STEM理念下PBL教學(xué)模式在初中科學(xué)中的應(yīng)用

近年來(lái)，教育改革遍地開花，科學(xué)教育越來(lái)越重視在生活中的廣泛應(yīng)用和實(shí)踐，在此過(guò)程中，STEM教育脫穎而出，STEM教育大多從校本研究課程和課堂教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)等方面開展?；赑BL（項(xiàng)目）的STEM教學(xué)，以實(shí)際問(wèn)題為切入點(diǎn)，將知識(shí)貫穿于項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，使學(xué)生依托項(xiàng)目完成的同時(shí)，主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)體系。

一、STEM教學(xué)模式概述

（一）STEM教學(xué)模式的背景

STEM教學(xué)模式最早是由美國(guó)政府提出的教育倡議，是一種基于技術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程等的跨學(xué)科綜合性教育，是4門學(xué)科按照一定的邏輯和系統(tǒng)進(jìn)行交叉融合的跨學(xué)科學(xué)習(xí)方法。

雖然STEM教育在中國(guó)起步較晚，但政策推動(dòng)的速度與力度卻相當(dāng)驚人。2015年教育部印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃綱要》，指出要“積極探索STEM教育”，至此，STEM教育被正式列入教育部文件。2017年中國(guó)教科院在京成立STEM教育研究中心。2018年啟動(dòng)中國(guó)STEM教育2029年行動(dòng)計(jì)劃。2019年教科院宣布的《關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》中指出，注重加強(qiáng)STEM教育。當(dāng)前基礎(chǔ)教育階段，國(guó)內(nèi)基于STEM教育理念改進(jìn)學(xué)科教學(xué)的方向有兩個(gè)，一方面?zhèn)戎匾哉n堂教學(xué)為主，另一方面?zhèn)戎卣n外活動(dòng)項(xiàng)目。但對(duì)有中考?jí)毫Φ闹袑W(xué)生來(lái)說(shuō)，將STEM教育理念融入日常教學(xué)更為合適。初中科學(xué)的學(xué)科知識(shí)繁雜，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師的教學(xué)大多還是以講授為主，更多地停留在記憶科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和針對(duì)性解決各類題目上，學(xué)生的主體地位得不到很好體現(xiàn)，這就導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)始終停留在表面，無(wú)法使學(xué)生達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。

（二）STEM教學(xué)模式的意義

STEM教學(xué)模式致力于讓學(xué)生更深入地理解知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，提高學(xué)生自主探究的能力和動(dòng)手創(chuàng)造能力。它提倡新的教學(xué)方式：為學(xué)生設(shè)定一個(gè)目標(biāo)，在給定的材料中，利用與生活相關(guān)的知識(shí)，自己動(dòng)手制作出感興趣的作品。整個(gè)過(guò)程中學(xué)生積極主動(dòng)參與，深入思考，按照自己的想法進(jìn)行創(chuàng)造，與生活實(shí)際緊密聯(lián)系，讓學(xué)生在真實(shí)的情境中得到各項(xiàng)能力的提升，如解決問(wèn)題能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力、生生間的合作交流能力等。

二、STEM理念下PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式

PBL學(xué)習(xí)，是基于解決實(shí)際問(wèn)題的以學(xué)生為主體的教育模式。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以建構(gòu)主義理論、情境認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，通過(guò)開放式的問(wèn)題或者任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)小組合作交流，利用跨學(xué)科的知識(shí)解決問(wèn)題、完成任務(wù)。以下是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的模式：

在初中科學(xué)課堂教學(xué)中，依據(jù)“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”理念，設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的項(xiàng)目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)，解決一系列相關(guān)問(wèn)題，能使學(xué)生更好地自主構(gòu)建知識(shí)，提升科學(xué)核心素養(yǎng)。

三、STEM理念下PBL教學(xué)模式的應(yīng)用

對(duì)于“浮力”這塊內(nèi)容的教學(xué)，《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確要求：通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)阿基米德原理和浮沉條件，并解釋生產(chǎn)和生活中的常見現(xiàn)象。教學(xué)中學(xué)生的解答，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為“因?yàn)橐后w的密度變小，所以浮力變小”，雖然浮力內(nèi)容已經(jīng)反復(fù)復(fù)習(xí)、講解過(guò)，但是學(xué)生對(duì)漂浮時(shí)物體受到的浮力等于重力這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握依然不足。基于上述原因，我在STEM教學(xué)理念的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了如下教學(xué)過(guò)程，進(jìn)行課堂教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。以下的教學(xué)設(shè)計(jì)是在學(xué)生已學(xué)過(guò)浮力的基礎(chǔ)上，為了讓他們更深層地理解并應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。本節(jié)課以發(fā)展核心素養(yǎng)為目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)自制簡(jiǎn)易密度計(jì)這個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，包括項(xiàng)目提出、分解項(xiàng)目、制作模型和評(píng)價(jià)拓展等環(huán)節(jié)。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，構(gòu)建項(xiàng)目

情景：拿出一杯清水和一杯鹽水，讓學(xué)生通過(guò)不同方法區(qū)分它們。（學(xué)生的部分辦法：①取少量加熱，看是否有固體析出;②將一個(gè)雞蛋分別放入這兩杯液體中，觀察雞蛋在這兩杯液體中的浮沉情況;③準(zhǔn)備2個(gè)相同的蘿卜，挖兩個(gè)大小相同的洞，將兩種液體分別倒入，一段時(shí)間后觀察蘿卜的軟硬程度;④……⑤……）

【設(shè)計(jì)意圖】從實(shí)際情景出發(fā)，結(jié)合已學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的分析能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了科學(xué)探究和合作交流、科學(xué)思維和創(chuàng)新等，體現(xiàn)了科學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的提升。

（二）項(xiàng)目分解

提出問(wèn)題：能不能利用老師手中的一次性筷子、鐵絲等器材區(qū)分這兩種液體，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方案，并簡(jiǎn)單制作。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生以小組為單位，根據(jù)以上問(wèn)題討論方法，最后小組派代表進(jìn)行演示，組與組之間相互討論。（可以結(jié)合圖文輔助）

教師活動(dòng)：教師巡視，參與個(gè)別小組的交流討論。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)提供生活中的材料，調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生制作簡(jiǎn)易密度計(jì)，提高學(xué)生的知識(shí)遷移水平。

（三）設(shè)計(jì)方案，制作產(chǎn)品，評(píng)價(jià)交流

問(wèn)題1：請(qǐng)利用手邊的材料，粗略測(cè)出這杯鹽水的密度。

學(xué)生活動(dòng)：小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，并派小組代表演示，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量這杯鹽水的密度。提示1：為什么可以通過(guò)浸沒的長(zhǎng)短來(lái)判斷液體的密度？（原理是什么？）

提示2：利用手邊的材料，如水、刻度尺和簡(jiǎn)易的密度計(jì)，粗略測(cè)出這杯鹽水的密度。

教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，組織開展自制密度計(jì)活動(dòng)，促使學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)。

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生解決在實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，促使學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)。

問(wèn)題2：為什么同一杯鹽水測(cè)出的密度不相同？

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)每個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析誤差。（①?zèng)]有進(jìn)行多次測(cè)量;②刻度尺測(cè)量時(shí)會(huì)有偏差;③測(cè)完水中的長(zhǎng)度，沒有擦干又直接測(cè)鹽水的，會(huì)影響鹽水的密度;④筷子可能會(huì)吸水，改變自身的重力等。）

教師活動(dòng)：教師聆聽、補(bǔ)充，引導(dǎo)學(xué)生在討論中學(xué)習(xí)。

（四）優(yōu)化產(chǎn)品、展示產(chǎn)品

問(wèn)題1：請(qǐng)學(xué)生在自制的密度計(jì)（忽略鐵絲的體積）上定標(biāo)。（標(biāo)出1.2g/cm3、1.4g/cm3和1.6g/cm3的刻度位置，結(jié)果保留1位小數(shù)。）問(wèn)題2：根據(jù)結(jié)果概括密度計(jì)的刻度特點(diǎn)。

學(xué)生活動(dòng)：定標(biāo)。

教師活動(dòng)：巡視、檢查、修正學(xué)生定標(biāo)的結(jié)果。

【設(shè)計(jì)意圖】利用優(yōu)化產(chǎn)品，讓學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)遷移和應(yīng)用，通過(guò)展示產(chǎn)品，讓學(xué)生有更強(qiáng)的理解。

（五）拓展提升

提出問(wèn)題：請(qǐng)同學(xué)證明為什么自制密度計(jì)的刻度是不均勻的？（忽略鐵絲的體積）

學(xué)生活動(dòng)：證明。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)字母的推導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，豐富所學(xué)知識(shí)，使知識(shí)系統(tǒng)化，提升學(xué)生的思辨能力。

四、反思

本節(jié)課以“自制簡(jiǎn)易密度計(jì)”這個(gè)項(xiàng)目問(wèn)題為主線展開，圍繞項(xiàng)目構(gòu)建、分解，設(shè)計(jì)方案，制作、優(yōu)化、展示產(chǎn)品，評(píng)價(jià)與交流這幾個(gè)環(huán)節(jié)有序推進(jìn)，重點(diǎn)解決“如何制作簡(jiǎn)易密度計(jì)”這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)用密度計(jì)區(qū)分鹽水和清水，到粗測(cè)鹽水密度，再到給密度計(jì)定標(biāo)，最后證明密度計(jì)刻度不均勻的特點(diǎn)，更好地激活學(xué)生重組學(xué)科知識(shí)，使知識(shí)融會(huì)貫通。

STEM教學(xué)模式有重實(shí)踐、要?jiǎng)?chuàng)造的特點(diǎn)，在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生主動(dòng)參與，積極融入動(dòng)腦環(huán)節(jié)和動(dòng)手環(huán)節(jié);同時(shí)，也使學(xué)生在活動(dòng)中加深理解，提升綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。當(dāng)然，在事后回顧整個(gè)教學(xué)過(guò)程時(shí)，發(fā)現(xiàn)在評(píng)價(jià)學(xué)生時(shí)不夠精辟，對(duì)一些生成的問(wèn)題不能很好地抓住并利用。在整個(gè)課堂中，面向全體學(xué)生的提問(wèn)居多，而單獨(dú)提問(wèn)過(guò)少，這樣在課堂中給學(xué)生表現(xiàn)的機(jī)會(huì)太少，而且不利于學(xué)生思維的發(fā)散，難以碰撞出思維的火花。因此，教師要不斷地加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提升自己的素養(yǎng)，才能更好地引領(lǐng)學(xué)生全面發(fā)展。

五、建議

以下是我對(duì)STEM理念下PBL教學(xué)模式課程開發(fā)的一點(diǎn)建議：（1）并不是所有初中科學(xué)的教材內(nèi)容都適用該教學(xué)模式，構(gòu)建合適的項(xiàng)目要從項(xiàng)目是否貼近生活、是否有意義、是否能涵蓋科學(xué)核心知識(shí)，體現(xiàn)科學(xué)核心素養(yǎng)、是否對(duì)學(xué)生有吸引力等幾個(gè)方面來(lái)選擇。

（2）項(xiàng)目評(píng)價(jià)要多元化。評(píng)價(jià)可以從學(xué)生個(gè)人和小組多角度展開;評(píng)價(jià)不局限于最終結(jié)果，更要注重過(guò)程，從設(shè)計(jì)反饋等方面出發(fā)，也可以采用記錄過(guò)程表、在線學(xué)習(xí)行為記錄、隨堂測(cè)試等方式予以評(píng)估。

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作者簡(jiǎn)介：錢國(guó)美（1975—），女，漢族，浙江杭州人，本科，中學(xué)一級(jí)，研究方向：初中科學(xué)教學(xué)。