基于PBL的中學(xué)物理STEM教育實(shí)踐與思考

摘?要：STEM教育已經(jīng)成為世界性教育發(fā)展趨勢，僅僅依靠校本選修課或研究性學(xué)習(xí)等開展STEM教育是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，本文以《電阻的測量》為例，在學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用STEM教育理念與方法，挖掘基礎(chǔ)學(xué)科中可以“跨”的點(diǎn)，構(gòu)建一個項(xiàng)目，將項(xiàng)目和所學(xué)知識融合，作為與STEM教育課程的結(jié)合點(diǎn)，構(gòu)建項(xiàng)目，將項(xiàng)目和所學(xué)知識融合，以基于真實(shí)問題情境項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）推動跨學(xué)科的STEM教育的實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生利用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題的能力，提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育和人才培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）;STEM教育;物理教學(xué)實(shí)踐;物理核心素養(yǎng)

STEM教育作為一門跨學(xué)科的教育理念，已經(jīng)成為世界性教育發(fā)展趨勢，越來越多的人認(rèn)識到STEM教育的重要性，STEM課程的發(fā)展與推廣，是未來國家必定要發(fā)展和推動的。但是我國的國家性課程是分學(xué)科課程，僅僅依靠校本選修課或研究性學(xué)習(xí)等開展STEM教育是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如何尋找基礎(chǔ)教育的分學(xué)科教學(xué)和跨學(xué)科教學(xué)的STEM課程之間的平衡點(diǎn)，在學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用STEM教育理念與方法，挖掘基礎(chǔ)學(xué)科中可以“跨”的點(diǎn)，構(gòu)建一個項(xiàng)目，將項(xiàng)目和所學(xué)知識融合，作為與STEM教育課程的結(jié)合點(diǎn)，以基于真實(shí)問題情境項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）推動跨學(xué)科的STEM教育的實(shí)踐，把學(xué)到的零碎知識與過程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程，培養(yǎng)學(xué)生利用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題的能力，全面提升教育質(zhì)量。

一、?PBL和STEM教育解讀

STEM是科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，其中科學(xué)在于認(rèn)識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術(shù)和工程則是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界、實(shí)現(xiàn)對自然界的控制和利用、解決社會發(fā)展過程中遇到的難題;數(shù)學(xué)則作為技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。生活中發(fā)生的大多數(shù)問題需要應(yīng)用多種學(xué)科的知識來共同解決。

PBL（Problem-Based?Learning）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（也稱作問題式學(xué)習(xí)）：是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的教育方式。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，以學(xué)生為主體，學(xué)生在真實(shí)的問題情境中去積極地收集信息、獲取知識、探討方案，將知識學(xué)以致用，解決具有現(xiàn)實(shí)意義的問題，在探究和解決問題的過程中獲得基本知識和技能，關(guān)鍵能力和必備品格，其學(xué)習(xí)方式和教學(xué)目標(biāo)都是與當(dāng)前基礎(chǔ)教育教學(xué)改革相一致的。

二、?基于PBL的中學(xué)物理STEM教學(xué)實(shí)踐

九年級物理第十七章第三節(jié)的內(nèi)容是《電阻的測量》，教材內(nèi)容是教會學(xué)生利用電壓表和電流表測電阻。這是一個普通的操作性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需按照教材的指示，連接電路、測出定值電阻和小燈泡的電阻即可。我在STEM教學(xué)理念的指導(dǎo)下，進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：

（一）?根據(jù)需求，構(gòu)建項(xiàng)目

制作一個電阻為10Ω的定值電阻。

設(shè)計(jì)意圖：這個項(xiàng)目整合了教學(xué)內(nèi)容——影響電阻的大小的因素、定值電阻的特性、電阻的測量，滿足課程標(biāo)準(zhǔn)和價值導(dǎo)向;同時實(shí)現(xiàn)了物理觀念和應(yīng)用、科學(xué)探究和交流、科學(xué)思維和創(chuàng)新、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任等體現(xiàn)了物理學(xué)科的核心素養(yǎng)的提升。

（二）?分解項(xiàng)目，探討方案

提出問題1：什么叫定值電阻？電阻絲要選擇什么材料來制作？鐵絲？銅絲？鎳鉻合金絲？為什么？

提示：電流流過導(dǎo)體后，都會發(fā)熱，而溫度對導(dǎo)體的電阻有影響，不同材料的導(dǎo)體受溫度影響的情況不一樣，請查閱資料、收集信息，從而確定電阻絲的材料。

資料：不同材料的導(dǎo)體受溫度影響的情況：

純金屬材料制作的電阻，溫度升高時，電阻值明顯增大。

合金材料制作的電阻，溫度升高時，電阻值幾乎不變。

學(xué)生活動：收集信息，并確定定值電阻的材料。

提出問題2：如何確定電阻值？

學(xué)生活動：明確課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，查閱相關(guān)資料，以小組為單位展開討論，對知識進(jìn)行總結(jié)，設(shè)計(jì)測量電阻的實(shí)驗(yàn)方案。

教師活動：通過制定學(xué)習(xí)任務(wù)問題清單引導(dǎo)學(xué)生將已有的知識和經(jīng)驗(yàn)與當(dāng)前的任務(wù)建立連接，評估學(xué)生的理解程度和設(shè)計(jì)水平。

（三）?動手操作，反復(fù)調(diào)試

操作1：測量電阻的大小，計(jì)算需要截取電阻絲的長度。

學(xué)生活動：小組一起對給定的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行假設(shè)、檢測，應(yīng)用科學(xué)原理，按照實(shí)驗(yàn)方案測量一定長度的鎳鉻合金絲的電阻大小，應(yīng)用數(shù)學(xué)知識計(jì)算

10Ω的定值電阻所需要的鎳鉻合金絲長度。

教師活動：引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)和探究中學(xué)習(xí)。

操作2：如何繞制定值電阻，使它兼具實(shí)用性和美觀性？

學(xué)生活動：小組討論，設(shè)計(jì)定值電阻繞制和固定方案，修改設(shè)計(jì)方案并開始制作定值電阻。

教師活動：引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行深入地思考，運(yùn)用小組討論、頭腦風(fēng)暴等方式促進(jìn)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容和工程設(shè)計(jì)的理解。

操作3：測試原型，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、修正。

學(xué)生活動：測量所制作的定值電阻的阻值是否為10Ω，運(yùn)用所學(xué)知識對測量結(jié)果進(jìn)行修正，內(nèi)化知識，提升工程、技術(shù)素養(yǎng)。

教師活動：根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)制作成果，提出新問題，引導(dǎo)學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)，并對他們的制作過程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和評價。

（四）?項(xiàng)目展示，總結(jié)報(bào)告

學(xué)生活動：總結(jié)反思實(shí)驗(yàn)結(jié)果和心得;根據(jù)評價量化表進(jìn)行評價，確認(rèn)自己是否達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。

教師活動：通過詢問引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行交流、討論，更正迷失概念，促使學(xué)生將所學(xué)概念與更廣泛的情境相連;同時提供反饋，利用測量工具評價課程的成效。

（五）?拓展提升

實(shí)驗(yàn)室中小燈泡的燈絲是用純金屬材料還是合金材料制成的？如何分辨？

設(shè)計(jì)意圖：變式拓展，提出新問題，引導(dǎo)學(xué)生更深入地學(xué)習(xí);鞏固提升所學(xué)知識，使知識網(wǎng)絡(luò)化。

三、?教學(xué)思考

本節(jié)課結(jié)合了“科學(xué)探究”的思維和“工程設(shè)計(jì)”的實(shí)踐，以設(shè)計(jì)和探索為手段，運(yùn)用科學(xué)與數(shù)學(xué)的思想，通過應(yīng)用技術(shù)手段，在解決實(shí)際問題中進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中整合跨學(xué)科的知識，通過動手實(shí)踐解決任務(wù)，將物理知識和生活實(shí)際相結(jié)合，使知識融會貫通并得到應(yīng)用。

（一）?項(xiàng)目的構(gòu)建是關(guān)鍵

教師在確立項(xiàng)目時，可能會遇到所選的項(xiàng)目與教科書編排不匹配，跨度較大，操作性不強(qiáng)等問題。確立項(xiàng)目要基于課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生經(jīng)驗(yàn)。在確立項(xiàng)目時，要多維度系統(tǒng)考慮該項(xiàng)目是否涵蓋核心知識，是否承載學(xué)科思想方法和學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，是否貼近社會和生活，是否真實(shí)且有意義，學(xué)生是否感興趣，是否具有可操作性。教師的任務(wù)不再是簡單地引導(dǎo)學(xué)生得出預(yù)定答案，而是要求教師能夠?qū)滩倪M(jìn)行重組、教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式進(jìn)行重構(gòu)，教學(xué)觀念由教授者轉(zhuǎn)變成學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、激發(fā)者。因此，對教師知識儲備的深廣度、駕馭課堂的能力、創(chuàng)新能力都提出了更高的要求。所以，教師在日常工作中要多學(xué)習(xí)，完善和豐富自己的知識體系。

（二）?做好項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程的培訓(xùn)和指導(dǎo)

1.?在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中學(xué)生需要具備分工合作、交流表達(dá)等技能，老師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理分工，主動承擔(dān)小組責(zé)任。

2.?項(xiàng)目式學(xué)習(xí)需要培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、媒體素養(yǎng)和技術(shù)素養(yǎng)，老師要培訓(xùn)學(xué)生如何通過百度百科、Google等進(jìn)行快速的信息檢索，并引導(dǎo)學(xué)生對信息進(jìn)行歸納總結(jié)。

（三）?開展系統(tǒng)性的多元化評價

基于PBL的STEM教育，學(xué)習(xí)結(jié)果往往是一項(xiàng)作品，或者是解決問題的方案，要探索多樣化的課程評價機(jī)制和評價技術(shù)策略，多方面展開多元評價，按調(diào)查研究、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析、反思與總結(jié)等過程以及結(jié)果（作品或方案的創(chuàng)意）開展自我評價、小組評價、老師評價結(jié)合，團(tuán)體評價和個體評價結(jié)合。

（四）?統(tǒng)籌安排課內(nèi)、課外任務(wù)

基于PBL的STEM教育，是以學(xué)生為中心，開放性較大，需要圍繞一個項(xiàng)目主題，連續(xù)性地通過一系列課時來組織教學(xué)，但現(xiàn)行初中物理課一般沒有連堂課，課時設(shè)置有限，導(dǎo)致教學(xué)時間緊張，甚至有些環(huán)節(jié)來不及完成，所以要統(tǒng)籌安排課上和課下任務(wù)，課上開展核心活動，如匯報(bào)、交流、實(shí)驗(yàn)等功能價值更大的活動，課下完成學(xué)生能夠自己完成的如查閱資料，總結(jié)性質(zhì)及自我評價等活動。

總之，只有在學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用STEM教育理念與方法，挖掘基礎(chǔ)學(xué)科中可以“跨”的、能與STEM教育結(jié)合的點(diǎn)，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）推動跨學(xué)科的STEM教育的實(shí)踐，才能真正實(shí)現(xiàn)STEM教育在國家性課程中快速落地生根。

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作者簡介：聶新權(quán)，廣東省廣州市，廣州市增城區(qū)增城中學(xué)。