基于PBL的中學物理STEM教育實踐與思考

摘?要：STEM教育已經(jīng)成為世界性教育發(fā)展趨勢，僅僅依靠校本選修課或研究性學習等開展STEM教育是遠遠不夠的，本文以《電阻的測量》為例，在學科教學領(lǐng)域廣泛運用STEM教育理念與方法，挖掘基礎學科中可以“跨”的點，構(gòu)建一個項目，將項目和所學知識融合，作為與STEM教育課程的結(jié)合點，構(gòu)建項目，將項目和所學知識融合，以基于真實問題情境項目式學習（PBL）推動跨學科的STEM教育的實踐，培養(yǎng)學生利用多學科知識解決實際問題的能力，提升學生實踐創(chuàng)新能力，實現(xiàn)素質(zhì)教育和人才培養(yǎng)目標。

關(guān)鍵詞：項目式學習（PBL）;STEM教育;物理教學實踐;物理核心素養(yǎng)

STEM教育作為一門跨學科的教育理念，已經(jīng)成為世界性教育發(fā)展趨勢，越來越多的人認識到STEM教育的重要性，STEM課程的發(fā)展與推廣，是未來國家必定要發(fā)展和推動的。但是我國的國家性課程是分學科課程，僅僅依靠校本選修課或研究性學習等開展STEM教育是遠遠不夠的，如何尋找基礎教育的分學科教學和跨學科教學的STEM課程之間的平衡點，在學科教學領(lǐng)域廣泛運用STEM教育理念與方法，挖掘基礎學科中可以“跨”的點，構(gòu)建一個項目，將項目和所學知識融合，作為與STEM教育課程的結(jié)合點，以基于真實問題情境項目式學習（PBL）推動跨學科的STEM教育的實踐，把學到的零碎知識與過程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程，培養(yǎng)學生利用多學科知識解決實際問題的能力，全面提升教育質(zhì)量。

一、?PBL和STEM教育解讀

STEM是科學（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，其中科學在于認識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術(shù)和工程則是在尊重自然規(guī)律的基礎上改造世界、實現(xiàn)對自然界的控制和利用、解決社會發(fā)展過程中遇到的難題;數(shù)學則作為技術(shù)與工程學科的基礎工具。生活中發(fā)生的大多數(shù)問題需要應用多種學科的知識來共同解決。

PBL（Problem-Based?Learning）項目式學習（也稱作問題式學習）：是一種以學生為中心的教學方式，是基于現(xiàn)實世界的以學生為中心的教育方式。在項目式學習過程中，以學生為主體，學生在真實的問題情境中去積極地收集信息、獲取知識、探討方案，將知識學以致用，解決具有現(xiàn)實意義的問題，在探究和解決問題的過程中獲得基本知識和技能，關(guān)鍵能力和必備品格，其學習方式和教學目標都是與當前基礎教育教學改革相一致的。

二、?基于PBL的中學物理STEM教學實踐

九年級物理第十七章第三節(jié)的內(nèi)容是《電阻的測量》，教材內(nèi)容是教會學生利用電壓表和電流表測電阻。這是一個普通的操作性實驗，學生只需按照教材的指示，連接電路、測出定值電阻和小燈泡的電阻即可。我在STEM教學理念的指導下，進行了如下設計：

（一）?根據(jù)需求，構(gòu)建項目

制作一個電阻為10Ω的定值電阻。

設計意圖：這個項目整合了教學內(nèi)容——影響電阻的大小的因素、定值電阻的特性、電阻的測量，滿足課程標準和價值導向;同時實現(xiàn)了物理觀念和應用、科學探究和交流、科學思維和創(chuàng)新、科學態(tài)度和責任等體現(xiàn)了物理學科的核心素養(yǎng)的提升。

（二）?分解項目，探討方案

提出問題1：什么叫定值電阻？電阻絲要選擇什么材料來制作？鐵絲？銅絲？鎳鉻合金絲？為什么？

提示：電流流過導體后，都會發(fā)熱，而溫度對導體的電阻有影響，不同材料的導體受溫度影響的情況不一樣，請查閱資料、收集信息，從而確定電阻絲的材料。

資料：不同材料的導體受溫度影響的情況：

純金屬材料制作的電阻，溫度升高時，電阻值明顯增大。

合金材料制作的電阻，溫度升高時，電阻值幾乎不變。

學生活動：收集信息，并確定定值電阻的材料。

提出問題2：如何確定電阻值？

學生活動：明確課程的學習目標，查閱相關(guān)資料，以小組為單位展開討論，對知識進行總結(jié)，設計測量電阻的實驗方案。

教師活動：通過制定學習任務問題清單引導學生將已有的知識和經(jīng)驗與當前的任務建立連接，評估學生的理解程度和設計水平。

（三）?動手操作，反復調(diào)試

操作1：測量電阻的大小，計算需要截取電阻絲的長度。

學生活動：小組一起對給定的設計任務進行假設、檢測，應用科學原理，按照實驗方案測量一定長度的鎳鉻合金絲的電阻大小，應用數(shù)學知識計算

10Ω的定值電阻所需要的鎳鉻合金絲長度。

教師活動：引導學生在設計和探究中學習。

操作2：如何繞制定值電阻，使它兼具實用性和美觀性？

學生活動：小組討論，設計定值電阻繞制和固定方案，修改設計方案并開始制作定值電阻。

教師活動：引導學生對問題進行深入地思考，運用小組討論、頭腦風暴等方式促進學生對學習內(nèi)容和工程設計的理解。

操作3：測試原型，實驗改進、修正。

學生活動：測量所制作的定值電阻的阻值是否為10Ω，運用所學知識對測量結(jié)果進行修正，內(nèi)化知識，提升工程、技術(shù)素養(yǎng)。

教師活動：根據(jù)學生實驗制作成果，提出新問題，引導學生更深入地學習，并對他們的制作過程進行質(zhì)量監(jiān)控和評價。

（四）?項目展示，總結(jié)報告

學生活動：總結(jié)反思實驗結(jié)果和心得;根據(jù)評價量化表進行評價，確認自己是否達到學習目標。

教師活動：通過詢問引導學生進行交流、討論，更正迷失概念，促使學生將所學概念與更廣泛的情境相連;同時提供反饋，利用測量工具評價課程的成效。

（五）?拓展提升

實驗室中小燈泡的燈絲是用純金屬材料還是合金材料制成的？如何分辨？

設計意圖：變式拓展，提出新問題，引導學生更深入地學習;鞏固提升所學知識，使知識網(wǎng)絡化。

三、?教學思考

本節(jié)課結(jié)合了“科學探究”的思維和“工程設計”的實踐，以設計和探索為手段，運用科學與數(shù)學的思想，通過應用技術(shù)手段，在解決實際問題中進行知識的學習，讓學生在完成項目的過程中整合跨學科的知識，通過動手實踐解決任務，將物理知識和生活實際相結(jié)合，使知識融會貫通并得到應用。

（一）?項目的構(gòu)建是關(guān)鍵

教師在確立項目時，可能會遇到所選的項目與教科書編排不匹配，跨度較大，操作性不強等問題。確立項目要基于課程標準、教學內(nèi)容和學生經(jīng)驗。在確立項目時，要多維度系統(tǒng)考慮該項目是否涵蓋核心知識，是否承載學科思想方法和學生發(fā)展核心素養(yǎng)，是否貼近社會和生活，是否真實且有意義，學生是否感興趣，是否具有可操作性。教師的任務不再是簡單地引導學生得出預定答案，而是要求教師能夠?qū)滩倪M行重組、教學模式和學習方式進行重構(gòu)，教學觀念由教授者轉(zhuǎn)變成學生學習的引導者、激發(fā)者。因此，對教師知識儲備的深廣度、駕馭課堂的能力、創(chuàng)新能力都提出了更高的要求。所以，教師在日常工作中要多學習，完善和豐富自己的知識體系。

（二）?做好項目學習過程的培訓和指導

1.?在項目式學習中學生需要具備分工合作、交流表達等技能，老師要引導學生進行合理分工，主動承擔小組責任。

2.?項目式學習需要培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)、媒體素養(yǎng)和技術(shù)素養(yǎng)，老師要培訓學生如何通過百度百科、Google等進行快速的信息檢索，并引導學生對信息進行歸納總結(jié)。

（三）?開展系統(tǒng)性的多元化評價

基于PBL的STEM教育，學習結(jié)果往往是一項作品，或者是解決問題的方案，要探索多樣化的課程評價機制和評價技術(shù)策略，多方面展開多元評價，按調(diào)查研究、方案設計、實驗過程、實驗結(jié)論分析、反思與總結(jié)等過程以及結(jié)果（作品或方案的創(chuàng)意）開展自我評價、小組評價、老師評價結(jié)合，團體評價和個體評價結(jié)合。

（四）?統(tǒng)籌安排課內(nèi)、課外任務

基于PBL的STEM教育，是以學生為中心，開放性較大，需要圍繞一個項目主題，連續(xù)性地通過一系列課時來組織教學，但現(xiàn)行初中物理課一般沒有連堂課，課時設置有限，導致教學時間緊張，甚至有些環(huán)節(jié)來不及完成，所以要統(tǒng)籌安排課上和課下任務，課上開展核心活動，如匯報、交流、實驗等功能價值更大的活動，課下完成學生能夠自己完成的如查閱資料，總結(jié)性質(zhì)及自我評價等活動。

總之，只有在學科教學領(lǐng)域廣泛運用STEM教育理念與方法，挖掘基礎學科中可以“跨”的、能與STEM教育結(jié)合的點，以項目式學習（PBL）推動跨學科的STEM教育的實踐，才能真正實現(xiàn)STEM教育在國家性課程中快速落地生根。

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作者簡介：聶新權(quán)，廣東省廣州市，廣州市增城區(qū)增城中學。