PBL+LBL雙軌教學(xué)法在STEM教學(xué)中的實(shí)踐

蔡敬軒 黃福裕

摘要PBL教學(xué)法是一種基于問題的教學(xué)方法，其靈活、開放的教學(xué)活動能激發(fā)學(xué)生的積極性，有利于引發(fā)學(xué)生高層次思維活動。LBL教學(xué)法是一種以教師授課，學(xué)生聽課為主的傳統(tǒng)教學(xué)方式。本文以來自荷蘭的Schmidt教授和Moust教授所提出的PBL循環(huán)發(fā)展模型為基準(zhǔn)，基于小學(xué)科學(xué)課堂教育，開展PBL+LBL雙軌教學(xué)法的效果對比，摸索適應(yīng)國內(nèi)環(huán)境的STEM教學(xué)模式，得出適用于小學(xué)的PBL教學(xué)流程圖，并以此開展教學(xué)實(shí)踐研究。

關(guān)鍵詞 PBL+LBL 雙軌教學(xué)法 課時 互動 課程效果

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.028

Practice of PBL + LBL Dual Track Teaching Method in STEM Teaching

——Take "steel ball crossing slope" as an example

CAI Jingxuan[1]， HUANG Fuyu[2]

（[1] Minli Primary School， Xiamen， Fujian 361004；[2] The Primary School Attached To Xiamen Foreign Language School， Xiamen， Fujian 361004）

Abstract： PBL teaching method is a kind of problem-based teaching method. Its flexible and open teaching activities can stimulate students’ enthusiasm and help to trigger students’ high-level thinking activities. LBL teaching method is a kind of traditional teaching method that teachers teach and students listen. Based on the PBL cycle development model proposed by Professor Schmidt and Professor Moust in the Netherlands， this pa？ per carries out the effect comparison of PBL + LBL dual track teaching method based on primary school sci？ ence classroom education， explores the stem teaching mode adapting to the domestic environment， obtains the PBL teaching flow chart suitable for primary school， and carries out the teaching practice research.

Keywords： PBL + LBL dual track teaching method； lesson； interaction； course effect

STEM教育有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識、批判性思維、信息技術(shù)能力等，直接影響著學(xué)生的終身發(fā)展。縱觀當(dāng)前國內(nèi)學(xué)校STEM教育開展的形式主要有三種：第一，嘗試在必修課程滲透或者開設(shè)選修課程；第二，在技術(shù)類課程中借用工程情境運(yùn)用科學(xué)和數(shù)學(xué)知識解決問題；第三，在各級創(chuàng)客類比賽平臺上推行。后兩者由于技術(shù)和資金投入問題，參與的學(xué)校和學(xué)生數(shù)占比較小，只有把STEM融入必修課程，才能保證全體學(xué)生參與，才能確保STEM教育惠及每位學(xué)生。本文基于小學(xué)科學(xué)課堂在滲透STEM教育中，開展PBL+LBL雙軌教學(xué)法的效果對比，摸索適應(yīng)國內(nèi)環(huán)境的STEM教學(xué)模式。

PBL+LBL雙軌教學(xué)法的作用及必要性

國內(nèi)科學(xué)課堂所使用的教學(xué)法可歸結(jié)為PBL與LBL兩種。PBL教學(xué)法是一種基于問題的教學(xué)方法，其靈活、開放的教學(xué)活動能激發(fā)學(xué)生的積極性，有利于引發(fā)學(xué)生高層次思維活動。LBL教學(xué)法是一種以教師授課，學(xué)生聽課為主的傳統(tǒng)教學(xué)方式。通過教師對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行全面系統(tǒng)的講授，保證知識的系統(tǒng)性和一致性，有利于學(xué)生記憶和掌握知識，是目前大班教學(xué)的主流教學(xué)方法。

國內(nèi)科學(xué)課堂課時有限，適合STEM教學(xué)的PBL教學(xué)模式課時消耗較大，而相對節(jié)約課時的LBL教學(xué)模式無法運(yùn)用“技術(shù)”與“工程”解決問題，不太適用于STEM教學(xué)，因而單一的PBL或LBL教學(xué)模式都不適合國內(nèi)STEM教學(xué)。

丹麥奧爾堡大學(xué)的Kolmos和Holgaard經(jīng)多年實(shí)踐，提出：在單門課程的小范圍內(nèi)，可以通過規(guī)劃調(diào)節(jié)部分傳統(tǒng)授課的時間來做項(xiàng)目，即在單門學(xué)科內(nèi)結(jié)合LBL與PBL，實(shí)現(xiàn)雙軌教學(xué)。但是在實(shí)際教學(xué)中，什么樣的實(shí)施方式才能有較好的教學(xué)效果呢？于是我們開展以下實(shí)踐探索。

PBL+LBL雙軌教學(xué)結(jié)合模式

本文以來自荷蘭的Schmidt教授和Moust教授所提出的PBL循環(huán)發(fā)展模型（如圖1）為基準(zhǔn)，進(jìn)行本土化改良，得出適用于小學(xué)的PBL教學(xué)流程圖（如圖2），并以此開展教學(xué)實(shí)踐研究。

PBL教學(xué)流程相對封閉，因而LBL融入PBL的方式只有兩種：第一種是先使用LBL教理論知識，再通過PBL開展工程項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，筆者將這種結(jié)合方式命名為LBL-PBL，教學(xué)流程如圖3；第二種是先通過PBL開展工程項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，再使用LBL教理論知識，最后再讓學(xué)生使用PBL完善項(xiàng)目，筆者將這種結(jié)合方式命名為PBL-LBL，教學(xué)流程如圖4。

“LBL-PBL”與“PBL-LBL”教學(xué)效果對比

為更科學(xué)有效地比較兩種教學(xué)模式，筆者選擇“鋼珠過坡”為教學(xué)內(nèi)容，以四年級不同班級的學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對象，對比相同課時下不同教學(xué)模式的教學(xué)效果。

1.LBL-PBL授課實(shí)踐

（1）傳授理論（2課時）

教師以LBL教學(xué)法通過“蘋果為什么落地”向?qū)W生傳授引力相關(guān)知識，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)地球上的物體都會受到引力的作用，并可能因此而改變其運(yùn)動狀態(tài)；再通過“摩擦力的秘密”向?qū)W生傳授摩擦力相關(guān)知識，讓學(xué)生明白物體在運(yùn)動時，會受摩擦力的影響而減速。

（2）第一輪PBL教學(xué)（1課時）

提出問題：教師以兩個連續(xù)的過山車上坡視頻導(dǎo)入情境，進(jìn)而出示工程項(xiàng)目：使用過山車課程項(xiàng)目材料搭建上坡高度為18厘米的軌道，要求鋼珠可以翻越而過。

分析問題：教師拋出問題——搭建這樣的軌道，我們需要注意什么。學(xué)生小組討論后匯報得出以下三個注意事項(xiàng)：第一，確保上、下坡軌道處于同一平面避免鋼珠脫離軌道；第二，上坡與下坡的傾斜度不可過陡；第三，控制下坡高度。

解決問題：基于上述三個注意事項(xiàng)，學(xué)生分組進(jìn)行設(shè)計(jì)并按照設(shè)計(jì)搭建軌道。

進(jìn)行驗(yàn)證：學(xué)生將鋼珠放入軌道進(jìn)行測試，驗(yàn)證是否成功解決問題。

（3）第二輪PBL教學(xué)（1課時）

提出問題：基于上輪實(shí)驗(yàn)失敗，學(xué)生自發(fā)提出問題：為什么鋼珠無法過坡。

分析問題：教師引導(dǎo)學(xué)生對比各組數(shù)據(jù)，讓學(xué)生分析對比數(shù)據(jù)，猜測可能是下坡高度不足導(dǎo)致。受課時限制，教師直接肯定學(xué)生的猜測。

解決問題：學(xué)生修改原有設(shè)計(jì)進(jìn)行搭建，該環(huán)節(jié)不少小組直接使用成功小組的數(shù)據(jù)修改設(shè)計(jì)。

進(jìn)行驗(yàn)證：將鋼珠放入軌道進(jìn)行第二輪測試，結(jié)果大部分學(xué)生成功完成挑戰(zhàn)。

2.PBL-LBL授課實(shí)踐

（1）第一輪PBL教學(xué)（1課時）

“先教后學(xué)”第一輪與PBL教學(xué)流程相同。

（2）PBL+LBL雙軌教學(xué)（3課時）

①教師引導(dǎo)提出問題，做出假設(shè)

教師提出問題：失敗的原因是什么？而后引導(dǎo)學(xué)生借助白板對比、分析成功組與失敗組的數(shù)據(jù)，猜測可能是下坡高度不足導(dǎo)致。

②分組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜測

教師引導(dǎo)學(xué)生借助現(xiàn)有軌道設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，而后介紹實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)比較同一軌道不同高度釋放的鋼珠能達(dá)到的上坡高度，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：鋼珠下坡高度與上坡高度成正比關(guān)系；下坡高度總是高于上坡，驗(yàn)證了之前的猜測。

③教師演示傳授理論

教師在現(xiàn)有軌道上安裝光電計(jì)時器開展演示實(shí)驗(yàn)：測量鋼珠過坡時速度的變化，使用LBL教學(xué)法總結(jié)提煉知識：受引力影響，鋼珠下坡加速，上坡減速，因此下坡高度與上坡高度成正比關(guān)系（對應(yīng)“蘋果為什么落地”）；鋼珠上坡與下坡時受摩擦力影響，導(dǎo)致下坡高度均高于上坡（對應(yīng)“摩擦力的秘密”）。

④PBL解決問題

學(xué)生分組修改原設(shè)計(jì)，由于時間充裕，教師引導(dǎo)學(xué)生分組匯報其設(shè)計(jì)，在此過程中，筆者發(fā)現(xiàn)包括優(yōu)勝小組在內(nèi)的多數(shù)小組都調(diào)整了下坡高度，個別下坡高度不足的小組，也在其他小組的建議下進(jìn)行了修改。

⑤PBL進(jìn)行驗(yàn)證

學(xué)生依據(jù)設(shè)計(jì)修改軌道并進(jìn)行第二次嘗試，結(jié)果大部分學(xué)生挑戰(zhàn)成功，僅個別小組需教師輔導(dǎo)。

兩種教學(xué)模式都用了4課時的時間，不同在于LBL-PBL先以2課時傳授相關(guān)理論，再以2課時開展PBL教學(xué)；而PBL-LBL先以1課時讓學(xué)生經(jīng)歷第一輪PBL教學(xué)，經(jīng)歷失敗以后，再以3課時開展PBL+LBL深度融合的雙軌教學(xué)。

不同模式下的課程效果對比

為確保兩種不同模式的教學(xué)效果對比有可靠的依據(jù)，筆者以師生互動次數(shù)、生生互動次數(shù)、學(xué)生提問次數(shù)與課后作業(yè)成績?yōu)樵u價標(biāo)準(zhǔn)來（見表1）制作不同教學(xué)效果對比表（見表2），從表中可以看出兩種教學(xué)模式各有優(yōu)劣。

LBL-PBL教學(xué)模式對常規(guī)科學(xué)課堂的影響較小，教師可完整傳授教材內(nèi)容，授課難度較低。而PBLLBL教學(xué)模式對常規(guī)科學(xué)課堂的影響較大，對教師的要求較高，教師須時刻依據(jù)學(xué)生實(shí)踐效果來制訂教學(xué)內(nèi)容并為學(xué)生“把脈”，剔除部分非必要的知識，提高課堂時效性，留更多的時間讓學(xué)生在各環(huán)節(jié)進(jìn)行自評、互評，較好地體現(xiàn)學(xué)生的主體性。此外，學(xué)生經(jīng)歷失敗，體會自身知識的欠缺，在好勝心的驅(qū)使下，他們會更積極地學(xué)習(xí)，先進(jìn)行的PBL還使學(xué)生有了具體的實(shí)踐經(jīng)歷，能以此積極參與課堂互動，課堂參與度明顯高于LBL-PBL。

皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為：小學(xué)生思維發(fā)展尚處于具體運(yùn)算階段，只能利用具體的事物、物體或過程來進(jìn)行思考。在LBL-PBL教學(xué)實(shí)踐中，LBL教學(xué)與具體事物相脫離，導(dǎo)致學(xué)生在PBL學(xué)習(xí)的過程中，難以在新情境中進(jìn)行知識的遷移。而PBL-LBL教學(xué)模式中，教師在LBL教學(xué)過程中能基于具體事物展開教學(xué)，輔助學(xué)生進(jìn)行“同化”與“順應(yīng)”，所獲得的知識是學(xué)生自主建構(gòu)的。

PBL-LBL雙軌教學(xué)法授課總結(jié)

1.精準(zhǔn)分工，學(xué)有所得

皮亞杰認(rèn)為：兒童關(guān)于外部世界的知識是在與周圍環(huán)境相互作用的過程中逐漸建構(gòu)的。因而在學(xué)生正式開展PBL學(xué)習(xí)之前，教師須對學(xué)生進(jìn)行分組，讓每位學(xué)生明確自身任務(wù)，確保每位學(xué)生都經(jīng)歷實(shí)踐，進(jìn)而保障他們都能在活動中自主建構(gòu)新知。

2.因材施教，巧搭支架

“先學(xué)后教”策略下，教師可通過第一輪PBL學(xué)習(xí)確定學(xué)生的實(shí)際發(fā)展水平，再依據(jù)學(xué)生的實(shí)際發(fā)展水平調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，給學(xué)生提供支架（包括示范、應(yīng)變管理、反饋、指導(dǎo)、提問和認(rèn)知建構(gòu)），使學(xué)生達(dá)到可能的發(fā)展水平，從而順利完成任務(wù)。與此同時教師可以在保障知識完整性的前提下，剔除學(xué)生已掌握的知識，壓縮LBL教學(xué)時長，釋放更多時間開展PBL教學(xué)。

3.精細(xì)評價，助力成長

PBL的任務(wù)主要是通過學(xué)生的自主探究和同伴合作來實(shí)現(xiàn)的，這既是一種方法，也是一種目的。但受傳統(tǒng)教學(xué)的影響，部分學(xué)生習(xí)慣于LBL教學(xué)模式，尚不適應(yīng)PBL教學(xué)模式，還表現(xiàn)出對教師較強(qiáng)的依賴性。基于此，教師可以建立精細(xì)的評價量表，保證學(xué)生在PBL學(xué)習(xí)的每個環(huán)節(jié)中都能有依據(jù)地開展自評與互評，減少學(xué)生對教師的依賴，凸顯學(xué)生的主體地位。