第4期：PBL在跨学科教学设计中的应⽤⼁《PBL学习周》介绍：华东师范⼤学教育信息技术学系⼯程师，主要研究⽅向为STEM教育和创客教育。负责本科⽣STEM教育、跨学科课程设计⽅向教学⼯作，华东师范⼤学师范⽣创新训练营主讲教师。导语当智能时代对传统教育、教学模式发出挑战，当应试教育向素养教育转型成为国家的战略趋势，PBL项⽬式学习正在教育界掀起⼀股热潮。在PBL概念愈发⽕热的同时，许多教育同⾏也在了解或实践中产⽣了诸多困惑： 到底什么是PBL？开展某个项⽬，或者做出⼀个作品，就可以算作PBL了吗？费尽⼼⼒做出了PBL的课程设计，为什么实施效果却总是达不到预期？抛开分数，如何在PBL项⽬下更好地评价学⽣？……为了帮助教育从业者更好地了解、掌握PBL，《校长参考》和《中⼩学⽼师参考》推出了“PBL学习周”活动。本⽂整理⾃“PBL学习周”第四期线上分享，主题为《PBL在跨学科教学设计中的应⽤》。01中⼩学的课程变⾰⼀、变⾰中的教学模式在中⼩学实际的教学活动中，课程教学模式已经发⽣了很⼤转变。2016年开始，很多学校都在关注和开展STEM课程、创客课程，2017年，国家要求中⼩学必须开展综合实践活动。这三种教学模式是⽬前⽐较典型的跨学科教学课程形式。STEM是科学、技术、⼯程、数学4个学科的融合。随着STEM的发展，它还有很多变式，⽐如STEAM、STREAM、STEM 。所有演变，都有多学科融合的教学思想。创客是另⼀种经常会跟STEM⼀起被提到的教学模式。创客最开始并不是⼀种⾯向中⼩学教学的活动形式，它主要是社会⼈员通过⼯业制造⼿段进⾏发明创造的活动。现在很多学校配备的3D打印机、激光切割机都是⾮常典型的创客教学⼯具。有些⽼师很难区分STEM教育和创客教育。从研究视⾓来看，我们认为，STEM教育更多是在强调多学科融合，⽽创客教育是希望学⽣利⽤数字化教学⼯具进⾏创造，在这个过程中训练学⽣发现、探索和解决问题的能⼒。⼆、为什么要做跨学科教学变⾰？21世纪学习框架是美国针对国家⼈才培养需求提出的对于⼈才培养的诉求。2002年开始，美国国家教育协会利⽤两年时间，对美国的全球500强企业开展了⼀项调研，询问他们理想中的⼈才是什么样⼦，最终总结出了18种⾮常重要的要素。这18种要素⾸先包括最底层的个⼈基本⽣活与职业技能，其次是信息时代的个⼈信息素养，接着是21世纪个⼈核⼼竞争能⼒，以及位于⾦字塔顶端的4c核⼼能⼒。4c核⼼能⼒被很多研究者认为是21世纪⼈才最重要的4种能⼒。基于这18种要素，形成了21世纪学习框架。图⽚上⽅的彩虹部分是核⼼的21世纪学习框架，它描述了学⽣在未来的⼯作和⽣活中必须掌握的⽣活与职业技能、学习与创新技能以及信息、媒介与技术技能。每⼀项核⼼素养都依赖于21世纪核⼼学科与主题。图⽚下⾯的内容是对教学环境的⽀撑，包括标准与评估、课程与教学、职业发展、学习环境。21世纪的学习框架，最终强调的是4个点，这也是《美国4c核⼼素养下的STEM教育》这本书⾥⾯提到的，包括学⽣的沟通交流能⼒、合作协作能⼒、批判性思维，还有创造创新能⼒。这是美国提出来的⽬标，结合我们国家实际的⼈才培养需求，北京师范⼤学也提出了⼀套模型——5c核⼼素养模型。上图左边的彩虹环跟刚刚提到的核⼼能⼒是⼀致的，中间⼜加⼊了对于传统⽂化的传承，突出了⽂化理解与传承的核⼼和导向地位。同时这个模型认为，审辩思维是形成发展各个素养的基础，创新是素养发展的最⾼级的形式，沟通、合作是素养重要的组成部分，也是学⽣发展核⼼素养的重要途径。各个素养之间是彼此关联、相互补充的关系。2016年，国家发布了中国学⽣发展核⼼素养。它包括3个⼤的维度，⽂化基础、⾃主发展和社会参与，下⾯⼜有6个⼩的维度，⼈⽂底蕴、科学精神、社会学习、健康⽣活、责任担当和实践创新。从这些内容可以看出，我们关注的不再仅仅是学⽣知识⽅⾯的能⼒，⽽是他们将学到的知识实际应⽤在⽣活中的能⼒。国家与国际上对于⼈才培养的导向已经发⽣了转变。三、对跨学科课程的探索在⼈才培养导向转变的基础上，国家也对课程内容进⾏了调整，⽐如对于课程标准的改⾰，以及2017年发布的《中⼩学综合实践活动课程指导纲要》，指导纲要不是课程标准，在综合实践活动课程的展开上，每个学校或者地区都会有⾃⼰的特⾊。中⼩学对于跨学科课程已经开展了很多探索，形式主要是基础性课程、拓展型课程和研究型课程。不同的学校会形成具有学校特⾊的课程体系。例1：宁波外国语学校宁波外国语学校的跨学科教学是从STEM教育校本化实施视⾓来切⼊的。在实施过程中，分为了学科基础性课程（必修）、拓展性校本课程（选修）和综合实践活动课程（必修），让学⽣进⾏选择性的学习。例2：浙江省台州市第⼀中学浙江省台州市第⼀中学也是把学科项⽬的课程作为⼤的范畴，在其中设计了实践活动课程、研究性学习课程和学校特⾊课程。这是很多学校现在正在开展的课程形式。例3：杭州市保俶塔实验学校杭州市保俶塔实验学校将STEAM作为核⼼的教学形式开展，在下⾯设置了STEAM的课程群，包括信息智能、电⼦遥感、⼯程建模、⼯艺⼈⽂、航空航海和实验实践这些内容。每⼀个主题下⾯有分主题，⽐如在信息智能⽅向，他们会开设关怀与创造、智能机器⼈、创意编程课程；在电⼦遥感⽅向，有⽆线侧向、电⼦⼩创客以及百拼课程。例4：上海市⾦⼭初级中学上海市⾦⼭初级中学的课程核⼼是乐活、朗理和善解。他们把学校的课分为了多个维度，内层的红⾊部分是理解层⾯的维度，包括学⽣对于⾃我、⾃然、社会、⽂化4个不同⽅向的理解。在这⼀基础上进⾏细分，有对学⽣的课程模块的培育导向，⽐如培育学⽣的社会体验、责任担当等。不同维度下进⾏相关的课程设计，基础型课程以学科课程构成为主。基础型课程的外环是拓展型课程、探究型课程以及德育综合实践课程。这些课程体系都是跨学科的、偏实践的课程活动形式。例5：上海市市西中学上海市西中学在教学改⾰⽅⾯做得⾮常领先，它在跨学科教学中的探索更加深⼊。市西中学是⼀所⾼中学校，它和市西初中离得很近。两个学校在⼀起，会有⼀些资源⽅⾯的统整和共建。市西中学的学科课程是必修的基础型课程。⽽在选修课程上，他们有很多课程形式，⽐如拓展型、研究型、社团、专题实践等等。它们共同形成了市西中学的课程群，包括以哲学为核⼼的⽅法思辨课程群、以⼯程为核⼼的综合理科课程群、以健康为核⼼的⾝⼼修炼课程群、以服务为核⼼的卓越公民课程群。基于这些课程群，学校开展了多种多样的教学活动形式，⽐如在以哲学为核⼼的⽅法思辨课程群中，有语⽂、政治、历史这些学科的⽼师⼀起备课，向学⽣设置基于某⼀个主题的辩论题⽬，然后学⽣⽴⾜不同的学科视⾓，进⾏中⽂或英⽂的辩论。既综合应⽤各个学科的知识，⼜训练沟通协作能⼒、批判性思维等素养。⼤家可以看到，各个学校会基于⾃⾝的传统⽂化或者专业优势开展不同形式的跨学科课程。可能它的名字不⼀定是跨学科，但在教学的实际开展过程中，都包含了跨学科的理念。02跨学科课程与项⽬式学习⼀、在跨学科课程中培养跨学科素养对于跨学科课程，很多研究者进⾏了⾮常明确的定义。在上⽅左边这幅图上可以很清楚地看到，最上⾯是传统课程，也是学校肯定都会开展的学科课程，这些课程都基于⼀个特定的学科，教学活动和知识都围绕着学科的教学展开。随着对教学模式的探索，除了跨学科课程之外，⼀些学校开始探索多学科课程，即图⽚中间这部分内容。多学科课程希望有⼀个主题，把各个学科关联起来，也就是图中绿⾊的框框起来的部分。通过这个图可以看到，多学科课程虽然在主题上是⼀致的，但在教学内容上其实还是每个学科分别进⾏的课程。所以很多研究者认为它是⼀种拼盘式的教学。我们现在更提倡第三种教学形式，跨学科学习。跨学科学习中，有⼀个核⼼教学⽬标或者核⼼需要学习的知识。为了让学⽣实现核⼼⽬标或者掌握知识技能，会让学⽣同时使⽤多学科知识，加深学⽣对需要实现的学习⽬标的理解和学习。它打破了学科的界限，有统⼀的主题、问题和概念。我们认为，真正意义上的跨学科课程培养的是学⽣的跨学科素养。跨学科素养既包括学⽣的学科素养，⼜是实现从学科素养到核⼼素养的⾮常重要的桥梁。跨学科素养，⾸先是对学⽣⾼阶⼼理的建构。批判性思维、计算思维、逻辑推理能⼒、沟通协作能⼒、问题解决能⼒等等都属于⾼阶思维。同时，跨学科素养还蕴含知识、理解、技能、态度等要素。最后，它从整体上理解环境问题，从多个学科视⾓思考可能的解决⽅法，选择和整合恰当的学科观点，形成对问题更深层次的认识。⼆、跨学科课程主题的分类与设计原则现在学校⾥已经开展了很多跨学科课程主题，我们⼤致把它分成了三类：第⼀类是实践探究类课程。虽然我们强调跨学科，但它还是会重点围绕某⼀个学科，所以我们会把在整个主题中涉及⽐较多的学科作为依据进⾏分类。⽐如在物理学科，有学校会开展⽔⽕箭、建筑结构设计、航模等主题课程；在⽣物学科，有酿酒发酵、⾷物植物、微⽣物苔藓、观鸟等主题课程；在化学学科，有垃圾分类、⽔污染、精油提取等主题课程。第⼆类是技术类课程。⽐如三维设计与制作、编程、开源硬件等。第三类是竞赛导向类的活动。⽐如机器⼈、航模、⽆线电测向等。下⾯这幅图来源于奉贤博物馆，他们会开展传统⽂化⽅⾯的教学活动。在跨学科课程主题的选择上，通常遵循三⼤原则：1）从地域⽂化特⾊来考虑主题；2）主题选择需要跟学⽣的教材内容相通，它可能是学⽣正在学习或未来需要去学习的内容；3）主题要符合学⽣本⾝的⽣活兴趣。基于这三个原则，我们提出，在选择跨学科课程主题时，需要：1）选择社会⼴泛关注的问题；2）选择教科书中具有聚合性的概念；3）选择学⽣疑惑的、感兴趣的、关注的内容。进⾏主题选择时，还要注意以下⼏点：1）符合学⽣年龄阶段认知⽔平和学习内容；2）考虑学⽣学习兴趣；3）有适当的材料和资源；4）适⽤范围⼴泛；5）值得花费时间，具有实质性的内容。三、跨学科课程与项⽬式学习案例：以油菜花为主题的项⽬——思考：为什么要在跨学科课程中强调项⽬式学习？这个案例是上海⼀所初中开展的跨学科教学实践尝试。⽣物⽼师、化学⽼师、地理⽼师共同参与了这个项⽬。课程背景是这个学校门⼝有⼀⽚油菜花地，课程开展的时间是油菜花正盛开的四五⽉份。课程的整体设计如下：⾸先，⽼师进⾏情景导⼊，展⽰全国各地油菜花盛开的⼀张地图，同时结合了学校所在的⾦⼭区每年都有油菜花节这⼀背景。学习活动分为三个环节。第⼀个环节是“寻花”。根据油菜花盛开的地图，⽼师让学⽣去了解油菜花的盛开时间和各地的经度、纬度之间的关系。这个知识点与地理学科相关。接着，⽼师从如何让油菜花长得更好的⾓度，给学⽣提供了氮肥、钾肥等不同的肥料，带领学⽣探究怎样给油菜花施肥。这是从化学学科的视⾓来切⼊。第⼆个环节是“探蜜”。“蜜蜂与花”是分析油菜花花蕊的结构以及蜜蜂采蜜的过程。同时⽼师引导学⽣思考⼀个假设——如果地球上没有了蜜蜂，我们的世界将会怎样？这是⽣物学科的视⾓。“蜜蜂与⼈”研究的主要是，在被蜜蜂叮咬之后，应该采取怎样的⽅式及时补救。这依然是与化学学科相关的知识。最后⼀个环节是“筹花展”。学校要举办油菜花节，希望同学们⽤信息技术知识制作海报，为学校筹备⼀个油菜花的展览。整堂课融合了⾮常多学科知识，包括地理、⽣物、化学，以及⼀部分信息技术的内容。看完这个项⽬，各位⽼师可能可以感觉到，整个课程看似以油菜花为主题，但每个点都显得很零散。这正是我们要在跨学科课程⾥强调项⽬式学习的原因。在跨学科的过程中，基于项⽬的学习，能够更好地帮助同学掌握和理解⽼师真正希望学⽣学习的知识。做⼀个项⽬vs基于项⽬的学习项⽬式学习⿎励学⽣通过学习和应⽤知识来获得技能。在学习过程中，⽼师要给学⽣创设⼀个情境，学⽣在情境中进⾏深度学习。在上⾯的案例中，虽然也给学⽣设置了情境，但更多还是⽼师在传输知识，没有让学⽣应⽤知识和技能，也没有让学⽣真正沉浸在学习的主题中。有研究者给出了下⾯这张图，左边是⼀道甜点，右边是⼀道主菜，甜点代表做⼀个项⽬，主菜代表基于项⽬的学习，两者是有区别的。很多⽼师觉得，在课堂结束后，让学⽣去做⼀个海报、总结或者汇报就是⼀种项⽬。我们认为，只要做了⼀个项⽬，就可以认为它是⼀种基于项⽬的学习，因为它把知识也应⽤在了做项⽬的过程中。但其实我们在实际的教学中更⿎励上图右边的这种基于项⽬的学习，在学习过程中，通过项⽬实践和获取知识。传统的做⼀个项⽬，通常是在⽼师的引导下完成的，在每个单元的最后，学⽣进⾏总结性的汇报。它关注项⽬本⾝的产出和⽼师直接教学的形式，不关注对学⽣的素养和技能的培养。⽽基于项⽬的学习，是⼀种教与学融合在⼀起的学习，⽼师的教学活动和学⽣的知识发展并⾏，同时，在学习过程中，它要不断驱动学⽣去开展探究。项⽬产品在学习过程中不断产⽣，⽼师的关注点不仅仅在项⽬本⾝，也要重视学⽣的学习过程。基于项⽬的学习，要关注学⽣学习技能的获得，关注学科和核⼼素养的培养以及课程标准，融⼊学⽣的协作和⽼师的指导。⽽且，它是⼀种聚焦在真实情境下的学习。上图是⼀个对基于项⽬的学习的定义，其中有⼏个关键词：1）进⼊⼀个真实的教学环境，关注真实世界的问题和挑战；2）学⽣需要应⽤⾃⼰的学科知识和技能，发展⾃⼰的能⼒；3）它是⼀个以学⽣为主导的发现和解决问题的过程。四、如何设计基于项⽬的学习？项⽬设计&实施的黄⾦标准下图中的黄⾦标准在中⼩学教学中应⽤得⾮常多。其中，学习⽬标是项⽬设计的关键元素，设置学习⽬标时⾸要考虑的三个关键要素是：学⽣通过项⽬要掌握的核⼼知识是什么，学⽣需要理解的内容是什么，以及学⽣需要获得的技能是什么。在这个基础上，有7个必备的设计关键点：1）⽼师需要给学⽣设置具有挑战性的问题，也就是问题要略⾼于学⽣的认知⽔平。2）问题要能驱动学⽣进⾏持续的探究。3）问题需要是真实的。只有真实的学习情境才能激发学⽣的学习动机。4）学⽣的声⾳和选择。也就是项⽬的设计不能只有⼀个标准答案，还应该充分尊重学⽣的不同创意和决定。5）⽼师要向学⽣提供必要的反馈。6）⽼师也要给学⽣提供反思和修订项⽬的空间。7）有公开的产品。基于项⽬的教学实践，同样有⼀个黄⾦标准。1） 设计和计划。由⽼师来进⾏。2） 符合标准。符合课程标准或者学⽣培养的核⼼素养。3） 营造⽂化。4）管理活动。⽼师不再是⼀个传统的讲授者，也不是⼀个置之事外的⼈，他需要引导、管理和调节学⽣的学习活动节奏。5）为学⽣搭建必要的学习⽀架。6）评估学⽣学习。7）参与和指导学⽣。项⽬式学习案例案例1：:“如何治理⽔污染？”这是美国⼀所学校的案例。项⽬的背景是学校所在社区的⽔污染⾮常严重，⽔中有有害的化学物质。在项⽬过程中，⽼师引导学⽣做了⼏件事。⾸先，⽼师让学⽣提出⼀个解决⽅案，探讨如何减少⽔中有害的化学物；然后，⽼师让学⽣开展化学实验，进⾏了相关探索；接着，⽼师请了相关的统计学专家、社会学专家、经济学专家等从不同的维度分析，要减少⽔中的有害化学物质，应该做哪些⽅⾯的努⼒；最终，他们形成了⼀个解决⽅案的⼩册⼦，建议当地的环境部门如何进⾏⽔污染治理。案例2：“如何判断⾰命是否有效？”这是⼀个偏⼈⽂社会学科的案例，同样来⾃美国，因为美国民族冲突的问题⽐较多。由于它偏向⼈⽂类，所以没有进⾏过多的科学探究，⽽采⽤的是⽼师提供学习资源，学⽣进⾏⼩组讨论的形式。他们最终公开的成果形式是⼀个模拟法庭，正反双⽅针对⾰命是否有效进⾏辩论。案例3：“设计⼤佛的维护⽀架”这个项⽬是乐⼭⼀所⼩学做的，要让同学们为⼤佛的维护设计⼀个坚固的⽀架。它基于的是乐⼭本地的传统⽂化特⾊，融合了数学、科学、建筑学等学科的知识。既可以激发同学们对传统⽂化的保护意识，也初步建⽴了他们对于维护建筑稳固性这⽅⾯能⼒的探索。项⽬式学习下的⾓⾊转变与解决路径从前⾯提到的准则和简单介绍的案例可以看到，在项⽬式学习中，学⽣和教师的⾓⾊都有所转变。 在整个学习活动中，学⽣会变成⼀个主动的学习者、批判思考与创造能⼒的参与者、知识的建构者以及协作伙伴。⽼师是课程的设计者，同时他要引导学⽣学习，还要对学⽣解决问题的效果、学⽣的表现，甚⾄⾃⼰的表现等等进⾏评价。所以，在项⽬式学习中，⽼师需要调整⾃⼰的⾓⾊，也要引导学⽣慢慢适应⾃⼰的⾓⾊。这和教育⼼理学的建构主义是⼀致的。建构主义强调：1）教学内容和⽅法以学习者为中⼼。2）强调学习者先前的学习经验和知识。所以前⾯的设计原则也提出，项⽬式学习要跟学⽣所学的知识有相关性。3）知识的获取必须经过学习者主动学习的过程。4）教师扮演着辅助和引导的⾓⾊。5）多⽅⿎励学习者运⽤深层思考解决问题。6）正视知识的不同层⾯，多⽅⾯检视问题。项⽬式学习也有项⽬的解决路径。在下图中，重点看中间的灰⾊部分。第⼀步，⽼师激发、启动项⽬。项⽬启动的⽅式，通常是给学⽣创造真实的情境，或者设计驱动性问题。第⼆步，通过教学活动构建学⽣对知识技能的理解。第三步，发展学⽣的能⼒。在项⽬式教学中，最终的作品不可能是⼀次性完成的。它还需要同学们进⾏反复的讨论和修正。项⽬的展⽰类型不仅仅有实物⽅⾯的展⽰，还包括了：1）肢体类展⽰。包括⾳乐演奏、戏剧或⼩品、实验、游戏、舞蹈等。2）⼝头类展⽰。包括辩论、演⽰⽂稿、演讲、诗歌或者⽹络研讨会等。3）视觉类展⽰。包括⽹站、海报、视频、概念图等。4）书⾯类展⽰。包括报告、简报、宣传⼿册、剧本等。
