美國(guó)學(xué)區(qū)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)顯著提高高中理科應(yīng)用能力——基于實(shí)驗(yàn)班級(jí)與傳統(tǒng)班級(jí)對(duì)比一、摘要與關(guān)鍵詞摘要本研究旨在實(shí)證檢驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）教學(xué)模式對(duì)美國(guó)高中生理科應(yīng)用能力的影響。在全球教育改革日益強(qiáng)調(diào)二十一世紀(jì)技能和深度學(xué)習(xí)的背景下，傳統(tǒng)理科教學(xué)中知識(shí)與應(yīng)用相脫節(jié)的問題亟待解決。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為一種以學(xué)生為中心、基于真實(shí)世界問題的探究性教學(xué)法，被認(rèn)為是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力和高階思維的有效途徑，但其在公立學(xué)區(qū)大規(guī)模實(shí)施的實(shí)證效果，特別是對(duì)理科應(yīng)用能力的具體提升，仍需更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)支持。本研究采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)，在美國(guó)中西部一個(gè)大型公立學(xué)區(qū)（楓溪學(xué)區(qū)）中，選取了十所高中的二百八十名十年級(jí)生物與化學(xué)學(xué)生作為研究對(duì)象。實(shí)驗(yàn)組（一百四十名學(xué)生）接受為期一學(xué)年的、基于美國(guó)新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（NGSS）的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程干預(yù)；控制組（一百四十名學(xué)生）則繼續(xù)使用學(xué)區(qū)傳統(tǒng)的、以教材為中心的講授型課程。本研究采用協(xié)方差分析（ANCOVA）方法，以學(xué)前標(biāo)準(zhǔn)化理科成績(jī)?yōu)閰f(xié)變量，對(duì)兩組學(xué)生在學(xué)年后的理科應(yīng)用技能表現(xiàn)性評(píng)估（PAASS）得分進(jìn)行比較。研究核心發(fā)現(xiàn)：在控制了先前學(xué)業(yè)水平后，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在理科應(yīng)用能力總分上顯著高于傳統(tǒng)班級(jí)控制組（F(1,277)=45.82,p<.001），效應(yīng)量（偏η2）達(dá)到中等到強(qiáng)水平。進(jìn)一步的子技能分析顯示，實(shí)驗(yàn)組在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析與解釋和基于證據(jù)的解決方案構(gòu)建三個(gè)維度上的優(yōu)勢(shì)尤為顯著。本研究結(jié)論認(rèn)為，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能更有效地促進(jìn)高中生將理科知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決復(fù)雜問題的實(shí)踐能力，為美國(guó)學(xué)區(qū)推動(dòng)基于深度學(xué)習(xí)的理科教育改革提供了有力的實(shí)證支持。關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，理科應(yīng)用能力，高中教育，準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，信息繭房二、引言在二十一世紀(jì)的知識(shí)經(jīng)濟(jì)和全球化挑戰(zhàn)下，社會(huì)對(duì)人才能力的需求已發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。批判性思維、復(fù)雜問題解決、協(xié)作與創(chuàng)新能力，已取代對(duì)孤立事實(shí)的機(jī)械記憶，成為衡量教育成功的核心標(biāo)準(zhǔn)。在這一宏觀背景下，全球的科學(xué)教育，特別是美國(guó)的高中理科教育，正經(jīng)歷一場(chǎng)深刻的范式轉(zhuǎn)型。長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)高中理科教學(xué)深受一英里寬，一英寸深的詬病，即過(guò)度強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)的覆蓋廣度，而忽視了知識(shí)的深度理解與實(shí)際應(yīng)用。學(xué)生可能熟知牛頓定律的公式或光合作用的化學(xué)方程式，卻無(wú)法運(yùn)用這些知識(shí)去解釋現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象或設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一個(gè)假設(shè)。這種知與行的脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)入高等教育或職場(chǎng)時(shí)，普遍缺乏解決真實(shí)、復(fù)雜問題所必需的綜合素養(yǎng)。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，美國(guó)近年來(lái)力推以新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（NGSS）為代表的教育改革。該標(biāo)準(zhǔn)的核心，是從傳統(tǒng)的知識(shí)習(xí)得轉(zhuǎn)向科學(xué)實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)學(xué)生必須像科學(xué)家一樣思考和像工程師一樣設(shè)計(jì)，將科學(xué)與工程實(shí)踐、跨學(xué)科核心概念和學(xué)科核心思想三個(gè)維度進(jìn)行深度融合。這一改革的最終目標(biāo)，正是培養(yǎng)學(xué)生的理科應(yīng)用能力。然而，標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)并不等同于實(shí)踐的成功。如何將這些先進(jìn)的理念，轉(zhuǎn)化為在公立學(xué)校課堂中可操作、可推廣的教學(xué)模式，成為了美國(guó)教育界面臨的巨大難題。在此背景下，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-BasedLearning,PBL）作為一種極具潛力的教學(xué)模式，重新受到了高度關(guān)注。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)法，它圍繞一個(gè)復(fù)雜的、真實(shí)的、具有挑戰(zhàn)性的驅(qū)動(dòng)性問題來(lái)組織學(xué)習(xí)活動(dòng)。學(xué)生在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)（數(shù)周甚至數(shù)月），進(jìn)行持續(xù)的探究、協(xié)作、反思，并最終創(chuàng)造出一個(gè)公開的、有形的產(chǎn)品或解決方案。理論上，這種教學(xué)模式天然地契合了培養(yǎng)應(yīng)用能力的目標(biāo)。它迫使學(xué)生跳出教科書的框架，主動(dòng)去獲取、篩選、整合和運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)，以解決一個(gè)沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的真實(shí)問題。然而，盡管項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的理論優(yōu)勢(shì)顯而易見，但在美國(guó)公立學(xué)區(qū)大規(guī)模推廣的實(shí)踐中，其有效性，特別是相較于傳統(tǒng)教學(xué)模式的比較優(yōu)勢(shì)，始終存在爭(zhēng)議。批評(píng)者認(rèn)為，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可能導(dǎo)致基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢固，且對(duì)教師能力和資源投入要求過(guò)高。因此，一個(gè)迫切需要回答的核心研究問題是：在真實(shí)的美國(guó)公立高中理科課堂環(huán)境中，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是否能夠顯著地提高學(xué)生的理科應(yīng)用能力？這種提升（如果存在的話）具體體現(xiàn)在哪些維度上？本研究旨在通過(guò)一項(xiàng)在美國(guó)大型公立學(xué)區(qū)開展的、為期一學(xué)年的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，正面回應(yīng)這一問題。本研究的目標(biāo)是：第一，在真實(shí)的教學(xué)情境中，比較項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)班級(jí)與傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)學(xué)生，在理科應(yīng)用能力上的差異。第二，通過(guò)對(duì)應(yīng)用能力子技能（如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)解釋等）的細(xì)分比較，揭示項(xiàng)目式學(xué)習(xí)發(fā)揮作用的具體機(jī)制。本研究的假設(shè)是，接受項(xiàng)目式學(xué)習(xí)干預(yù)的學(xué)生，其理科應(yīng)用能力（特別是在高階思維和實(shí)踐操作層面）的提升，將顯著優(yōu)于接受傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生。本文的結(jié)構(gòu)安排如下：首先對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、理科應(yīng)用能力和相關(guān)實(shí)證研究的文獻(xiàn)進(jìn)行綜述；其次詳細(xì)闡述本研究采用的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、研究對(duì)象、干預(yù)措施、測(cè)量工具和數(shù)據(jù)分析方法；接著呈現(xiàn)詳細(xì)的研究結(jié)果，并結(jié)合相關(guān)理論進(jìn)行深入討論；最后總結(jié)全文，指出研究局限，并對(duì)未來(lái)的研究與實(shí)踐提出展望。三、文獻(xiàn)綜述圍繞項(xiàng)目式學(xué)習(xí)及其教育效果的研究，在過(guò)去幾十年中經(jīng)歷了從理論倡導(dǎo)到實(shí)證檢驗(yàn)的演變。相關(guān)文獻(xiàn)主要集中在三個(gè)方面：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的理論構(gòu)建與核心要素、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)業(yè)成就的總體影響，以及其在科學(xué)教育領(lǐng)域的特定應(yīng)用。首先，在理論構(gòu)建層面，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)植根于約翰·杜威的實(shí)用主義教育哲學(xué)和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。杜威強(qiáng)調(diào)從做中學(xué)，認(rèn)為教育即生活，學(xué)校應(yīng)提供真實(shí)的社會(huì)情境讓學(xué)生解決問題。建構(gòu)主義則認(rèn)為，知識(shí)不是被動(dòng)接收的，而是學(xué)習(xí)者在與環(huán)境的互動(dòng)中主動(dòng)建構(gòu)的?，F(xiàn)代項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理論（如巴克教育研究院BIE/PBLWorks的模型）將其操作化為幾個(gè)核心要素：一個(gè)有意義的驅(qū)動(dòng)性問題；一個(gè)持續(xù)的探究過(guò)程；內(nèi)容的真實(shí)性；學(xué)生的發(fā)言權(quán)與選擇權(quán)；反思與修訂的循環(huán)；以及一個(gè)公開展示的產(chǎn)品。這些要素共同構(gòu)成了一個(gè)旨在促進(jìn)深度學(xué)習(xí)而非表層記憶的生態(tài)系統(tǒng)。其次，關(guān)于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)成就影響的實(shí)證研究，呈現(xiàn)出從喜憂參半到逐漸樂觀的趨勢(shì)。早期的研究，由于定義不清、測(cè)量工具不統(tǒng)一、研究設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)仍?，往往得出?fù)雜的甚至矛盾的結(jié)論。一些研究指出，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在提升學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、協(xié)作能力和自主學(xué)習(xí)能力方面有顯著優(yōu)勢(shì)，但在標(biāo)準(zhǔn)化考試所測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)掌握上，并不優(yōu)于甚至可能弱于傳統(tǒng)教學(xué)。然而，隨著研究方法的進(jìn)步，特別是近年來(lái)開展的大規(guī)模、長(zhǎng)周期的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)（RCT）或設(shè)計(jì)精良的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，越來(lái)越多的證據(jù)開始涌現(xiàn)。例如，盧卡斯教育研究基金會(huì)支持的一系列研究表明，高質(zhì)量的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)不僅能顯著提升學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)化考試成績(jī)（包括在低收入學(xué)生群體中），而且在培養(yǎng)二十一世紀(jì)技能（如批判性思維和協(xié)作）方面，其優(yōu)勢(shì)尤為突出。再次，在高中理科教育領(lǐng)域，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（NGSS）的理念高度契合，成為研究的焦點(diǎn)。NGSS的核心是實(shí)踐，要求學(xué)生不再是科學(xué)知識(shí)的消費(fèi)者，而是生產(chǎn)者。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的真實(shí)問題和持續(xù)探究過(guò)程，為學(xué)生提供了實(shí)踐NGSS所要求的提出問題與定義問題、開發(fā)與使用模型、規(guī)劃與開展調(diào)查、分析與解釋數(shù)據(jù)、構(gòu)建解釋與設(shè)計(jì)解決方案等關(guān)鍵能力提供了理想的平臺(tái)。相關(guān)的實(shí)證研究也開始從測(cè)量知識(shí)保留轉(zhuǎn)向測(cè)量概念遷移和科學(xué)實(shí)踐能力。研究發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能有效幫助學(xué)生建立起不同科學(xué)概念之間的聯(lián)系，并能將所學(xué)知識(shí)遷移到新的、非結(jié)構(gòu)化的問題情境中。盡管現(xiàn)有研究為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的有效性提供了日益增多的支持，但仍存在明顯的研究空白，這也是本研究的切入點(diǎn)。第一，對(duì)理科應(yīng)用能力的測(cè)量仍顯不足。許多研究雖聲稱測(cè)量了高階思維，但仍依賴于選擇題形式的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試，或教師主觀的評(píng)價(jià)量表。這些工具很難捕捉到學(xué)生在面對(duì)一個(gè)全新、復(fù)雜的真實(shí)問題時(shí)，所展現(xiàn)出的應(yīng)用能力，例如，設(shè)計(jì)一個(gè)合理可行的實(shí)驗(yàn)方案，或從一組混亂的真實(shí)數(shù)據(jù)中提煉證據(jù)、做出論證。第二，大規(guī)模、長(zhǎng)周期、基于真實(shí)公立學(xué)區(qū)環(huán)境的比較研究仍然稀缺。許多研究或是小規(guī)模的案例分析，或是短期的課程實(shí)驗(yàn)，其生態(tài)效度（ecologicalvalidity）有限。在一個(gè)大型公立學(xué)區(qū)中，面對(duì)多樣的學(xué)生群體和復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)約束（如課時(shí)、師資、標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試壓力），項(xiàng)目式學(xué)習(xí)相對(duì)于根深蒂固的傳統(tǒng)教學(xué)模式，其凈效應(yīng)究竟如何，亟需嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏?zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)回答。因此，本研究的創(chuàng)新之處和理論價(jià)值在于：首先，在測(cè)量工具上，本研究（假設(shè)）開發(fā)并使用了一套理科應(yīng)用技能表現(xiàn)性評(píng)估（PAASS），該評(píng)估工具模擬真實(shí)科研情境，要求學(xué)生進(jìn)行開放式的表現(xiàn)性任務(wù)，從而更直接、更精準(zhǔn)地測(cè)量本研究的核心因變量——理科應(yīng)用能力。其次，在研究設(shè)計(jì)上，本研究在美國(guó)一個(gè)真實(shí)的、具有代表性的大型公立學(xué)區(qū)環(huán)境中，開展了為期一整學(xué)年的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，樣本量較大，并通過(guò)協(xié)方差分析等統(tǒng)計(jì)手段嚴(yán)格控制了前測(cè)水平，其研究結(jié)果具有較高的生態(tài)效度和內(nèi)部效度。本研究旨在通過(guò)實(shí)證數(shù)據(jù)，彌合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的理論優(yōu)勢(shì)與大規(guī)模實(shí)踐效果之間的鴻溝，為美國(guó)乃至全球在高中理科教育中推行旨在提升應(yīng)用能力的教學(xué)改革，提供具體而堅(jiān)實(shí)的決策依據(jù)。四、研究方法本研究旨在通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)班級(jí)與傳統(tǒng)班級(jí)學(xué)生的學(xué)業(yè)表現(xiàn)，評(píng)估項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)法對(duì)美國(guó)高中生理科應(yīng)用能力的凈效應(yīng)。為了在真實(shí)的學(xué)校環(huán)境中最大限度地平衡內(nèi)部效度和生態(tài)效度，本研究采用了準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)中的非對(duì)等控制組前測(cè)—后測(cè)設(shè)計(jì)。本研究的實(shí)施地點(diǎn)（為本研究目的而假設(shè)）為美國(guó)中西部一個(gè)名為楓溪公立學(xué)區(qū)的大型郊區(qū)學(xué)區(qū)。該學(xué)區(qū)下轄二十所高中，學(xué)生群體在社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位（SES）和種族構(gòu)成上具有較好的代表性。學(xué)區(qū)管理層正考慮在全區(qū)推廣項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，因此批準(zhǔn)并配合了本項(xiàng)研究。研究樣本的選取采用了目的性抽樣與整群抽樣相結(jié)合的方式。首先，研究者從該學(xué)區(qū)的二十所高中里，選取了辦學(xué)規(guī)模、學(xué)生構(gòu)成和師資水平最為接近的十所綜合性高中。隨后，在這十所高中內(nèi)，選取了所有開設(shè)十年級(jí)生物和化學(xué)核心課程的班級(jí)。自愿參與此項(xiàng)教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)的二十位教師（每校兩位）及其所授班級(jí)（共四十個(gè)班級(jí)）被指定為實(shí)驗(yàn)組；其余的二十位按傳統(tǒng)方式教學(xué)的教師及其班級(jí)（共四十個(gè)班級(jí)）被指定為控制組。為避免教師選擇偏誤，在學(xué)年開始前，學(xué)生是按常規(guī)方式隨機(jī)分班進(jìn)入這些班級(jí)的。最終，本研究的有效樣本（即全程參與且數(shù)據(jù)完整的學(xué)生）共計(jì)二百八十名，其中實(shí)驗(yàn)組一百四十名（來(lái)自二十個(gè)班級(jí)），控制組一百四十名（來(lái)自二十個(gè)班級(jí)）。兩組學(xué)生在年齡、性別構(gòu)成、種族分布和前一學(xué)年的理科平均成績(jī)上無(wú)顯著差異。研究的核心干預(yù)是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程。實(shí)驗(yàn)組教師在研究開始前，接受了由巴克教育研究院（PBLWorks）提供的為期三周的密集專業(yè)培訓(xùn)，并在學(xué)年中獲得了持續(xù)的教學(xué)指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)組的課程完全基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式構(gòu)建，以NGSS標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)。例如，在生物課上，學(xué)生圍繞我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)一個(gè)可持續(xù)的城市生態(tài)系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)厮|(zhì)污染？這一驅(qū)動(dòng)性問題，開展為期一個(gè)季度的探究。他們需要實(shí)地取樣、查閱文獻(xiàn)、進(jìn)行水質(zhì)測(cè)試、建立生態(tài)模型，并最終向社區(qū)委員會(huì)提交一份包含數(shù)據(jù)分析和可行性建議的解決方案報(bào)告?？刂平M則采用楓溪學(xué)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)教學(xué)模式。該模式以州定課程標(biāo)準(zhǔn)和指定教材為核心，主要教學(xué)活動(dòng)包括教師講授、課堂筆記、課后習(xí)題、標(biāo)準(zhǔn)化單元測(cè)試和以驗(yàn)證性為主的食譜式實(shí)驗(yàn)。本研究的數(shù)據(jù)收集工具主要包括：1.前測(cè)（協(xié)變量）：所有學(xué)生在十年級(jí)開學(xué)初參加的楓溪學(xué)區(qū)理科標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)備測(cè)試成績(jī)。該測(cè)試由學(xué)區(qū)統(tǒng)一命題，主要測(cè)量學(xué)生對(duì)九年級(jí)理科基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，以控制兩組學(xué)生在理科學(xué)習(xí)上的初始水平。2.后測(cè)（因變量）：本研究的核心測(cè)量工具——理科應(yīng)用技能表現(xiàn)性評(píng)估（PAASS）。該評(píng)估（假設(shè)由本研究團(tuán)隊(duì)與學(xué)區(qū)測(cè)評(píng)專家共同開發(fā)）是一個(gè)時(shí)長(zhǎng)一百二十分鐘的在線表現(xiàn)性任務(wù)。它向?qū)W生呈現(xiàn)一個(gè)全新的、真實(shí)的科學(xué)情境（例如，一種新型農(nóng)作物在特定環(huán)境下生長(zhǎng)不良），并提供相關(guān)的背景資料和一組初步的（混亂的）數(shù)據(jù)。學(xué)生被要求完成一系列開放式任務(wù)，評(píng)估報(bào)告由兩位經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的獨(dú)立評(píng)分員根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（包括問題識(shí)別、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析與解釋、構(gòu)建論證與解決方案四個(gè)維度）進(jìn)行評(píng)分，信度（克隆巴赫系數(shù)）為百分之八十八。數(shù)據(jù)分析采用了定量統(tǒng)計(jì)方法。首先，對(duì)兩組學(xué)生的前測(cè)成績(jī)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，以確認(rèn)基線水平的可比性。其次，也是最核心的分析，本研究采用單因素協(xié)方差分析（ANCOVA）來(lái)檢驗(yàn)兩組學(xué)生在理科應(yīng)用技能表現(xiàn)性評(píng)估（PAASS）總分上的差異。在模型中，教學(xué)模式（項(xiàng)目式學(xué)習(xí)/傳統(tǒng)教學(xué)）為自變量，PAASS總分為因變量，學(xué)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)備測(cè)試成績(jī)?yōu)閰f(xié)變量。最后，對(duì)PAASS的四個(gè)子維度得分，重復(fù)進(jìn)行協(xié)方差分析，以探究教學(xué)模式對(duì)不同應(yīng)用技能維度的具體影響。五、研究結(jié)果與討論本研究的核心目標(biāo)是實(shí)證檢驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對(duì)美國(guó)高中生理科應(yīng)用能力的提升效果。通過(guò)對(duì)楓溪學(xué)區(qū)二百八十名十年級(jí)學(xué)生進(jìn)行為期一學(xué)年的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)干預(yù)，本研究獲得了清晰且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)果。（一）基線水平與描述性統(tǒng)計(jì)在進(jìn)行核心的協(xié)方差分析之前，本研究首先對(duì)實(shí)驗(yàn)組（項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，N=140）與控制組（傳統(tǒng)教學(xué)，N=140）在研究開始時(shí)的學(xué)區(qū)理科標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)備測(cè)試成績(jī)進(jìn)行了比較。獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組的平均分（M=78.52,SD=8.11）與控制組的平均分（M=79.14,SD=8.35）之間不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異（t(278)=-0.63,p=.53）。這一結(jié)果表明，盡管未采用完全隨機(jī)分組，但兩組學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)時(shí)的理科基礎(chǔ)知識(shí)水平基本相當(dāng)，這為后續(xù)的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)比較提供了良好的基線。在學(xué)年結(jié)束時(shí)，兩組學(xué)生均完成了理科應(yīng)用技能表現(xiàn)性評(píng)估（PAASS）。描述性統(tǒng)計(jì)顯示，實(shí)驗(yàn)組的原始平均分（M=87.95,SD=9.20）高于控制組的原始平均分（M=80.03,SD=9.88）。（二）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對(duì)理科應(yīng)用能力總體效果的協(xié)方差分析為了在統(tǒng)計(jì)上更精確地排除前測(cè)水平可能帶來(lái)的干擾，本研究進(jìn)行了單因素協(xié)方差分析（ANCOVA）。在模型中，教學(xué)模式（實(shí)驗(yàn)組/控制組）為自變量，PAASS總分為因變量，前測(cè)成績(jī)?yōu)閰f(xié)變量。協(xié)方差分析的結(jié)果顯示，在控制了前測(cè)的理科基礎(chǔ)成績(jī)后，教學(xué)模式對(duì)學(xué)生后測(cè)的理科應(yīng)用能力得分具有極其顯著的主效應(yīng)（F(1,277)=45.82,p<.001）。這一效應(yīng)的強(qiáng)度（偏Eta平方，partialη2）為點(diǎn)一四二（.142），根據(jù)學(xué)術(shù)界的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，這已構(gòu)成一個(gè)中等到強(qiáng)大（medium-to-large）的效應(yīng)量。從調(diào)整后的邊際均值來(lái)看，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)組的調(diào)整后平均分（AdjustedM=87.80）顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)控制組的調(diào)整后平均分（AdjustedM=80.18）。這一核心結(jié)果清晰地表明，本研究的假設(shè)得到了強(qiáng)有力的支持：在美國(guó)公立高中理科教學(xué)中，為期一年的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)干預(yù)，確實(shí)能夠顯著地、大幅度地提升學(xué)生的理科應(yīng)用能力，其效果遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的、以教材為中心的教學(xué)模式。（三）對(duì)理科應(yīng)用能力子維度的深入分析為了進(jìn)一步探究項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為什么有效，本研究對(duì)PAASS評(píng)估所考察的四個(gè)理科應(yīng)用子技能維度——問題識(shí)別、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析與解釋以及構(gòu)建論證與解決方案——分別進(jìn)行了協(xié)方差分析（同樣以前測(cè)成績(jī)?yōu)閰f(xié)變量）。分析結(jié)果呈現(xiàn)出一個(gè)更具啟發(fā)性的圖景：1.在問題識(shí)別維度（即從復(fù)雜情境中提煉出可供研究的科學(xué)問題），兩組的調(diào)整后均值差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F(1,277)=1.98,p=.16）。2.在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)維度（即學(xué)生能否設(shè)計(jì)出一個(gè)包含合理變量控制、可操作、可重復(fù)的調(diào)查方案），實(shí)驗(yàn)組（AdjustedM=22.5/25）顯著優(yōu)于控制組（AdjustedM=18.9/25），具有強(qiáng)大的主效應(yīng)（F(1,277)=31.44,p<.001）。3.在數(shù)據(jù)分析與解釋維度（即學(xué)生能否從原始、混亂的數(shù)據(jù)中篩選有效信息、發(fā)現(xiàn)模式并做出合理解釋），實(shí)驗(yàn)組（AdjustedM=21.8/25）顯著優(yōu)于控制組（AdjustedM=18.1/25），主效應(yīng)同樣非常顯著（F(1,277)=28.79,p<.001）。4.在構(gòu)建論證與解決方案維度（即學(xué)生能否基于數(shù)據(jù)證據(jù)，構(gòu)建一個(gè)有邏輯的科學(xué)論證，并提出一個(gè)創(chuàng)新的、可行的解決方案），實(shí)驗(yàn)組（AdjustedM=21.6/25）也顯著優(yōu)于控制組（AdjustedM=19.0/25），具有顯著主效應(yīng)（F(1,277)=19.55,p<.001）。（四）討論：從知識(shí)的消費(fèi)者到知識(shí)的生產(chǎn)者本研究的結(jié)果為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在理科教育中的應(yīng)用價(jià)值提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)證支持。其核心貢獻(xiàn)在于，它清晰地揭示了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)教學(xué)在培養(yǎng)目標(biāo)上的根本差異，并證實(shí)了前者在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用能力這一目標(biāo)上的優(yōu)越性。首先，關(guān)于總體效果的討論。協(xié)方差分析所顯示的巨大效應(yīng)量（F=45.82）是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的一次重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)教學(xué)法植根于行為主義和（早期的）認(rèn)知主義，其隱含假設(shè)是：學(xué)生必須先獲取知識(shí)，然后才能（在遙遠(yuǎn)的未來(lái)）應(yīng)用知識(shí)。這種獲取—應(yīng)用相分離的模式，導(dǎo)致了本研究中控制組的困境：他們或許掌握了教材上的知識(shí)點(diǎn)，但在PAASS所模擬的非結(jié)構(gòu)化真實(shí)問題面前，他們?nèi)狈⑦@些惰性知識(shí)調(diào)動(dòng)起來(lái)、加以運(yùn)用的策略性能力。相比之下，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)源于建構(gòu)主義理論，其核心假設(shè)是知識(shí)在應(yīng)用中習(xí)得。在實(shí)驗(yàn)組的城市水質(zhì)項(xiàng)目中，學(xué)生不是在學(xué)習(xí)關(guān)于生態(tài)、化學(xué)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的知識(shí)，而是在使用這些知識(shí)來(lái)解決一個(gè)迫切的真實(shí)問題。PAASS評(píng)估的恰恰是這種使用知識(shí)的能力。因此，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在PAASS上的高分，并非一種意外的遷移，而是對(duì)其在過(guò)去一年中日常學(xué)習(xí)活動(dòng)的直接反映。他們的學(xué)習(xí)過(guò)程與評(píng)估過(guò)程在認(rèn)知要求上是高度一致的。其次，關(guān)于子維度差異的深入討論。子技能分析的結(jié)果（在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和構(gòu)建方案上的顯著優(yōu)勢(shì)）極為關(guān)鍵，它精準(zhǔn)地描繪了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的作用機(jī)制。為什么在問題識(shí)別上沒有差異？這可能是因?yàn)閮山M學(xué)生（作為十年級(jí)學(xué)生）在定義一個(gè)大問題方面的能力還相對(duì)初階，或者PAASS的該維度測(cè)量不夠靈敏。但更重要的是，這反襯出后三個(gè)維度的巨大差異。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的巨大提升，是本研究最重要的發(fā)現(xiàn)之一。在傳統(tǒng)教學(xué)的食譜式實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生是程序的執(zhí)行者，他們按部就班地操作，變量、步驟、乃至結(jié)果都是預(yù)先設(shè)定的。而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（如本研究中的干預(yù)）則要求學(xué)生成為設(shè)計(jì)者。他們必須自己面對(duì)我們?nèi)绾螠y(cè)量水質(zhì)對(duì)生物的影響？這樣的驅(qū)動(dòng)性問題，他們必須自己去爭(zhēng)論到底應(yīng)該控制哪些變量、設(shè)置多少個(gè)取樣點(diǎn)、采用什么檢測(cè)方法。這種設(shè)計(jì)者的認(rèn)知負(fù)荷遠(yuǎn)高于執(zhí)行者，但也正是這種高負(fù)荷的有益困難，鍛煉了他們控制變量和系統(tǒng)思考的核心科學(xué)能力。數(shù)據(jù)分析與解釋能力的提升也遵循同樣的邏輯?？刂平M學(xué)生接觸的是教科書上經(jīng)過(guò)凈化和簡(jiǎn)化的理想數(shù)據(jù)；而實(shí)驗(yàn)組學(xué)生接觸的是他們自己收集的、充滿噪音和不確定性的真實(shí)數(shù)據(jù)。后者更接近真實(shí)科研，迫使學(xué)生去學(xué)習(xí)如何處理混亂，如何在不完美的信息中尋找證據(jù)模式。構(gòu)建論證與解決方案能力的提升，則歸功于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的真實(shí)性和公開產(chǎn)品要求。實(shí)驗(yàn)組學(xué)生知道他們的最終成果（如解決方案報(bào)告）是需要面向真實(shí)聽眾（如社區(qū)委員會(huì)）的，這使得他們的論證必須更嚴(yán)謹(jǐn)、更具說(shuō)服力，他們的方案必須更具可行性。而控制組學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，通常只是為了通過(guò)下一個(gè)單元測(cè)試，其認(rèn)知深度截然不同。（五）貢獻(xiàn)與啟示本研究的理論貢獻(xiàn)在于，它為杜威和建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論提供了一個(gè)當(dāng)代的、基于大規(guī)模數(shù)據(jù)的實(shí)證。它清晰地表明，做中學(xué)不僅僅是一種教育哲學(xué)，更是一種在認(rèn)知結(jié)果上（尤其是在高階應(yīng)用能力上）更優(yōu)越的教學(xué)策略。本研究也為美國(guó)新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（NGSS）的實(shí)施提供了路徑支持，證明了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)NGSS所倡導(dǎo)的科學(xué)與工程實(shí)踐的有效載（載）體。本研究的實(shí)踐啟示是明確的。對(duì)于楓溪學(xué)區(qū)及其他尋求提升學(xué)生二十一世紀(jì)技能的學(xué)區(qū)而言，本研究提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，支持其將教學(xué)資源從傳統(tǒng)的、以教材為中心的模式，向高質(zhì)量的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式傾斜。然而，本研究也隱含了一個(gè)前提：實(shí)驗(yàn)組的教師是經(jīng)過(guò)密集專業(yè)培訓(xùn)的。這提示我們，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的成功推廣，其瓶頸不在于學(xué)生，而在于教師。它要求教師從知識(shí)的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄康囊龑?dǎo)者和項(xiàng)目的管理者。因此，任何旨在推廣項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的改革，都必須伴隨著對(duì)教師的、持續(xù)的、高質(zhì)量的專業(yè)發(fā)展投入。此外，本研究（假設(shè)）開發(fā)的PAASS評(píng)估工具，也為學(xué)區(qū)提供了一種指揮棒式的引導(dǎo)。如果一個(gè)學(xué)區(qū)真正重視應(yīng)用能力，那么它就必須改革其評(píng)估體系，從多項(xiàng)選擇題轉(zhuǎn)向表現(xiàn)性任務(wù)，因?yàn)槟憧际裁?，學(xué)生就會(huì)學(xué)什么。六、結(jié)論與展望本研究旨在通過(guò)一項(xiàng)在美國(guó)大型公立學(xué)區(qū)開展的、為期一學(xué)年的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，嚴(yán)格檢驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對(duì)高中生理科應(yīng)用能力的提升效果。研究的核心結(jié)論是，與傳統(tǒng)的、以講授和教材為中心的教學(xué)模式相比，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）能夠顯著且大幅度地提高學(xué)生在理科領(lǐng)域的應(yīng)用能力。本研究的主要發(fā)現(xiàn)概括如下：第一，在控制了學(xué)生入學(xué)時(shí)的理科基礎(chǔ)知識(shí)水平后，協(xié)方差分析（ANCOVA）顯示，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在學(xué)年后的理科應(yīng)用技能表現(xiàn)性評(píng)估（PAASS）總分上，顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)控制組（F(1,277)