PBL+LBL雙軌教學法在STEM教學中的實踐

蔡敬軒 黃福裕

摘要PBL教學法是一種基于問題的教學方法，其靈活、開放的教學活動能激發學生的積極性，有利于引發學生高層次思維活動。LBL教學法是一種以教師授課，學生聽課為主的傳統教學方式。本文以來自荷蘭的Schmidt教授和Moust教授所提出的PBL循環發展模型為基準，基于小學科學課堂教育，開展PBL+LBL雙軌教學法的效果對比，摸索適應國內環境的STEM教學模式，得出適用于小學的PBL教學流程圖，并以此開展教學實踐研究。

關鍵詞 PBL+LBL 雙軌教學法 課時 互動 課程效果

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.028

Practice of PBL + LBL Dual Track Teaching Method in STEM Teaching

——Take "steel ball crossing slope" as an example

CAI Jingxuan[1]， HUANG Fuyu[2]

（[1] Minli Primary School， Xiamen， Fujian 361004；[2] The Primary School Attached To Xiamen Foreign Language School， Xiamen， Fujian 361004）

Abstract： PBL teaching method is a kind of problem-based teaching method. Its flexible and open teaching activities can stimulate students’ enthusiasm and help to trigger students’ high-level thinking activities. LBL teaching method is a kind of traditional teaching method that teachers teach and students listen. Based on the PBL cycle development model proposed by Professor Schmidt and Professor Moust in the Netherlands， this pa？ per carries out the effect comparison of PBL + LBL dual track teaching method based on primary school sci？ ence classroom education， explores the stem teaching mode adapting to the domestic environment， obtains the PBL teaching flow chart suitable for primary school， and carries out the teaching practice research.

Keywords： PBL + LBL dual track teaching method； lesson； interaction； course effect

STEM教育有助于培養學生的科學探究能力、創新意識、批判性思維、信息技術能力等，直接影響著學生的終身發展。縱觀當前國內學校STEM教育開展的形式主要有三種：第一，嘗試在必修課程滲透或者開設選修課程；第二，在技術類課程中借用工程情境運用科學和數學知識解決問題；第三，在各級創客類比賽平臺上推行。后兩者由于技術和資金投入問題，參與的學校和學生數占比較小，只有把STEM融入必修課程，才能保證全體學生參與，才能確保STEM教育惠及每位學生。本文基于小學科學課堂在滲透STEM教育中，開展PBL+LBL雙軌教學法的效果對比，摸索適應國內環境的STEM教學模式。

PBL+LBL雙軌教學法的作用及必要性

國內科學課堂所使用的教學法可歸結為PBL與LBL兩種。PBL教學法是一種基于問題的教學方法，其靈活、開放的教學活動能激發學生的積極性，有利于引發學生高層次思維活動。LBL教學法是一種以教師授課，學生聽課為主的傳統教學方式。通過教師對學習內容進行全面系統的講授，保證知識的系統性和一致性，有利于學生記憶和掌握知識，是目前大班教學的主流教學方法。

國內科學課堂課時有限，適合STEM教學的PBL教學模式課時消耗較大，而相對節約課時的LBL教學模式無法運用“技術”與“工程”解決問題，不太適用于STEM教學，因而單一的PBL或LBL教學模式都不適合國內STEM教學。

丹麥奧爾堡大學的Kolmos和Holgaard經多年實踐，提出：在單門課程的小范圍內，可以通過規劃調節部分傳統授課的時間來做項目，即在單門學科內結合LBL與PBL，實現雙軌教學。但是在實際教學中，什么樣的實施方式才能有較好的教學效果呢？于是我們開展以下實踐探索。

PBL+LBL雙軌教學結合模式

本文以來自荷蘭的Schmidt教授和Moust教授所提出的PBL循環發展模型（如圖1）為基準，進行本土化改良，得出適用于小學的PBL教學流程圖（如圖2），并以此開展教學實踐研究。

PBL教學流程相對封閉，因而LBL融入PBL的方式只有兩種：第一種是先使用LBL教理論知識，再通過PBL開展工程項目的學習，筆者將這種結合方式命名為LBL-PBL，教學流程如圖3；第二種是先通過PBL開展工程項目的學習，再使用LBL教理論知識，最后再讓學生使用PBL完善項目，筆者將這種結合方式命名為PBL-LBL，教學流程如圖4。

“LBL-PBL”與“PBL-LBL”教學效果對比

為更科學有效地比較兩種教學模式，筆者選擇“鋼珠過坡”為教學內容，以四年級不同班級的學生為實驗對象，對比相同課時下不同教學模式的教學效果。

1.LBL-PBL授課實踐

（1）傳授理論（2課時）

教師以LBL教學法通過“蘋果為什么落地”向學生傳授引力相關知識，讓學生發現地球上的物體都會受到引力的作用，并可能因此而改變其運動狀態；再通過“摩擦力的秘密”向學生傳授摩擦力相關知識，讓學生明白物體在運動時，會受摩擦力的影響而減速。

（2）第一輪PBL教學（1課時）

提出問題：教師以兩個連續的過山車上坡視頻導入情境，進而出示工程項目：使用過山車課程項目材料搭建上坡高度為18厘米的軌道，要求鋼珠可以翻越而過。

分析問題：教師拋出問題——搭建這樣的軌道，我們需要注意什么。學生小組討論后匯報得出以下三個注意事項：第一，確保上、下坡軌道處于同一平面避免鋼珠脫離軌道；第二，上坡與下坡的傾斜度不可過陡；第三，控制下坡高度。

解決問題：基于上述三個注意事項，學生分組進行設計并按照設計搭建軌道。

進行驗證：學生將鋼珠放入軌道進行測試，驗證是否成功解決問題。

（3）第二輪PBL教學（1課時）

提出問題：基于上輪實驗失敗，學生自發提出問題：為什么鋼珠無法過坡。

分析問題：教師引導學生對比各組數據，讓學生分析對比數據，猜測可能是下坡高度不足導致。受課時限制，教師直接肯定學生的猜測。

解決問題：學生修改原有設計進行搭建，該環節不少小組直接使用成功小組的數據修改設計。

進行驗證：將鋼珠放入軌道進行第二輪測試，結果大部分學生成功完成挑戰。

2.PBL-LBL授課實踐

（1）第一輪PBL教學（1課時）

“先教后學”第一輪與PBL教學流程相同。

（2）PBL+LBL雙軌教學（3課時）

①教師引導提出問題，做出假設

教師提出問題：失敗的原因是什么？而后引導學生借助白板對比、分析成功組與失敗組的數據，猜測可能是下坡高度不足導致。

②分組實驗驗證猜測

教師引導學生借助現有軌道設計實驗，而后介紹實驗步驟，學生分組實驗比較同一軌道不同高度釋放的鋼珠能達到的上坡高度，實驗結束后，學生分析數據發現：鋼珠下坡高度與上坡高度成正比關系；下坡高度總是高于上坡，驗證了之前的猜測。

③教師演示傳授理論

教師在現有軌道上安裝光電計時器開展演示實驗：測量鋼珠過坡時速度的變化，使用LBL教學法總結提煉知識：受引力影響，鋼珠下坡加速，上坡減速，因此下坡高度與上坡高度成正比關系（對應“蘋果為什么落地”）；鋼珠上坡與下坡時受摩擦力影響，導致下坡高度均高于上坡（對應“摩擦力的秘密”）。

④PBL解決問題

學生分組修改原設計，由于時間充裕，教師引導學生分組匯報其設計，在此過程中，筆者發現包括優勝小組在內的多數小組都調整了下坡高度，個別下坡高度不足的小組，也在其他小組的建議下進行了修改。

⑤PBL進行驗證

學生依據設計修改軌道并進行第二次嘗試，結果大部分學生挑戰成功，僅個別小組需教師輔導。

兩種教學模式都用了4課時的時間，不同在于LBL-PBL先以2課時傳授相關理論，再以2課時開展PBL教學；而PBL-LBL先以1課時讓學生經歷第一輪PBL教學，經歷失敗以后，再以3課時開展PBL+LBL深度融合的雙軌教學。

不同模式下的課程效果對比

為確保兩種不同模式的教學效果對比有可靠的依據，筆者以師生互動次數、生生互動次數、學生提問次數與課后作業成績為評價標準來（見表1）制作不同教學效果對比表（見表2），從表中可以看出兩種教學模式各有優劣。

LBL-PBL教學模式對常規科學課堂的影響較小，教師可完整傳授教材內容，授課難度較低。而PBLLBL教學模式對常規科學課堂的影響較大，對教師的要求較高，教師須時刻依據學生實踐效果來制訂教學內容并為學生“把脈”，剔除部分非必要的知識，提高課堂時效性，留更多的時間讓學生在各環節進行自評、互評，較好地體現學生的主體性。此外，學生經歷失敗，體會自身知識的欠缺，在好勝心的驅使下，他們會更積極地學習，先進行的PBL還使學生有了具體的實踐經歷，能以此積極參與課堂互動，課堂參與度明顯高于LBL-PBL。

皮亞杰的認知發展理論認為：小學生思維發展尚處于具體運算階段，只能利用具體的事物、物體或過程來進行思考。在LBL-PBL教學實踐中，LBL教學與具體事物相脫離，導致學生在PBL學習的過程中，難以在新情境中進行知識的遷移。而PBL-LBL教學模式中，教師在LBL教學過程中能基于具體事物展開教學，輔助學生進行“同化”與“順應”，所獲得的知識是學生自主建構的。

PBL-LBL雙軌教學法授課總結

1.精準分工，學有所得

皮亞杰認為：兒童關于外部世界的知識是在與周圍環境相互作用的過程中逐漸建構的。因而在學生正式開展PBL學習之前，教師須對學生進行分組，讓每位學生明確自身任務，確保每位學生都經歷實踐，進而保障他們都能在活動中自主建構新知。

2.因材施教，巧搭支架

“先學后教”策略下，教師可通過第一輪PBL學習確定學生的實際發展水平，再依據學生的實際發展水平調整教學內容，給學生提供支架（包括示范、應變管理、反饋、指導、提問和認知建構），使學生達到可能的發展水平，從而順利完成任務。與此同時教師可以在保障知識完整性的前提下，剔除學生已掌握的知識，壓縮LBL教學時長，釋放更多時間開展PBL教學。

3.精細評價，助力成長

PBL的任務主要是通過學生的自主探究和同伴合作來實現的，這既是一種方法，也是一種目的。但受傳統教學的影響，部分學生習慣于LBL教學模式，尚不適應PBL教學模式，還表現出對教師較強的依賴性。基于此，教師可以建立精細的評價量表，保證學生在PBL學習的每個環節中都能有依據地開展自評與互評，減少學生對教師的依賴，凸顯學生的主體地位。