跨学科探索：问题解决式项目化学习的路径架构、实施策略及评价标准设计

跨学科探索：问题解决式项目化学习的路径架构、实施策略及评价标准设计本文目录结构一、项目化学习分类二、问题解决式项目化学习的特征三、问题解决式项目化学习的路径架构四、问题解决式项目化学习有效实施的策略（一）精心设计两条主线的契合点（二）以真实问题的建模分析为着手点（三）关注对失效过程的分析和反思（四）注重学习体验的分享、交流、评价和展望五、问题解决式项目化学习的多元评价标准经济合作与发展组织（OECD）颁布的《PISA2024科学的战略愿景和方向》将科学素养测评框架划分为三个维度——科学知识、科学能力和科学身份认同。在科学知识维度，新增“信息科学”等三个领域，与上一轮的PISA2015科学素养测评框架相比，更加注重信息技术素养，使科学与技术的融合趋势越发清晰。在科学能力维度，新增“将科学知识用于决策和行动”等两项能力，针对传统教学中存在的注重知识“输入”的现象，更加强调基于“输入”的高阶“智力输出”。在科学身份认同维度，凸显“人”的核心地位，引导教师在科学教育中更加注重学习者的主体地位、学习兴趣和成就感、科学使命感和社会责任感，关注与科学知识、方法、实践等相关的伦理道德和价值观，以发展的眼光看待科学技术的局限性。近年来，我国中小学科学教育改革步入新赛道。2023年5月，教育部等十八部门联合印发《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》（以下简称《意见》），系统部署了在新时代背景下，如何在教育“双减”中做好科学教育加法，服务科技强国战略，助推中国式现代化。《意见》要求，强化实验教学以及学科实践和综合主题活动，增加场景式、体验式的实践活动。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》在实施建议中提出，为促进学生物理学科核心素养的发展，课程学习中要倡导基于项目的学习或整合学习等方法。《义务教育科学课程标准（2022年版）》优化了课程内容结构，通过设立跨学科主题学习活动，加强学科间相互关联，带动课程综合化实施，强化实践性要求。“跨学科实践”被多个学科确定为课程内容一级主题，倡导以探究和实践为主的多样化学习方式，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究以及技术与工程实践的过程。当前，科学教育改革强调核心素养的培育，提倡通过主题式、项目化的学习，让学生在面向实际的问题解决过程中，经历完整的科学探究，提升科学思维素养，发展科学探究能力、创新意识、批判性思维、信息技术能力等未来社会必备的品格和技能。在教学实践中，项目化学习面临教学主题难以选择、教学过程难以设计、项目主线和学科知识主线难以有效契合、教学难度难以准确把握、学科综合性较强、学生基础知识欠缺、不同学科教师之间难以协调教学工作等困境。加之受到课时限制，项目化学习在实践中开展相对较少。因此，明晰项目化学习的种类、路径架构、实施策略和评价标准等，具有重要的实践指导意义。一、项目化学习分类项目化学习作为教师教学理念、教学行为和学生学习方式发生积极变革的教育新样态，通过提供真实而富有挑战性的问题情境，引导和支持学生以项目为主线持续探究，创造性地解决问题并展现学习成果，能够有效提升学生的科学素养和在未来生活与工作中的个体竞争力，增强职业体验。根据活动形式和项目主线的不同，项目化学习可分为主题式进阶学习、活动探究式学习、课题研究式学习、问题解决式学习四种类型。主题式进阶学习既可以是在某个学科内部开展的围绕学科核心概念的主题学习，如物理学科中围绕质量、干涉、多普勒效应、势能等主题的教学，可帮助学生建构学科整体认知，提升物理学科核心素养；也可以是围绕跨学科共通概念的主题学习，如关于波（机械波和地震波）、能量（化学能和势能）、惯性力（惯性力和地转偏向力）等的教学，可帮助学生建构更宏观的物理观念并深化物理学科知识在其他领域中的应用理解。郭玉英等人指出，在学科教学过程中，围绕学科核心概念或共通概念的学习进阶，能够同步促进学生的核心概念理解和能力发展。活动探究式学习是一种围绕活动展开的学习过程，如去植物园观察植物形态、去科技馆的相关主题场馆参观学习、实地探究周边桥梁的材料和结构等。它通过近乎开放的学术研究环境，引导学生主动参与，让他们独立自主地开展发现问题、实验调查、信息处理、交流展示等探索活动，从而获得知识、养成探索精神和问题发现能力。课题研究式学习是一种以学生为中心，引导学生自主选择课题、主动探究和思考的学习方式。在这种学习方式下，学生需要经历选择和确定研究课题、设计研究目标和内容、制订研究方案和步骤、收集和分析数据、撰写课题研究报告、结题等过程。这种完整、长程的研究既能培养学生的创新思维和问题研究能力，也能增强学生开展学术研究的自信心，使他们习惯于从研究视角去发现和探索生活中的问题。课题研究式学习需要学生充分了解课题信息，掌握相关的研究方法和技能，既要具备独立思考和解决问题的能力，也要具备团队合作精神，能够与他人协作完成研究任务。问题解决式学习以问题解决为导向，要求学生先从真实情境中识别问题，明确问题的具体要求和限制条件，突出问题的主要方面，基于关键因素建构模型；在模型建构的基础上，再运用科学思维方法从定性和定量两个角度对相关问题进行科学探究和推理论证，提出问题的解决方案，并由此明确项目任务；在项目任务的驱动下，组织开展科学实践活动，在此过程中寻找并不断优化问题解决的思路与方法。问题解决式学习旨在培养学生的问题解决能力和创新思维，也可以帮助学生更好地理解和掌握知识。上述四类项目化学习是基础教育阶段较为常见的项目化学习样态。主题式进阶学习以主题整合为抓手，注重学科知识结构的建构，体现了学科知识本位和大观念旨归。活动探究式学习以实践学习为路径，注重知识的探索与发现，体现了学习中心本位和实践旨趣。课题研究式学习以学术研究为样态，体现了研究本位和科学身份认同旨意。问题解决式学习以问题为导向，注重真实问题的解决，体现了社会本位和素养旨向。这四类项目化学习体现了不同的教学本位，彼此交叉，并不完全独立。下面以问题解决式项目化学习为例，探讨其特征、路径架构、实施策略和评价标准设计。二、问题解决式项目化学习的特征一是情境性特征。在问题解决式项目化学习中，学生需要面对的是来自生活场景中的真实问题，因此，这种学习方式具有情境性特征。学生在探究实践过程中，需要主动地将所学知识与实际情境相联系，这有助于他们提高在实际情境中运用知识解决问题的能力。二是挑战性特征。问题解决式项目化学习以项目任务为驱动，具有一定的挑战性，主要体现为问题的复杂性及其解决的长程性。学生所面临的通常是实际的工程问题，与传统学习方式中的一般抽象问题和短程问题相比更加复杂和困难。这种学习方式和面临的问题要求学生从被动接受转向主动探索，需要他们具备一定的自我约束和自我规划能力；要求学生运用多个学科的知识和技能创造性地解决实际问题，需要他们具备一定的跨学科能力和工程素养；要求学生进行实践性和操作性的探究学习，需要他们具备一定的实践能力和动手能力。这种学习方式也要求教师具备较高的教学把控能力和综合素养，能够在恰当的时机提供驱动性的问题引领和有效的学科知识启发。三是实践性特征。问题解决式项目化学习作为一种融合了技术能力与工程素养的学习方式，具有实践性特征。这种学习方式要求学生对工程原理、工程设计、工程实践等有基本的理解和掌握，能像工程师一样思考问题，从整体上理解问题和解决问题。这样的学习实践过程可以使学生的工程思维得到锻炼与提升。四是创新性特征。问题解决式项目化学习需要学生综合运用所学的知识和技能，发挥想象力，创造性地提出问题解决方案，蕴含着创新性特征。这种学习方式综合了科学、技术、工程、数学等多个学科的知识和技能，具有一定的跨学科性，有助于培养学生的跨学科意识和能力。通过问题解决式项目化学习，学生能在科学推理和科学探究等思维活动中经历不同科学思维方法的灵活运用，有助于对高阶思维的培养。五是开放性特征。问题解决式项目化学习具有开放性特征，通常以现实生活中的复杂问题为核心，这些问题往往没有唯一的或标准的答案。学生可以从多角度、多层面去探索和解决问题，形成创新意识和批判性思维。综上所述，问题解决式项目化学习的特征如图1所示。三、项目化学习的路径架构问题解决式项目化学习更加注重学科本质的深度理解和学科核心素养的有效培养。其中，创设的真实情境源自学生熟悉的生活环境，确保了学习的严谨性以及与真实世界的关联性，强化了学生的体验感与参与度；通过情境识别和问题理解，实现了对复杂问题的聚焦，明确了研究问题；通过分析综合和推理论证，帮助学生从定性或定量的角度分析问题，诊断情境识别和问题理解的正确与否，判断是否需要修正物理模型，最终明确问题解决方案，提出问题解决方法。由此，问题解决式项目化学习的路径架构如图2所示。值得注意的是，确定项目任务并提出任务目标后，教师需围绕任务目标精心设计关键活动，赋予活动目标性和实践性特征。在任务的引领和驱动下，学生能在科学问题和工程问题之间建立有效联系，将对科学知识的学习转变为认识世界、改造世界的过程，有效激活自身科学思维，激发创新创造热情和科学探究欲望，通过问中学、做中学、创中学的学习方式，实现核心素养的全面发展。在问题解决式项目化学习中，教师需要给予学生充分的指导，帮助学生掌握正确的问题解决方法和技能，并鼓励他们发挥自身的创造力和想象力。同时，教师还需要为学生提供充足的学习资源支持（如图书馆、实验室、网络资源等），并就资源检索和使用的方法做必要的指导说明。四、问题解决式项目化学习有效实施的策略（一）精心设计两条主线的契合点教师是项目化学习的总设计师，学生则是探究过程的主体。问题解决式项目化学习包括项目和学科知识两条主线。项目是探究过程得以开展和推进的载体，包含项目情境、项目任务、项目资源等。学科知识包括学生开展项目化学习时已经具备的以及将要习得的学科知识，具有综合性、主题性、跨学科性等特点。教师需重视两条主线的有效契合，设计关键知识节点和项目节点，关注学生在节点处的表现并引导学生以节点为支撑螺旋式地推进两条主线，以问题为引领，以任务为驱动，寻找问题解决思路，提出问题解决方案，以提升核心素养为项目化学习的终极目标。（二）以真实问题的建模分析为着手点问题解决式项目化学习更加注重对科学思维和科学探究素养的培养。开展项目化学习所需的关键能力之一就是建立物理模型的能力，建立物理模型是进行科学分析、科学推理、科学论证的基础。在项目化学习中，由于真实的项目载体结构复杂，为将项目和物理知识紧密结合并在其间建立有效联系，需要先将复杂问题简单化，将实际研究对象模型化。这一过程既能培养学生的建模能力，又能培养他们分析复杂问题的素养。教师要引导学生体验如何从真实复杂的结构中抽取主要因素，建构科学的物理模型，并进行实践分析。对复杂问题建模后，学生需要利用所学的物理、数学等知识分析问题并不断探究问题解决的有效方案，必要时还需进一步查阅相关资料。这种面向实际的问题解决过程，能培养学生的创新意识、创造能力、批判性思维，帮助学生充分发展知识、能力、品格等学科核心素养要素。（三）关注对失效过程的分析和反思问题解决式项目化学习既包括问题解决的有效过程与成功过程，也包括无效过程或失败过程（以下简称“失效过程”）。失效过程恰是思维的生长点、有效方案的创生点。对失效原因的分析，即“人”“项目”“方案”“方法”的交互过程，是解决问题、完成任务的必经之路。项目化学习的过程不可能是完全线性的，而是一个动态交互、不断修正甚至反复折回的过程。对失效原因的分析和反思可以使学生进一步认识问题、分析问题，能够培养他们面对复杂问题理性分析、冷静处理的综合素养，发展解决问题的关键能力。（四）注重学习体验的分享、交流、评价和展望基于问题解决的项目作品凝聚了师生智慧，具有较强的创新性和创意价值。因此，在充满创意、设计、建造、探究、协作的项目化学习过程中，学生能获得丰富的体验感受，激发自身的批判性思维。分享和交流的过程，是对项目化学习过程的梳理、总结和反思，是学习过程的进一步显性化，是学习成果的输出与再输入，有助于学生加深对科学本质的理解，增强问题意识，提升问题分析和解决的综合能力。对项目作品的评价包含正向评价和批判性评价。正向评价是对作品设计理念和创意实施的认同，是师生思维的正向碰撞，是项目化学习的重要过程。批判性评价是对作品设计理念和创意实施的质疑或改进建议，能使问题更加清晰，并促使学生迸发出更好的设计理念或问题解决创意，是项目化学习的高级阶段。项目化学习是基于学生现有知识储备、课程资源、情境问题和项目任务等条件开展的活动。情境是不断变化的，知识储备和课程资源也是不断发展的，因此，项目化学习具有开放性，是学生知识理解、思维进阶、关键能力提升的重要途径。五、项目化学习的多元评价标准PISA2015框架将科学素养定义为科学地解释现象、评估和设计科学探究、科学地解释数据和证据。《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，科学课程要培养的核心素养主要包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。在问题解决式项目化学习中，需要制定能够体现科学课程育人价值、科学素养评估需要的多元评价标准。过程性评价和结果性评价是教学评价中相辅相成的两种手段