任何一位教师或家长都能告诉你这样一个事实：许多学生在学校都感到很厌烦、无聊。但许多人认为这种情况应该不会发生在好学生的身上，并认为任何学生只要肯努力，认真学习，是不会厌学的。在20世纪80年代和90年代，教育研究人员逐渐意识到，学生出现厌学时是不会投入到学习中的。研究者对学生的经历进行研究后发现，几乎所有的学生都或多或少出现过厌学情绪，即使是考试成绩好的学生也是如此。在1990年左右，研究人员发现厌学不是学生的过错，而是学校教育结构有问题。如果能找到一个办法激励学生学习，如果能重构课堂，那么，学生就会产生学习动力，情况就会发生巨大的变化。 学习科学研究提供了一些可能的解决方案。学习科学运用认知科学及其他一些相关概念，解释了深层概念理解的认知结构，发现了管理学习的原则。 PBL（Project-basedLearning）使学生通过应用知识、操作实验的方式来学习知识。学生参与的真实学习情境与成年专家的研究活动极为相似。PBL是一种基于建构主义理论的情境化学习方式，认为学生通过实际操作及思想的实践，能够加深对学习材料的理解。在PBL方式中，学生参与真实而有意义的问题探讨，PBL与学生的生活密切相关，学习方法类似于科学家、作家、历史学家，等等。PBL课堂允许学生探究问题、提出假设、做出说明、讨论思想、彼此质询、试验新思想。研究表明，PBL课堂的学生比传统课堂的学生学习成绩更好。 PBL是一套设计学习情境的完整方法。PBL有五大特征： 1.从一个需要解决的问题开始学习，这个问题被称为驱动问题。 2.学生在一个真实的情境中对驱动问题展开探究，解决问题的过程类似学科专家的研究过程。学生在探究过程中学习及应用学科思想。 3.教师、学生、社区成员参加协作性的活动，一同寻找问题解决的方法，与专家解决问题时所处的社会情境类似。 4.学习技术给学生提供了脚手架，帮助学生在活动的参与过程中提升能力。 5.学生要创造出一套能解决问题的可行产品，是课堂学习的成果，是可以公开分享的。 PBL的理论背景 学习科学方面的新发现引出了理解孩子如何学习的新方法。我们主要依据四种学习科学的观点；积极建构、情境学习、社会交互、认知工具。 积极建构 研究表明，学习者只有根据自己的经验与外界交互，并积极建构意义的时候，深层理解才会发生。学生从教师、电脑、书本中被动接受信息的学习方式是表层的学习。理解的发展是一个持续不断的过程，需要学生从新的经历和概念中建构，从现行知识和经历中重构。教师、教材是不能把知识传递给学习者的。相反，学习者通过探究周围的世界、与环境交互、观察现象、产生新想法、与他人讨论，来积极建构知识。在PBL中，学生参与真实世界的活动，模拟专家研究的过程，解决问题，开发作品。 情境学习 研究表明，在真实情境中发生的学习最有效。学科教育中的情境学习让学生参与各种各样的科学实践，体验科学现象，如设计调查、做出解释、设计模型、表达观点，等等。情境学习的益处是学生能够方便地了解任务与活动的价值及意义。只有当学生设计出自己的调查方案，回答一个对自己和社会都有意义的问题时，他们才能意识到科学在解决重要问题时的方式和意义。 情境学习的另一个意义在于可以把学习到的经验普遍运用在更多的情境中。学生通过记诵无意义、无情境的内容来获取信息，其理解是浅层次的。当学生在有意义的情境中获得信息，并将其与先前的知识经验建立起关联的时候，他们能在新的情境中应用这些知识，并获得更好的、更广泛的概念理解。 社会交互 学习科学研究中最重要的发现是社会交互在学习中所起到的重要作用。最好的学习结果通常源自某种特别的社会交互：教师、学生、社区成员能在共同情境活动中建构与分享知识。学习者通过分享、应用、讨论等形式发展对学科的理解能力。这个反复分享、应用、讨论的过程促进了学习社区的形成。 研究表明，工具在学习中具有重要作用。认知工具可以扩展学生的学习范围及能力。图表是认知工具的一个例子，它能帮助学习者分析数据的模式。学习技术能支持学生：1、收集与处理一系列的科学数据信息；2、提供科学家使用的可视化数据分析工具；3、在不同网站间收集信息与分享信息；4、计划、建造、检验模型；5、制作多媒体文件，方便学生表达理解。 基于项目的科学课程 在基于项目的科学课程（project-basedscience,PBS）中，学生探究真实而有意义的问题，这些问题对学生是有重要意义的。探究过程与科学家的行为是一样的。在项目学习课堂上，学生探究科学现象、调查问题、讨论现象、挑战他人的观点和检验新观点。研究表明，PBS能帮助各种学生，无论何种文化、种族、性别，积极参与到科学的学习中。 PBL学习环境的若干经验 经验分为五大特征：驱动问题、情境探究、写作、学习技术、制品。 特征一：驱动问题 驱动问题是指对学习者而言有意义且重要的问题，是PBL的核心。驱动问题要包含有价值的内容，并以一个真实世界中的情景作为锚点（anchor）。驱动问题用来组织并推动项目的活动，提供一种情境以便学生可以探究学习的目的和进行科学实践。好的问题能够引发学生的学习欲望，使学生认识到有很多真实的问题等待解决。教师要维持学生对驱动问题的注意力，并把学生探究的各种观点联系起来。 一个好的驱动问题有五个特点：（1）可行性：学生能够设计方案、执行调查、回答问题；（2）价值性：包含丰富的科学内容，符合国家及地方课程标准的要求，符合科学家的研究方式；（3）情境性：真实而有重要价值的情景；（4）意义性：要探究对学习者有用且有趣的题目；（5）道德性：PBL不能够对个人、集体及环境造成危害。 我们曾设计“机械如何帮助我们建造大东西”的单元。在这个单元中，学生们学习力的平衡、力与运动的关系、简单机械、机械组合、机械的价值等内容，最后学生要设计一个比较复杂的机器，并解释其工作原理。 经验1a：帮助学生认识驱动问题的价值 学生不一定能够认识到驱动问题的价值。我们应对这个问题的办法叫做“抛锚体验”。抛锚体验为学生呈现有意义的背景。 “好朋友会让我生病吗”单元，课程时间为8周，依据国家课程标准中关于细胞、系统、微生物、疾病等方面的内容设计。课程中讲述了一个南非儿童感染艾滋病的故事，这个故事便是抛锚体验的应用，为讨论疾病与学生、学校之间的关系提供了背景。在第二个抛锚体验中，学生参加了一个活动，模拟传染病流行的情景。学生每人手持一个装有混合物的试管。有几只试管装的是指示剂，能与其他试管中的物质发生化学反应。当学生们在教室里自由走动，彼此交换试管中的物质的时候，越来越多的试管改变了颜色。这个小活动模拟了传染病的传播过程，为学生提供了一个共同的经验，使学生在整个项目中有了随时可以引用和讨论的背景话题。 经验1b：课程标准与内容的深层考察 很多驱动问题与国家或者地方课程标准的重要学习目标不一定匹配。为了能够是PBS符合课程标准，我们设计了三个步骤的过程。从课程标准中选择一些标准条目，从这些条目出发设计教材。例如，美国《国家科学教育标准》中有这样一条： 根据这条标准，我们希望学生学到些什么呢？为了阐明上述问题，我们用学习绩效(learningperformance)的概念重新编写了这条课程标准，把学生在学习完该内容后应该表现出的思维能力明细化。学习绩效以学生应该掌握的认知任务的形式来描述标准。如对现象描述、利用模型解释数据、做科学解释、验证假设等。 我们将学习绩效看作是设计驱动问题、任务以及评价的指南。我们认为这个过程不过是PBS与国家或者地方的课程标准保持一致，然而我们更关注的是，单纯从标准出发，是不能设计成学生认为有价值和喜欢的驱动问题的，我们采取了从标准化学习目标出发设计目标的方式，具体课程内容是化学反应与物质转换，最终我们设计出了“我怎样从旧东西中创造出新东西？”我们设计了一个制造肥皂的例子作为抛锚体验。 特征二：情境探究 在整个科学教育的历史中，全国性的科学组织及著名科学家无不证明科学教育应该效法真实的科学研究过程，科学课堂应该与科学保持一致。但是科学课堂毕竟不是科学实验室，科学的目标是解释与预测现象，比如疾病、生锈，植物生长，自由落体，等等。在科学探索中，科学家为了回答这些现象中的问题而进行探究，科学家在理论或者先前研究的基础上做出假设，设计可利用工具和技术进行收集、分析并解释数据的调查研究方案；然后对现象做出解释。这些都是科学实践：了解并运用科学家所使用的多种方法来探究自然世界。尽管科学家们并不是沿着固定的步骤产生新的科学理解，但所有的科学家都利用数据和理论来解释和预测发生在自然界的现象。 在PBS课堂，学生利用学到的新思想探究驱动问题，在一段时间内持续的研究驱动问题。这与传统科学课堂是不同的。传统课堂的活动一般是短暂的，实验步骤已经被固定，鲜有探究的过程。 经验2a：帮助学生设计调查方案 初中生参加科学调查的活动还是有一定难度的，有些学生缺乏这方面的经验。教师首先要确定好调查的模式并让学生提建议，然后教师要求学生根据材料中提示的技巧设计自己的调查，教师要及时给予反馈。 在“传染性疾病”项目中，学生研究细菌增长的问题时，教师首先提出问题，“我的手上有细菌吗？”并且讲述为何这类有问题就是好的问题。然后教师示范这类问题是如何通过培养细菌、利用适当的实验技术等进行探究的。在细菌繁殖出来后，教师要教学生如何计算细菌群落的数量，并要写一篇说明短文。 在教师示范了研究过程后，学生要提出相关的问题并自己做调查，必要的话，可以修改教师的实验模式。把学生分成若干组，让学生提出一些问题。 如“洗手与不洗手有什么区别”和“擦过的餐桌上还有细菌吗？”全班讨论这些问题，鼓励学生反思。接下来学生参照教师的模式设计问题解决的方案。例如，如果某同学问，“洗手后细菌会减少吗？”大家要用琼脂设计实验，将洗过的手和没有洗过的手做个对比。在实验中，教师要允许学生互相反馈信息，及时指点，观察各个小组的问题和调查方案是否可行。 经验2b：撰写结论和解释 在调查过程及数据收集完毕后，要指导学生分析、解释他们所发现的事实。许多研究表明，学生很难做出科学性的解释。有研究表明，学生无法正确的解释说明自己的论点。比如，不知道如何采集数据、使用证据，无法做客观的描述。利用证据做出解释，需要一定的复杂思维能力及实验，这种思维能力是多数学生所不具备的。实际上，有些教师也比学生好不了多少。教师习惯了教科书中程式化的实验过程，利用采用现成的实验数据，但很少有机会使用与解释真实的数据。因此，教师也需要相关的支持，从而帮助学生创建解释及结论。 为了克服这个挑战，我们帮助学生编写解释性文本，使实验过程及思维过程清晰化，并为学生提供脚手架。我们的策略有，使科学原理清晰化，解释现象背后的原因；把建构解释的方式模式化，为学生参与解释分析提供机会；给学生的调查表编写脚手架时的评论。我们为学生提供了一个解释框架，包括三个部分：论点、证据、推理。论点是学生对探究的现象所下的论断。证据支持采用科学数据的观点，这些科学数据可来自观察、阅读资料、数据建档、学生所做的调查等不同途径。推论把论点与证据连接在一起，进行论证。使用恰当的科学观点，表明数据为什么能够作为论据来支持论点。 特征三：协作 PBL为学生、教师及社区成员彼此协作、调查问题、交流思想提供了机会。教室成为学习者共同体。在教室中，学生彼此之间协作，也可以和教师协作，提出问题、做出解释、形成结论、理解信息的意思、讨论数据、展示发现等。例如，我们让学生互相质疑，并对彼此的解释给出反馈。课堂外，学生参与到学生以及与成人的交流中，协作学习能帮助学生对科学观点和学科的性质建构共享的理解。 经验3a：创建对话社区 学生一般不会自然而然的与同学协作，教师要帮助学生发展协作的能力，如会话转换技巧、倾听、尊重等。学生通常缺乏协作的技能及经验，教师要在一个完整的学年中，帮助他们建立协作关系。教师要教导学生彼此倾听，对不同的思想进行比较，让学生写下他们的想法，然后与伙伴比较，比如可以写如下小“纸条”：“我的想法与同伴的如下观点是相似的”，“我的想法与我的同伴在如下方面是不同的”。 教师面临的另一挑战，是转变学生所期望的讲授——接受模式的课堂文化。大多数学生习惯了教师告诉他们正确答案，在开始的时候并不能认同协作学习的模式。他们坐在那里等教师公布答案，并不肯花力气去探究。教师有时也容易陷入旧的套路，很自然的就把答案告诉了学生，因为毕竟是以学生是否掌握了这些知识来评价的。为了改变学生一直以来的讲授——接受教学模式的习惯，教师需要利用整个学年的时间来使学生适应协作学习的方式。 另一项挑战是，我们观察到，教师经常压缩学生协作的时间。这可能是因为教师缺乏适当的支持性策略。然而，教师没有认识到协作的重要性或许是根本原因。这是更难逾越的挑战，因为这取决于教师对“什么促进理解力”的信念。 特征四：技术工具支持学习 技术工具能促进课堂环境的转变，使学习者积极的建构知识。学校运用技术工具的三大原因：（1）技术与科学实践有内在的一致性；（2）技术能够动态、交互地呈现信息；（3）技术能为改变讲授——接受教学模式，提供前所未有的机会。 学生利用学习技术可以接触到互联网上真实的科学数据，从网络上与别人协作，收集数据，绘制图表，分析数据，创建模型，制作多媒体作品。学习技术允许学生扩展课堂视野，是强有力的认知工具，可促进教师的教与学生的学。 在“水质”项目中，学生用各种传感装置收集河流的PH值、温度、浑浊度等数据。学生带着笔记本电脑到河边，数据能够立刻显示成图表的格式。有些传感装置能让学生把收集到的数据带回处理，在教室的电脑中显示成图表格式。学生根据学到的新想法开发计算机模型，显示影响水质的各种因素。技术帮助学生在不同的科学观念间建立联系，形成丰富而深刻的理解力。 经验4a：计算机资源不足 “好朋友会让我生病吗”单元中利用了Artemis进行了一个为期5天的网上活动。学生利用Artemis探究各种资源，探究传染病的成因、症状、诊疗方法，这个活动是一项有价值的活动，能促进学生信息收集能力与信息综合能力的提高，得到了教师和研究人员的认同。 因此，需要在普通的教室中设置网络，把电脑整合到普通的课堂中去，而不仅仅是在固定的计算机教室使用电脑。 经验4b：应用技术工具需要更多的时间 使用Artemis需要占用5天的时间，教师一般不大愿意用它。他们认可Artemis的价值，但无法协调时间，毕竟学校中还有其他的课程要学。几乎所有的建构主义学习方法都面临着时间紧张的问题。学生在有意义的情境中建构知识需要更多的时间才能完成任务。 经验4c：学习技术整合于课程材料 在现存的课程单元中，融入新的学习技术是必要的，我们帮助教师理解PBS的特征，把他们的课修改成PBS格式，为教师提供指导性材料，帮助教师利用学习技术开展探究性科学学习，使他们拥有丰富的经验、技能，提高教学水平。我们在PBS的原理上开发出了课程材料，把学习技术整合进来。 例如Model-It软件，把许多课程材料打包在一起，学生用这个软件，建立了复杂的动态系统模型，并测量评价这个模型，如人体系统模型。建构模型的过程使学生深刻的认识到复杂系统各变量间的相互关系。 在某个项目的全过程及不同项目中使用类似Model-It软件，可以使学生深入理解此类工具的使用过程，并认识了工具的潜力，学生在一个项目中应用过几次以后，增强了创建、测试模型的能力，加深了对“建模”重要性的认识。 学习科学的研究表明，学生在创造制品的时候学习效果更好。制品是知识建构的外在表现。PBS中的制品是驱动问题调查的衍生结果.学生制品包括实体模型、录像带、绘图、游戏、戏剧、网站、电脑游戏等。制品要能体现驱动问题，表现出学生逐渐深入的理解能力，支持学生发展与项目学习目标相关联的理解能力，发挥出制品的效用。 PBS为什么会重视制品的发展呢？ 首先，通过创造制品，学生构建、重构他们的理解。当学生创造制品，对制品进行反思时，他们积极的运用科学思想。例如，在解释的过程中，学生将应用科学规律、科学概念支持他们对现象所作的论断，这有助于学生在不同思想概念间建立联系，促进学生理解力的深化。 其次，学习发生的过程是非线性的、非分离式的。评估不能局限在细小的片断信息上。学习复杂的思想需要时间，不同的思想汇集、碰撞，学习任务促使学生发展综合思考的能力。学生通过项目创造制品，这个过程与真实生活中的学习是一致的，是一个连续的过程。学生理解力发展状况如何？教师通过各种不同项目中学生所创造的制品便可了解。通过制品，教师可以评估更高水平的认知能力，如提出问题的能力、设计调查方案的能力、收集与处理信息的能力、科学的做出解释的能力等。 再次，学生展示他们的制品，增进了理解力。学生们所创造的产品使得他们个人的理解可视化。因为产品是成形并清楚的，这些产品可以使学生们共享，并且可以和他人（教师，学生，家长以及共同体成员等）评论。通过对学生所了解以及不了解的方面给予反馈，并允许学习者对他们的产品进行修正，这些修改意见都能支持学生理解力的发展。 经验5a：反馈 学习科学研究表明，对学生制品的反馈在学习过程中起到重要作用。但是教师很少给每个学生提供充分的反馈。如果班级人数多，课时量大的话，教师就没有足够的时间提供高品质的个别反馈。而且，很多初中教师缺乏提供高质量反馈的能力。 我们设计了学生表现的质量层级规范，帮助教师给学生的表现打分，提供反馈，提高教师的评价能力。对驱动问题、分析解释内容作重点评估，有普遍性及连续性的特点。学生学会了如何促进理解，教师学会了如何提供反馈意见，也提高了教学技巧。有的教师采取小组反馈的办法来弥补时间的不足，尽管不如个别反馈质量好，但也能对学习进行支持。 我们从20世纪90年代开始致力于PBS课程的研究，在如何更好的设计基于项目的学习情境实践中有了一些体会。我们了解到选择驱动问题的重要性，帮助学生得到重要的学习目标，以及帮助学生认识驱动问题价值的重要性。探究各种技术及技术与课程的整合仍然面临着许多挑战。我们也意识到在复杂教学中给教师提供清晰策略的重要性。 我们也学会了通过开发高度精细的、成熟的材料，来帮助教师做好PBS课程。材料将重点放在驱动问题的教学上，这些驱动问题是学生发现的、有意义的且十分重要的。围绕这些问题，学生可对重要的学习目标产生更深的理解。应用这些材料，教师鼓励学生做科学调查，使用认知工具，提高协作能力，帮助他们发展深层次的概念理解能力——这一点是传统的教学方法难以做到的。 
