基于PBL 理念的高中未来科学家素养课程设计——以桥梁制作课程设计为例

江苏省太仓高级中学 胡 蓓 肖丽英

未来科学家素养的培养需要突破现有的固化的教学模式，以一种新型的项目化学习的理念为支撑，以学生为主体，以项目为引领，为学生创设新型的学习环境，让学生在具体活动中研究、探究、实践与创新，为其成为“未来科学家”夯实基础，提供先期体验。课程建设是发展学生素养的重要途径，本文以“桥梁结构与模型搭建”的桥梁制作课程为例，用项目化的教学方式来探索培养学生未来科学家素养的重要路径。

一、概念界定

（一）PBL 理念

基于项目化的学习（projectbased learning， PBL），是一种通过让学生展开一段时间的调研、探究，致力于用创新的方法或方案，解决一个复杂的问题、完成一个项目或创作一件展示品等，是在学习过程中可以掌握多学科综合类的新知识和新技术的探究性学习模式。项目化学习是研究性学习的主要学习方式之一，强调以学生为主体，提高学生学习兴趣；基于项目的学习旨在培养学生的创意思维、创新能力、自主学习能力、团队合作能力以及研究性学习能力等综合性能力。

（二）未来科学家素养

未来科学家素养指为了培育学生未来能够成为科学家或适应未来科学发展而应具备的基本科学知识、关键的科学方法和能力，以及必备的科学思想、态度与精神品质。基本的科学知识是对客观世界的如实反映，比如科学史、地球发展、生命科学、科技生活、科普学术等知识，科学知识的范围是很广泛的，学生不可能把每一个知识都掌握，本素养旨在培养学生在普遍常识类知识基础上再延伸提高拔尖的科学知识。科学方法是指培养学生在认识和改造世界中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种途径和手段。未来科学家素养的培养更高层次的是培养学生的科学思想、态度与精神。

二、基于PBL 理念的桥梁制作课程体系建设

（一）课程目标构建

本课程目标是以 《中国学生发展核心素养》提出的“培养全面发展的人”为核心，结合桥梁结构与模型搭建课程的特点，构建以下课程目标：

1.了解桥梁的基本结构形态特征和受力方式，培养对结构设计和力学分析的兴趣。

2.培养逻辑能力、计算能力、设计表达与创新能力。

3.培养团队合作精神，自主学习和终身学习的能力。

（二）课程内容设置（见下页表）

（三）课程实施

1.教学模式

PBL 教学模式即是老师带领学生围绕《桥梁结构与模型搭建》中包含的核心桥梁结构知识和重点搭建桥梁模型的项目开展的一种研究性项目化学习。教师会创设具体的情境或提出具体的问题，让学生在自主学习中完成知识的建构，不仅将现实生活和课堂学习结合在一起，让学生学以致用，还可以培养学生的自主学习能力、动手实践能力和探究创新能力。

2.教学策略

(1) 基于组织的先行准备。根据课程项目的难易程度、学生的动手能力、合作素质等对学生进行分组，以40 人的班级为例，可以4-6人一组，分7-8 组。教师为每组学生准备2 份《桥梁结构与模型搭建》材料包，材料包里面包含：木条2mm×4mm×0.5m（数条）、2mm×8mm×0.5m（数条）、4mm×4mm×0.5m（数条）、10mm×10mm×0.5m（数条）、8mm×8mm×0.5m（数条），木片1mm×55mm×0.25m（数片）、1mm×55mm×0.5m（数片），麻线绳（10 米），502 胶水，砂纸；另学生自行准备美工刀（1 把）、剪刀（1把）、三角尺（1 套）、瓦楞纸板（若干）；教师还会为每组准备砝码一套。除此之外，学生在第七章的整理设计桥梁时也可自备或自制所需的装饰零部件，将自己的桥梁模型设计成不同风格的艺术品。

课程内容设置表

（2）基于情境的项目设计。以某区域的人们因为河流阻挡而导致交通、生活不便为引入，提出建设桥梁的重要性，本课程项目的任务即明确了下来。问题提出后，学生需要掌握一些关于桥梁的基础概念和技能，教师在第一章内容里提供文本和视频材料，结合学生小组进行分享交流。建立了桥梁整体观后，再进行拆分，从第二章开始动手实践操作，先从体验桥梁的简单构造出发，对桥梁的各结构与受力分析等任务完成后，再将桥梁部件进行整合，最后进行项目评比验收。

（3）基于帮促的教师角色。在整个课程项目的学习过程中，教师为学生提供学习材料、布置学生收集材料、引导学生提出问题并帮助学生解决问题，起的是辅助者、引导者的作用，即形成帮促的教师角色。基于PBL 理念的教学要能使学习者更主动地投入到教学活动中去，激发学生的主观能动性，构建起学习者终身学习的理念和能力。

（4）基于合作的小组学习。根据“异质同组、同组异质”的原则进行分组，可以按照教师指定形成小组也可以学生自愿组织，既要保证小组内每个成员都能够为本组活动出力，也要能够让小组之间产生竞争力。合作学习既可以在课堂上交流讨论、设计桥梁、动手制作等，也鼓励学生在课余利用互联网的技术支持组织收集材料、进行实地考察等。小组成员们在合作学习的过程中不断迸发出来的思维的火花，使学生们都能尽己所能，得到最大程度的发展，为课程项目的实施提供取之不竭的动力源泉，合作学习也是未来科学家素养不可或缺的一种科学探究能力。

3.教学评价

对学生学习成果的评价要基于过程性、多样性和发展性等特点，不仅要关注桥梁模型成果的评价，也要关注每节课上学生的表现；不仅可以从动手实践操作角度进行评价，还可以围绕本课题“未来科学家素养”角度具体地从桥梁知识的掌握、桥梁模型的设计、小组合作精神、创新探究精神等角度进行评价；不仅需要教师对学生进行评价，也需要学生对自己的评价以及学生小组之间的互相评价；为了基于PBL 理念的桥梁制作课程的可持续性发展，不仅要有教师对学生的评价，还要关注学生对教师的评价以及师生对课程的评价。

为了解决真实情境中的问题，教师基于PBL 理念引导学生在桥梁制作课程中综合运用高中物理、数学、化学、历史、地理、美术、外语等多门学科基础知识，激发了学生自主学习的热情，锻炼和培养了学生的实践创新能力和科学探究精神，为其成为“未来科学家”提供了先期体验。未来科学家素养课程不是要培养“思想的巨人，行动的矮子”，而是在重理论的同时更重实践和创新。

三、结语

创新是当今社会发展的必备要素，无论是科学思维的创新、科学技术和方法的创新都是本课程的目标指向。而创新始于实践，所谓实践出真知，学生在模型的制作，实验的真实操作中会逐渐感受到科学的魅力，体会到真实的“做科学研究”的感觉，而在一次次的强化中，思想的花火便擦亮了。