STEM理念下PBL教學模式在初中科學中的應用

近年來，教育改革遍地開花，科學教育越來越重視在生活中的廣泛應用和實踐，在此過程中，STEM教育脫穎而出，STEM教育大多從校本研究課程和課堂教學實踐活動等方面開展。基于PBL（項目）的STEM教學，以實際問題為切入點，將知識貫穿于項目設計中，使學生依托項目完成的同時，主動構建知識體系。

一、STEM教學模式概述

（一）STEM教學模式的背景

STEM教學模式最早是由美國政府提出的教育倡議，是一種基于技術、科學、數學、工程等的跨學科綜合性教育，是4門學科按照一定的邏輯和系統進行交叉融合的跨學科學習方法。

雖然STEM教育在中國起步較晚，但政策推動的速度與力度卻相當驚人。2015年教育部印發《教育信息化“十三五”規劃綱要》，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年中國教科院在京成立STEM教育研究中心。2018年啟動中國STEM教育2029年行動計劃。2019年教科院宣布的《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》中指出，注重加強STEM教育。當前基礎教育階段，國內基于STEM教育理念改進學科教學的方向有兩個，一方面側重以課堂教學為主，另一方面側重課外活動項目。但對有中考壓力的中學生來說，將STEM教育理念融入日常教學更為合適。初中科學的學科知識繁雜，在實際教學過程中，教師的教學大多還是以講授為主，更多地停留在記憶科學基礎知識和針對性解決各類題目上，學生的主體地位得不到很好體現，這就導致學生的學習始終停留在表面，無法使學生達到深度學習的目的。

（二）STEM教學模式的意義

STEM教學模式致力于讓學生更深入地理解知識、應用知識解決實際問題，提高學生自主探究的能力和動手創造能力。它提倡新的教學方式：為學生設定一個目標，在給定的材料中，利用與生活相關的知識，自己動手制作出感興趣的作品。整個過程中學生積極主動參與，深入思考，按照自己的想法進行創造，與生活實際緊密聯系，讓學生在真實的情境中得到各項能力的提升，如解決問題能力、實踐創新能力、生生間的合作交流能力等。

二、STEM理念下PBL項目式學習模式

PBL學習，是基于解決實際問題的以學生為主體的教育模式。項目式學習以建構主義理論、情境認知理論為基礎，通過開放式的問題或者任務，鼓勵學生通過小組合作交流，利用跨學科的知識解決問題、完成任務。以下是項目式學習的模式：

在初中科學課堂教學中，依據“項目式學習”理念，設計相關聯的項目任務，引導學生進行探究活動，解決一系列相關問題，能使學生更好地自主構建知識，提升科學核心素養。

三、STEM理念下PBL教學模式的應用

對于“浮力”這塊內容的教學，《義務教育科學課程標準》中明確要求：通過探究實驗認識阿基米德原理和浮沉條件，并解釋生產和生活中的常見現象。教學中學生的解答，多數學生認為“因為液體的密度變小，所以浮力變小”，雖然浮力內容已經反復復習、講解過，但是學生對漂浮時物體受到的浮力等于重力這個知識點的掌握依然不足。基于上述原因，我在STEM教學理念的指導下，設計了如下教學過程，進行課堂教學實踐活動。以下的教學設計是在學生已學過浮力的基礎上，為了讓他們更深層地理解并應用知識解決實際問題而設計的。本節課以發展核心素養為目標，創設自制簡易密度計這個項目任務，包括項目提出、分解項目、制作模型和評價拓展等環節。

（一）創設情境，構建項目

情景：拿出一杯清水和一杯鹽水，讓學生通過不同方法區分它們。（學生的部分辦法：①取少量加熱，看是否有固體析出;②將一個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準備2個相同的蘿卜，挖兩個大小相同的洞，將兩種液體分別倒入，一段時間后觀察蘿卜的軟硬程度;④……⑤……）

【設計意圖】從實際情景出發，結合已學知識，提高學生的分析能力，調動學生的學習積極性。項目實現了科學探究和合作交流、科學思維和創新等，體現了科學學科素養的提升。

（二）項目分解

提出問題：能不能利用老師手中的一次性筷子、鐵絲等器材區分這兩種液體，請設計方案，并簡單制作。

學生活動：學生以小組為單位，根據以上問題討論方法，最后小組派代表進行演示，組與組之間相互討論。（可以結合圖文輔助）

教師活動：教師巡視，參與個別小組的交流討論。

【設計意圖】通過提供生活中的材料，調動學生已有的知識和經驗，引導學生制作簡易密度計，提高學生的知識遷移水平。

（三）設計方案，制作產品，評價交流

問題1：請利用手邊的材料，粗略測出這杯鹽水的密度。

學生活動：小組合作，設計實驗步驟，并派小組代表演示，通過實驗測量這杯鹽水的密度。提示1：為什么可以通過浸沒的長短來判斷液體的密度？（原理是什么？）

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

教師活動：引導學生設計實驗方案，組織開展自制密度計活動，促使學生更深入地學習。

【設計意圖】引導學生解決在實際設計中遇到的問題，促使學生更深入地學習。

問題2：為什么同一杯鹽水測出的密度不相同？

學生活動：根據每個小組的實驗數據，分析誤差。（①沒有進行多次測量;②刻度尺測量時會有偏差;③測完水中的長度，沒有擦干又直接測鹽水的，會影響鹽水的密度;④筷子可能會吸水，改變自身的重力等。）

教師活動：教師聆聽、補充，引導學生在討論中學習。

（四）優化產品、展示產品

問題1：請學生在自制的密度計（忽略鐵絲的體積）上定標。（標出1.2g/cm3、1.4g/cm3和1.6g/cm3的刻度位置，結果保留1位小數。）問題2：根據結果概括密度計的刻度特點。

學生活動：定標。

教師活動：巡視、檢查、修正學生定標的結果。

【設計意圖】利用優化產品，讓學生學會知識遷移和應用，通過展示產品，讓學生有更強的理解。

（五）拓展提升

提出問題：請同學證明為什么自制密度計的刻度是不均勻的？（忽略鐵絲的體積）

學生活動：證明。

【設計意圖】通過字母的推導，引導學生深度學習，豐富所學知識，使知識系統化，提升學生的思辨能力。

四、反思

本節課以“自制簡易密度計”這個項目問題為主線展開，圍繞項目構建、分解，設計方案，制作、優化、展示產品，評價與交流這幾個環節有序推進，重點解決“如何制作簡易密度計”這個問題，通過用密度計區分鹽水和清水，到粗測鹽水密度，再到給密度計定標，最后證明密度計刻度不均勻的特點，更好地激活學生重組學科知識，使知識融會貫通。

STEM教學模式有重實踐、要創造的特點，在整個學習過程中，學生主動參與，積極融入動腦環節和動手環節;同時，也使學生在活動中加深理解，提升綜合運用知識的能力。當然，在事后回顧整個教學過程時，發現在評價學生時不夠精辟，對一些生成的問題不能很好地抓住并利用。在整個課堂中，面向全體學生的提問居多，而單獨提問過少，這樣在課堂中給學生表現的機會太少，而且不利于學生思維的發散，難以碰撞出思維的火花。因此，教師要不斷地加強學習，提升自己的素養，才能更好地引領學生全面發展。

五、建議

以下是我對STEM理念下PBL教學模式課程開發的一點建議：（1）并不是所有初中科學的教材內容都適用該教學模式，構建合適的項目要從項目是否貼近生活、是否有意義、是否能涵蓋科學核心知識，體現科學核心素養、是否對學生有吸引力等幾個方面來選擇。

（2）項目評價要多元化。評價可以從學生個人和小組多角度展開;評價不局限于最終結果，更要注重過程，從設計反饋等方面出發，也可以采用記錄過程表、在線學習行為記錄、隨堂測試等方式予以評估。

參考文獻：

[1]王英.基于問題的學習（PBL）在初中科學教學中的應用研究[J].科學教育，2012（1）：16-18.

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[3]陳鋒.初中科學概念教學范式創新研究[J].教育評論，2016（11）：135-139.

作者簡介：錢國美（1975—），女，漢族，浙江杭州人，本科，中學一級，研究方向：初中科學教學。