結合STEAM、PBL和布魯姆等教育理念的初中科學復習課設計

楊芳 李星潘

摘 ?要：新課完成了初級認知階段，復習課則是學習進行到了高級認知階段，但當前的主流復習課缺乏以高階思維能力培養(yǎng)為目的的教學設計。本文充分結合STEAM、PBL和布魯姆教育目標分類法等教育理念，設計了以電磁為主題的“汽車信號燈電路設計”復習課教學實例。教案展示了一種通過創(chuàng)建初中科學STEAM情境的復習課，同時結合PBL的問題驅動教學方法，培養(yǎng)學生分析、綜合和評價等高階思維能力的具體方法。

關鍵詞：STEAM;PBL;布魯姆;高階思維;初中科學;復習課;教學設計

引言：

STEAM是當下發(fā)展相當紅火的一種重實踐的綜合教育理念，起源于美國，由科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、人文（Arts）和數(shù)學（Mathematics）五個單詞首字母拼成。2015年，教育部辦公廳《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》的通知首次提出要“探索STEM教育、創(chuàng)客教育等新的教育模式，使學生具有較強的信息意識與創(chuàng)新意識”。2017年，教育部新課標《義務教育小學科學課程標準》的推出則標志著在我國STEAM框架雛形的初現(xiàn)。2018年，由上海教育出版社和德稻教育集團聯(lián)合策劃的《設計我們的海綿社區(qū)》新書發(fā)布，標志著國內首本STEAM項目教學指導叢書正式出爐。但是國內STEAM教育時間不長，教育模式，教育課程，師資，素養(yǎng)都還很缺乏，國家資源頂層設計，推動措施，投入資源都還比較匱乏。所以國內STEAM教育還處于探索期，任重而道遠。[1-2]

本杰明·布魯姆（Benjamin Bloom）1956年發(fā)表文章《教育目標分類：認知領域》，認為思維有知識、理解、應用、分析、綜合、評估等六種級別，前三種為初級認知，后三種為高級認知，也常稱為高階思維。當學生通過新課完成知識的初級認知階段后，基于STEAM教育理念設計的復習課就特別適合于培養(yǎng)學生的高階思維能力。但當前初中科學主流復習課仍停留在對知識點的歸納、總結、查漏補缺等初級認知水平階段;甚至還有教師用大量試題“綁架”課堂，學生用“刷題”代替總結內化等現(xiàn)象。[3-4]

PBL（Problem-Based Learning）教學模式是一套設計學習情境的完整方法，把學習置于復雜的、有意義的問題情境中，以問題為驅動來學習隱含于問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。該理論最早起源于20世紀50年代的醫(yī)學教育，目前已經(jīng)深度融入主流新課教學中，是一種培訓學生高級思維能力的有效方法，但在復習課中仍缺乏運用。[5]

筆者正是為了給中學科學課堂STEAM理念的教案素材增磚添瓦，探討培訓學生高階思維能力的教學方法;所以嘗試設計了以電磁為主題的“汽車信號燈電路設計”復習課教案。該教案展示了一種通過創(chuàng)建初中科學STEAM情境的復習課，同時結合PBL的問題驅動教學方法，培養(yǎng)學生分析、綜合和評價等高階思維能力的具體方法;該教學設計還能充分調動課堂的活力，激發(fā)學生的學習熱情，提高學生的科學素養(yǎng)。

1以電磁為主題的“汽車信號燈電路設計”復習課設計實例

1.1 教學模式和目標

創(chuàng)建“汽車信號燈電路設計”的STEAM情境;通過PBL法引導學生分析該情境的實際問題需求，綜合設計各類解決方案;最后評價實際問題解決效果，總結歸納鞏固電磁主題的知識要點;以達到培養(yǎng)提高學生高階思維能力的目的。

1.2 教學具體流程

1.2.1創(chuàng)設STEAM情境

老師通過最近中美貿易摩擦新聞的討論引出自主知識產權的重要，進一步引出以初中生現(xiàn)有的電磁學知識設計“汽車轉向燈信息電路圖”的STEAM情境任務;培養(yǎng)學生高階思維和解決實際問題能力，激發(fā)學習欲望和愛國情懷。

1.2.2 PBL法提出中心問題

老師根據(jù)創(chuàng)設的STEAM情境引導學生分析出“汽車轉向燈信息系統(tǒng)”的四種狀態(tài)需求：①不警示狀態(tài)——直行時，雙側轉向燈都不亮;②左轉警示狀態(tài)——左轉彎時，僅左側轉向燈亮;③右轉警示狀態(tài)——右轉彎時，僅右側轉向燈亮;④駐車警示狀態(tài)——臨時停車時，雙側轉向燈都交替閃爍。進一步引導學生思考如下幾個科學問題。

問題1：如何設計汽車轉向燈電路圖實現(xiàn)四種信號燈狀態(tài)的轉換？

問題2：如何設計汽車轉向燈電路圖實現(xiàn)轉向燈的交替閃爍？

1.2.3綜合分析解決問題

在學生自主充分思考和設計后，老師通過布置如下四個任務引導學生一步步解決實際問題，讓學生像科學家，工程師一樣思考問題，探索問題，解決問題;培養(yǎng)學生分析、綜合和評價等高階思維能力。

任務一：請選擇符合汽車四種信號燈狀態(tài)轉換要求的電路圖。

任務二：請參考“電鈴”原理圖，思考設計能實現(xiàn)轉向燈自動“交替閃爍”發(fā)光的電路圖。

任務三：請對如下四種實現(xiàn)轉向燈交替閃爍的電路方案進行評價并選擇最優(yōu)方案。

任務四：根據(jù)下圖提供的信息，請計算汽車轉向燈電路R0的阻值。

1.2.4歸納總結鞏固電磁學知識要點

老師通過上面運用PBL法引導學生完成STEAM情境下的“汽車信號燈電路設計”后，學生已經(jīng)能夠把所學知識運用于解決實際問題。在此基礎上，老師再進一步引導學生進行電磁知識要點的梳理、歸納和總結，就可以起到很好地鞏固學習的作用。如此，即培養(yǎng)了學生的高階思維能力，又完美地完成了復習課的學習目標。

2 以電磁為主題的“汽車信號燈電路設計”復習課設計實例的反思

STEAM、PBL和布魯姆等教育理念是相輔相成的。布魯姆教育目標分類法指明了學生認知領域的漸進層次，讓教育者知道完成了初級認知階段的教學后要側重于學生高階思維能力的培養(yǎng)教學。運用STEAM理念創(chuàng)設了一個綜合的實際問題情境下，PBL教學法完成了從實際問題到解決方案的教學過程。

結合STEAM、PBL和布魯姆等教育理念的教學方法，是讓學生像科學家、工程師、創(chuàng)客一樣思考、探索、解決問題。我國工業(yè)4.0象征著工業(yè)的發(fā)展，它是一個更高階段的智能生產過程，需要更多的綜合型人才。通過STEAM、PBL和布魯姆等教育理念相結合的教育方法培養(yǎng)下一代人才勢在必行。

筆者以電磁為主題的“汽車信號燈電路設計”復習課設計，正是在STEAM、PBL和布魯姆等教育理念的指導下完成的。該教學案例豐富了中學科學課堂STEAM理念的教案素材，探討培訓學生高階思維能力的一種具體教學方法。當然，該教學案例是筆者融合STEAM、PBL和布魯姆等教育理念的初次嘗試，還存在一些不足之處，需要教育界的同行幫忙拓展完善。

參考文獻

[1] ?陳柯.基于STEAM教育理念的科學教師專業(yè)能力培養(yǎng)[J].湖北開放職業(yè)學院學報，2019，32（05）：21-22.

[2] ?胡衛(wèi)平，首新，陳勇剛.中小學STEAM教育體系的建構與實踐[J].華東師范大學學報（教育科學版），2017，35（04）：31-39+134.

[3] ?陶文省.高階思維視域下的初中科學探究性問題設計[J].華夏教師，2019（08）：57-58.

[4] ?陳慶旦.基于高階思維能力培養(yǎng)的初中科學問題串教學分析[J].課程教育研究，2019（03）：166.

[5] ?薛仕靜.初中科學PBL新課教學范式的實踐探索[J].生物學教學，2018，43（10）：20-21.