STEM理念下PBL教学模式在初中科学中的应用

近年来，教育改革遍地开花，科学教育越来越重视在生活中的广泛应用和实践，在此过程中，STEM教育脱颖而出，STEM教育大多从校本研究课程和课堂教学实践活动等方面开展。基于PBL（项目）的STEM教学，以实际问题为切入点，将知识贯穿于项目设计中，使学生依托项目完成的同时，主动构建知识体系。

一、STEM教学模式概述

（一）STEM教学模式的背景

STEM教学模式最早是由美国政府提出的教育倡议，是一种基于技术、科学、数学、工程等的跨学科综合性教育，是4门学科按照一定的逻辑和系统进行交叉融合的跨学科学习方法。

虽然STEM教育在中国起步较晚，但政策推动的速度与力度却相当惊人。2015年教育部印发《教育信息化“十三五”规划纲要》，指出要“积极探索STEM教育”，至此，STEM教育被正式列入教育部文件。2017年中国教科院在京成立STEM教育研究中心。2018年启动中国STEM教育2029年行动计划。2019年教科院宣布的《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》中指出，注重加强STEM教育。当前基础教育阶段，国内基于STEM教育理念改进学科教学的方向有两个，一方面侧重以课堂教学为主，另一方面侧重课外活动项目。但对有中考压力的中学生来说，将STEM教育理念融入日常教学更为合适。初中科学的学科知识繁杂，在实际教学过程中，教师的教学大多还是以讲授为主，更多地停留在记忆科学基础知识和针对性解决各类题目上，学生的主体地位得不到很好体现，这就导致学生的学习始终停留在表面，无法使学生达到深度学习的目的。

（二）STEM教学模式的意义

STEM教学模式致力于让学生更深入地理解知识、应用知识解决实际问题，提高学生自主探究的能力和动手创造能力。它提倡新的教学方式：为学生设定一个目标，在给定的材料中，利用与生活相关的知识，自己动手制作出感兴趣的作品。整个过程中学生积极主动参与，深入思考，按照自己的想法进行创造，与生活实际紧密联系，让学生在真实的情境中得到各项能力的提升，如解决问题能力、实践创新能力、生生间的合作交流能力等。

二、STEM理念下PBL项目式学习模式

PBL学习，是基于解决实际问题的以学生为主体的教育模式。项目式学习以建构主义理论、情境认知理论为基础，通过开放式的问题或者任务，鼓励学生通过小组合作交流，利用跨学科的知识解决问题、完成任务。以下是项目式学习的模式：

在初中科学课堂教学中，依据“项目式学习”理念，设计相关联的项目任务，引导学生进行探究活动，解决一系列相关问题，能使学生更好地自主构建知识，提升科学核心素养。

三、STEM理念下PBL教学模式的应用

对于“浮力”这块内容的教学，《义务教育科学课程标准》中明确要求：通过探究实验认识阿基米德原理和浮沉条件，并解释生产和生活中的常见现象。教学中学生的解答，多数学生认为“因为液体的密度变小，所以浮力变小”，虽然浮力内容已经反复复习、讲解过，但是学生对漂浮时物体受到的浮力等于重力这个知识点的掌握依然不足。基于上述原因，我在STEM教学理念的指导下，设计了如下教学过程，进行课堂教学实践活动。以下的教学设计是在学生已学过浮力的基础上，为了让他们更深层地理解并应用知识解决实际问题而设计的。本节课以发展核心素养为目标，创设自制简易密度计这个项目任务，包括项目提出、分解项目、制作模型和评价拓展等环节。

（一）创设情境，构建项目

情景：拿出一杯清水和一杯盐水，让学生通过不同方法区分它们。（学生的部分办法：①取少量加热，看是否有固体析出;②将一个鸡蛋分别放入这两杯液体中，观察鸡蛋在这两杯液体中的浮沉情况;③准备2个相同的萝卜，挖两个大小相同的洞，将两种液体分别倒入，一段时间后观察萝卜的软硬程度;④……⑤……）

【设计意图】从实际情景出发，结合已学知识，提高学生的分析能力，调动学生的学习积极性。项目实现了科学探究和合作交流、科学思维和创新等，体现了科学学科素养的提升。

（二）项目分解

提出问题：能不能利用老师手中的一次性筷子、铁丝等器材区分这两种液体，请设计方案，并简单制作。

学生活动：学生以小组为单位，根据以上问题讨论方法，最后小组派代表进行演示，组与组之间相互讨论。（可以结合图文辅助）

教師活动：教师巡视，参与个别小组的交流讨论。

【设计意图】通过提供生活中的材料，调动学生已有的知识和经验，引导学生制作简易密度计，提高学生的知识迁移水平。

（三）设计方案，制作产品，评价交流

问题1：请利用手边的材料，粗略测出这杯盐水的密度。

学生活动：小组合作，设计实验步骤，并派小组代表演示，通过实验测量这杯盐水的密度。提示1：为什么可以通过浸没的长短来判断液体的密度？（原理是什么？）

提示2：利用手边的材料，如水、刻度尺和简易的密度计，粗略测出这杯盐水的密度。

教师活动：引导学生设计实验方案，组织开展自制密度计活动，促使学生更深入地学习。

【设计意图】引导学生解决在实际设计中遇到的问题，促使学生更深入地学习。

问题2：为什么同一杯盐水测出的密度不相同？

学生活动：根据每个小组的实验数据，分析误差。（①没有进行多次测量;②刻度尺测量时会有偏差;③测完水中的长度，没有擦干又直接测盐水的，会影响盐水的密度;④筷子可能会吸水，改变自身的重力等。）

教师活动：教师聆听、补充，引导学生在讨论中学习。

（四）优化产品、展示产品

问题1：请学生在自制的密度计（忽略铁丝的体积）上定标。（标出1.2g/cm3、1.4g/cm3和1.6g/cm3的刻度位置，结果保留1位小数。）问题2：根据结果概括密度计的刻度特点。

学生活动：定标。

教师活动：巡视、检查、修正学生定标的结果。

【设计意图】利用优化产品，让学生学会知识迁移和应用，通过展示产品，让学生有更强的理解。

（五）拓展提升

提出问题：请同学证明为什么自制密度计的刻度是不均匀的？（忽略铁丝的体积）

学生活动：证明。

【设计意图】通过字母的推导，引导学生深度学习，丰富所学知识，使知识系统化，提升学生的思辨能力。

四、反思

本节课以“自制简易密度计”这个项目问题为主线展开，围绕项目构建、分解，设计方案，制作、优化、展示产品，评价与交流这几个环节有序推进，重点解决“如何制作简易密度计”这个问题，通过用密度计区分盐水和清水，到粗测盐水密度，再到给密度计定标，最后证明密度计刻度不均匀的特点，更好地激活学生重组学科知识，使知识融会贯通。

STEM教学模式有重实践、要创造的特点，在整个学习过程中，学生主动参与，积极融入动脑环节和动手环节;同时，也使学生在活动中加深理解，提升综合运用知识的能力。当然，在事后回顾整个教学过程时，发现在评价学生时不够精辟，对一些生成的问题不能很好地抓住并利用。在整个课堂中，面向全体学生的提问居多，而单独提问过少，这样在课堂中给学生表现的机会太少，而且不利于学生思维的发散，难以碰撞出思维的火花。因此，教师要不断地加强学习，提升自己的素养，才能更好地引领学生全面发展。

五、建议

以下是我对STEM理念下PBL教学模式课程开发的一点建议：（1）并不是所有初中科学的教材内容都适用该教学模式，构建合适的项目要从项目是否贴近生活、是否有意义、是否能涵盖科学核心知识，体现科学核心素养、是否对学生有吸引力等几个方面来选择。

（2）项目评价要多元化。评价可以从学生个人和小组多角度展开;评价不局限于最终结果，更要注重过程，从设计反馈等方面出發，也可以采用记录过程表、在线学习行为记录、随堂测试等方式予以评估。

参考文献：

[1]王英.基于问题的学习（PBL）在初中科学教学中的应用研究[J].科学教育，2012（1）：16-18.

[2]宁灵芝.基于STEAM理念的小学科学情境教学研究[D].桂林：广西师范大学，2017.

[3]陈锋.初中科学概念教学范式创新研究[J].教育评论，2016（11）：135-139.

作者简介：钱国美（1975—），女，汉族，浙江杭州人，本科，中学一级，研究方向：初中科学教学。