“垃圾可壓縮式智能垃圾桶”活動中的項目式學習

〔摘 要〕 項目式學習（PBL）是以學生為主體的教學模式。與傳統的以教師為中心的教學模式不同，小學階段PBL教學中的項目式學習任務通常提前由教師團隊編排完成，然后由學生擔任主角分組積極協作，以最終產品的展示作為結束節點，同時教師全程進行持續評估。

〔關鍵詞〕 小學科學；項目式學習；素養導向；應用

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 23 052-054

《義務教育科學課程標準（2022年版）》以促進學生核心素養發展為宗旨，倡導跨學科融合，在教學活動建議中明確提出了項目式這一教與學的方式，強調設計并實施能夠促進學生深度學習的思維型探究和實踐。項目式學習作為當今全球教育領域的新型教育熱點，已成為落實學生核心素養的重要方式之一。

一、核心素養導向下的項目式學習

項目式學習是基于問題的探究性學習，是以問題為驅動，注重持續性地深入探究的學習方式。其中，STEM學習就是項目式學習中的一種。

就問題性質而言，項目式學習中所研究的問題，能更偏向于真實世界以及在真實世界中如何運用這種思維方式、思維技能來解決問題，產生可見的公開成果，引導所有參與者和公眾對成果進行評論和分析。

二、核心素養導向下項目式學習的設計框架

夏雪梅老師曾在《項目式學習設計：學習素養視角下的國際與本土實踐》一書中，提出了比較成熟的六步項目式學習設計框架。

但是，她又提出：如果一下子推進六步覺得很困難，也可以選擇其中一些要素來開展。例如結合知識提出一個可行的驅動性問題，或者從結果入手，設計一個可以在真實世界中展示和操作的項目成果。

三、核心素養導向下項目式學習的應用實踐

下面通過“垃圾可壓縮式智能垃圾桶”活動案例，共同探討在小學科學課程中，具有PBL特點的教與學過程。

（一）真實的任務驅動

科學課堂上一個常見的問題是：學生只學到了零散的知識，并且這些知識很難讓他們把實際生活與學校的科學內容聯系起來。但當科學課以一個有趣的、與真實世界相關的驅動性問題為中心時，學生則更容易與所學的科學內容建立聯系。項目式學習的關鍵特征是與學生的生活建立聯系，驅動性問題是建立這種聯系的主要工具。

以“垃圾可壓縮式智能垃圾桶”活動為例，教師首先要引導學生對現象進行觀察。通過觀看真實的場景視頻，學生觀察到在班級管理中存在以下問題：同學們在值日倒垃圾時，為了盡可能多裝垃圾，總喜歡在垃圾桶裝滿后用腳踩幾下桶內的垃圾，以騰出更多空間裝垃圾。長此以往，導致垃圾桶用不了半學期就會破損，使用壽命大幅縮短。然后，以提高校園垃圾桶壽命為驅動性問題，引導學生結合所學知識設計解決方案，從工程的角度解決該問題。

（二）可行方案設計

在設計方案的過程中，教師需引導學生在真實的世界和抽象的思維之間不斷地建立起相互關聯，設計出可行的實施方案。一個可行的設計方案應滿足以下條件：設計方案能夠指向并回答驅動性問題；設計方案中所需的資源和材料容易獲得；設計方案符合學生的發展水平。

在進行“垃圾可壓縮式智能垃圾桶”方案設計前，學生首先對校園垃圾進行小調查，發現大多數校園垃圾為紙質垃圾，由此確定了壓縮垃圾的方案；然后對市面上常見的垃圾桶進行觀察和測量，確定設計流程；最后對智能垃圾桶設計進行要素分解。

實際探究，了解帶蓋垃圾桶的構造；

分組討論，設計垃圾智能壓縮裝置；

考慮實用性、環保性、可實現性，挑選最佳設計方案；

凝聚集體智慧，對方案進行整合優化，按比例繪制設計圖。

接下來，需要在眾多方案設計中，選擇可行的設計方案。五年級組的學生利用彈簧的彈力，設計出了彈簧壓縮桿壓縮紙質垃圾。六年級組的學生依據科學課《建造塔臺》一課中學習過的三角形具有穩定性、四邊形具有不穩定性原理，利用四邊形的不穩定、可伸縮的特點繪制出了設計圖。通過討論，學生確定使用六年級組方案，他們在計算機教師的幫助下，把設計理念搭建出來并通過編程實現了產品以下的自動化功能。

自動感應：感應到有人來到垃圾桶旁時，桶蓋自動打開，方便扔垃圾，并定時關閉。

智能壓縮：在桶蓋上加上壓縮裝置，通過設備的伸縮帶動壓縮板的升降，當垃圾達到一定的高度時，便可以實現自動壓縮垃圾的功能。

裝滿報警：經過數次壓縮，檢測到垃圾桶已達到“實滿”狀態后，發出提示音，提醒值日生需要倒垃圾了。

進行初步反思與改進的時候，需要繼續引導學生關注如何優化設計，讓產品變得更加智能，在這樣的流程背后，隱藏著教師想要學生深入理解的核心知識。這就是項目式學習和以往的機械式學習的區別，項目式學習更注重過程——指向核心素養的學習場景。

（三）跨學科課程實施

為了幫助學生實現設計方案，教師需要有目的地整合學科核心概念、跨學科概念等的教學策略，協助并運用跨學科知識幫助學生實現產品的功能。這也導致與傳統課堂相比，PBL教學的時間比較長，學習者會開展一系列活動來研究問題。因此，根據需要，“垃圾可壓縮式智能垃圾桶”的項目式學習需要至少三個課時。

第一課時：科學教師拋磚引玉，通過視頻設置問題情境，引導學生分析班級垃圾桶損壞的原因，從工程的角度提出解決方案并繪制設計圖。

第二課時：由數學教師帶領學生在已有垃圾桶的基礎上進行改進，測量數據確定垃圾桶的尺寸，并在機器人教室使用積木進行搭建。

第三課時：由信息技術教師負責，在搭建好的模型基礎上帶領學生通過編程設置紅外感應，實現垃圾桶的自動壓縮功能。

對教師而言，在項目式學習中要為學生提供一定的技術和場地支持，例如科學實驗室、機器人教室、計算機教室等；對學生來說，巧妙使用各種認知工具和信息資源，例如信息檢索、繪圖技術、計算機編程軟件等，能夠更清晰地表述觀點、促進項目式學習的進程。

（四）成果測試與評價

該課程是在學校機器人教室內完成的，只能利用教室中已有的積木和零件組裝、拼搭出一個模型來。組裝好模型后，學生分小組進行試驗并記錄模型是否達到預期需求效果，隨后，需向同學、教師以外的公眾闡釋、展示或者呈現他們的項目成果。學生通過測試發現：設計的裝置針對普通紙質垃圾壓縮效果較好，但如果遇到較硬的生活垃圾，則壓縮效果一般。

教師可以針對項目式學習過程進行評價，關注學生在探究和實踐過程中的真實表現和思維活動，通過綜合評價有效促進學生的項目式深度學習。同時，充分鼓勵學生自我和同伴等多元主體積極參與評價。

在測試與評價中，學生可能會產生新的靈感，從而不斷修正和完善自己的產品。教師可鼓勵學生在測試與評價之后持續研究，如在這次的項目式學習之后，學生針對各個環節進行反思，進一步提出：在后續的改進中可以加上語音提示的功能；實現壓縮裝置智能識別不同種類的垃圾，進而智能調節壓縮力度大小的功能；還可以改電池為充電裝置，減少電池的消耗；可以將垃圾桶的舵機和壓縮裝置融入桶蓋的內部，增加裝置的美觀性。

四、結語

在PBL教學中，教師、學生及其他項目合作者屬于同一個學習共同體，學生在項124736a19d7784629a04ff6611f8ec2f目式學習的過程中，需要積極與團隊合作，實現知識共享。通過開展PBL項目式學習，學生在“玩”中也能夠實現學習，同時將學習和體驗之間建立連接，更好地促進學生核心素養的發展，這與小學科學新課程標準倡導的育人理念是一致的。同時，項目式學習克服了學生在知識學習與實踐創新中的割裂狀態，滿足了不同學習風格和技能水平學生的學習需求，促進學生溝通合作能力、問題解決能力以及實踐創新能力的發展，更有利于學生科學核心素養的提升。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]夏雪梅.項目式學習設計：學習素養視角下的國際與本土實踐[M].北京：教育科學出版社，2022.

[3]喻伯軍.《義務教育科學課程標準》課例式解讀[M].北京：教育科學出版社，2022.