社会价值观，有目的地设计方案或者产品，进而解决问题或达到目标[9]。

“万华镜里的光学世界”以光的直线传播、光的反射为素材来源，结合“国际光日”开展活动，基于真实光学问题，开展基于STEM理念的项目式学习，将光学原理与物化的光学产品——万华镜紧密结合，探究万华镜里蕴含的光学现象及成像规律，学生经过实验探究、设计制作、创意物化的过程，形成较为系统的光学知识体系。将学科内知识进行延伸，通过展示交流、迭代优化，学生通过项目研究转化为创造性解决现实问题的过程，注重学生学科核心素养、工程思维、高阶思维和创新能力的提升与发展。

“万华镜里的光学世界”项目式学习思维导图

4. 综合应用类：“小水滴游京城”水环境主题教育活动

水与学生的日常生活密不可分，学生通过学习水的三态变化、溶解性、循环过程，初步认识到人与自然相互影响、相互依存的关系，但学习中存在“多重割裂”的现象——问到怎么解决北京缺水的问题，学生还是无从下手。

“小水滴游京城”水环境主题教育活动围绕北京缺水这一驱动性问题，以小水滴游京城为主线，以科学、技术、社会与环境理念为指导，采用线上线下融合的项目式学习方式，将线上微课与线下水资源探究相结合，理解水足迹概念，找到降低水足迹的方法。尊重学习者的兴趣和偏好，采用个性化学习方式，突破时空限制，以学习者为中心，选取在现实生活中极具意义的项目开展学习。培养学生分析、解决现实问题的能力，引导学生从认识自然水出发，跟踪水足迹，探寻水与人类生活的关系。将水放置于科学、技术、社会、环境之中，引导学生从生态系统多样性角度关注水域生态，体会水环境的重要意义，鼓励学生关注全球性和我国地方性水环境问题，关注水污染防治、水环境保护与可持续发展，参与决策，树立生态文明意识。

“小水滴游京城”水环境主题教育活动项目式学习内容设计图

五、校外科技教育活动中开展项目式学习的模式总结

校外科技教育活动的开展对于发展学生的兴趣特长、满足自主选择性需求、培育科学素养都具有积极作用[10]。为了发展学生的兴趣爱好，校外教育举办了各类兴趣小组活动、开设活动课程，构建校外教育活动课程体系，开展校外综合实践活动的研究与开发[11]。虽然项目式学习是新生事物，但与校外科技教育活动有很多契合点，如都从真实情境出发，以学生为中心，注重创新性思维和批判性思维的发展，以小组合作的形式解决复杂的现实问题等。因此，在目前开展校外科技类项目式学习活动中，科技模型类、编程类、机器人类及科学与工程实践类兴趣小组多以科学探究类、设计开发类项目式学习较多；而校外群众性科技教育活动则多以社会调查类和综合应用类项目式学习为主。

六、校外科技教育活动中开展项目式学习的建议与对策

1. 保护学生好奇心，鼓励学生学会提问

兴趣是一种强大的精神力量，是推动学习和研究的源动力。好奇心是人的天性，对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起。科学兴趣是提升学生科学素质的关键环节[12]。兴趣有时不是显而易见的，而需要发现和培养[13]。好的驱动问题能够引起学生对项目的好奇心，使项目更加具有挑战性。保护好学生的好奇心，让其对未知的知识和领域保持好奇和探究精神，勇于探索，敢于提问。通过实践探索获得知识，激发兴趣，设计、开发和构建针对真实问题的解决方案，帮助学习者更深入地理解学科内容，培养学生解决复杂问题的高阶思维能力。

2. 多元化开展非正式科学学习，拓展校外科技实践活动的半径

利用身边的资源，走进博物馆、科技馆，走进大自然，进行参观、探究和实践活动，在这个过程中发现真实问题，设计项目，寓教于乐。问题就在身边，项目就在脚下。由于校外教育活动的灵活性特点，项目式学习科技教育活动可以更加广泛地利用博物馆、展览馆、科技馆、科研院所等社会资源，结合场馆展教资源开展非正式科学学习，培养学生科学素质，提升科学兴趣。

3. 利用信息技术手段，促进优质教育资源多渠道供给

混合式学习（Hybrid learning）是一种将远程学习和面对面学习相结合，改善学生体验并确保学习连续性的学习方式[14]。将线下实体课堂和线上虚拟课堂实时融合已成为一种趋势，线上线下融合的学习方式成为混合式学习的一种新形式。充分利用混合式学习资源，为学生创设科技实践多元渠道。通过信息技术手段，弥补文化、社会、经济及地理环境的差异，设计混合式学习课程确保学生无论身处何处都能有所获得的良好学习体验。

参考文献

[1] 马宁，赵若辰，张舒然．项目式学习：背景、类型与核心环节[J]．中小学数字化教学，2018，8（05）：24-27．

[2] 巴克教育研究所．项目学习教师指南[M]．北京：教育科学出版社，2007：1-212．

[3] 周昱希．基于在线课程的小学项目学习实施研究[D]．河南大学，2019．

[4] 豆志超．高中生物学习兴趣的现状调查及其培养策略研究[D]．华中师范大学，2015．

[5] 科技类校外培训机构开展科技教育活动指南[J]．中国科技教育，2022（09）：8-9．

[6] 马宁，孙亦凡，魏晓阳．证据导向的项目式学科实践活动设计[J]．中小学数字化教学，2022，No. 59（11）：5-9．

[7] 马宁，郭佳惠，温紫荆，等．大数据背景下证据导向的项目式学习模式与系统[J]．中国电化教育，2022，No.421（02）：75-82．

[8] 邓李君．项目式学习统整下的物理学科育人新范式[J]．中小学教材教学，2022，85（01）：55-58+65．

[9] 宁显斌．基于项目的混合式学习在编程类课程中的设计与应用研究[D]．云南大学，2019．

[10] 郑永和，徐文文，李星达，等．立足核心素养，引领校外科技教育活动规范有序发展——《科技类校外培训机构开展科技教育活动指南》解读[J]．中国科技教育，2022，No.318（09）：10-13．

[11] 朱倩．校外教育机构活动课程的由来[J]．上海教育科研，2013，No.314（08）：13-16．

[12] 黄瑄，郭舒晨，李秀菊．青少年科学兴趣发展现状及培养建议[J]．科普研究，2020，15（06）：28-35+101．

[13] 张力群，徐红，徐雷，等．引领科学发展需要知识、能力、兴趣和勇气——复旦大学拔尖人才培养思考[J]．中国大学教学，2019，343（03）：8-12．

[14] 黄荣怀，Yao Ydo，刘坚，等．混合式教育、学习与评价指导框架．北京：互联网教育智能技术及应用国家工程研究中心，2022．■

内容编辑 | 孟想

原标题：《项目式学习范式在校外科技教育活动中的应用》

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