基于PBL模式的初中STEAM科學(xué)課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究
——以《制作燈泡》為例

臨平第五中學(xué) 浙江 杭州 313000

一、問(wèn)題緣起

在傳統(tǒng)的科學(xué)課課堂中教授法占據(jù)了主導(dǎo)地位,但是這種方法只是停留在知識(shí)與技能層面,達(dá)不到提升核心素養(yǎng)的要求。而科學(xué)課程是一門(mén)綜合性較強(qiáng)的學(xué)科,STEAM教育理念的引入,可以較好的融合這些學(xué)科,并且可以提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。例如在學(xué)習(xí)《導(dǎo)體電阻的影響因素》導(dǎo)體電阻的影響因素時(shí),書(shū)本中的實(shí)驗(yàn)將鎳鉻銅等金屬進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,分別探究電阻大小和材料、長(zhǎng)度、粗細(xì)以及溫度之間的關(guān)系。這種實(shí)驗(yàn)更多作為演示實(shí)驗(yàn),學(xué)生最后只是記住了結(jié)果,但卻沒(méi)有理解探究的過(guò)程。如何將課本中的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)改進(jìn),融入steam理念,這是值得我們思考的問(wèn)題。而PBL教學(xué)模式剛好在某些領(lǐng)域和我們所急需的要求相互符合。我們可以利用PBL模式學(xué)習(xí)的流程特點(diǎn)結(jié)合STEAM的理念,開(kāi)發(fā)教材中的內(nèi)容,通過(guò)小組合作完成本節(jié)課的內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力以及提升核心素養(yǎng)。

二、理論依據(jù)

(一)STEAM教育理念

STEAM教育理念最初是美國(guó)政府為了強(qiáng)化科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和藝術(shù)的教育,提出了STEAM教育理念。對(duì)于當(dāng)前社會(huì)單一學(xué)科的教學(xué)已經(jīng)無(wú)法滿足學(xué)生的需求,也將極大的影響學(xué)生未來(lái)的發(fā)展。因此將STEAM教育理念融入到中學(xué)科學(xué)的課堂教學(xué)中,不僅加強(qiáng)了與其他學(xué)科之間的聯(lián)系,也有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)科學(xué)課堂教學(xué)中的不足,因此,將STEAM教育理念應(yīng)用到中學(xué)科學(xué)教學(xué)中就極為必要。

(二)PBL教學(xué)模式

PBL是“基于問(wèn)題式的學(xué)習(xí)”的一種學(xué)習(xí)方式。強(qiáng)調(diào)的是以學(xué)生為主體,在教師的整體把握和指導(dǎo)下,將核心知識(shí)轉(zhuǎn)化到真實(shí)的問(wèn)題情境中,讓學(xué)生通過(guò)分析真實(shí)問(wèn)題,探究在問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)。在這個(gè)過(guò)程中慢慢培養(yǎng)解決問(wèn)題的技能,提升自主學(xué)習(xí)的能力,其核心在于發(fā)揮問(wèn)題對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的指導(dǎo)作用,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性。

三、教學(xué)策略

(一)PBL教學(xué)模式下科學(xué)STEAM課程教學(xué)模型建立

PBL模式下STEAM教育的開(kāi)展往往是基于解決真實(shí)問(wèn)題,根據(jù)以上的特點(diǎn)和理論基礎(chǔ),筆者設(shè)計(jì)了以下的教學(xué)策略,以下是設(shè)計(jì)思路(圖一)

(二)PBL教學(xué)模式下科學(xué)STEAM課程教學(xué)策略的建構(gòu)

如何在PBL的模式下有效開(kāi)展STEAM的教學(xué),我們應(yīng)該制定相應(yīng)的策略,如下圖2所示:

四、應(yīng)用案例分析——《制作燈泡》

(一)創(chuàng)設(shè)情景,產(chǎn)生問(wèn)題

興趣是最好的老師。激發(fā)興趣需要良好的教學(xué)情景。因此教學(xué)情景的設(shè)計(jì)的第一原則是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在本節(jié)課上課前我首先播放燈泡的發(fā)展史,認(rèn)識(shí)燈泡從木炭條做燈絲到鎢絲的發(fā)展歷程。讓孩子感受燈絲經(jīng)歷不同材料的挑選的過(guò)程,引發(fā)了學(xué)生們的好奇心。自然而然引發(fā)問(wèn)題,怎樣的材料能做燈絲?教師立刻展示今天的做燈絲可能用到的9種材料:①銅絲、②普通HB和③普通2B筆芯、④較長(zhǎng)的HB和⑤較長(zhǎng)的2B筆芯、⑥極細(xì)的HB和⑦極細(xì)的2B鉛筆芯,立刻引起同學(xué)們的頭腦風(fēng)暴。1．做燈絲發(fā)光的原理是什么?2．老師提供材料哪種適合做燈絲?

設(shè)計(jì)意圖:教師積極營(yíng)造真實(shí)的問(wèn)題背景,讓學(xué)生身臨其境,真實(shí)的環(huán)境

氛圍激發(fā)學(xué)生的積極性。在真實(shí)背景下,學(xué)生很快與自己原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生聯(lián)系。及時(shí)拋出了本節(jié)課所要解決的幾個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題,學(xué)生們自然產(chǎn)生主動(dòng)解決問(wèn)題的動(dòng)力和興趣。

(二)小組討論,分析問(wèn)題

引出了問(wèn)題之后,確定了本節(jié)課的核心問(wèn)題。小組進(jìn)行首先確定第一個(gè)問(wèn)題,根據(jù)視頻和經(jīng)驗(yàn),組員之間進(jìn)行思維碰撞,并理解電阻的意義。第二個(gè)問(wèn)題,如何對(duì)這9種材料進(jìn)行選擇。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分類實(shí)驗(yàn),進(jìn)行簡(jiǎn)單猜測(cè),通過(guò)組內(nèi)合作分解任務(wù)。

任務(wù)一:先選擇材料,在①②③中先進(jìn)行選擇。

任務(wù)二:選擇長(zhǎng)度,在③⑤中選擇。

任務(wù)三:選擇粗細(xì),在②⑥或者③⑦中選擇。

分解好任務(wù)之后,準(zhǔn)備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,如何來(lái)定性的鑒別電阻的大小?組長(zhǎng)帶領(lǐng)組員分工合作設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)意圖:在這個(gè)環(huán)節(jié)中老師并沒(méi)有做過(guò)多的講解,教師只要緊緊抓住核心問(wèn)題,并將核心問(wèn)題分解成幾個(gè)單項(xiàng)任務(wù)。讓學(xué)生自己去設(shè)計(jì)、分析、實(shí)踐,而小組的合作討論恰好是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)讓思維進(jìn)行碰撞,還原真實(shí)問(wèn)題探究的一個(gè)過(guò)程。在第一個(gè)問(wèn)題結(jié)束后教師進(jìn)行簡(jiǎn)單歸納,得出電阻的定義和其工作原理。

(三)明確任務(wù),制定計(jì)劃

在問(wèn)題討論結(jié)束之后組長(zhǎng)根據(jù)組員特點(diǎn)合理安排任務(wù),明確組員角色。在這個(gè)過(guò)程中讓所有的成員都要積極參與進(jìn)來(lái),各自負(fù)責(zé)自己的任務(wù)。如果沒(méi)有合理分配任務(wù),那么完成任務(wù)的效果會(huì)大打折扣。通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng),促使每個(gè)同學(xué)明確自己任務(wù)并積極參與學(xué)習(xí)探究。在這個(gè)環(huán)節(jié)中,小組將自己的方案展示,并進(jìn)行解釋,從設(shè)計(jì)思路和現(xiàn)象回答需要挑選的材料。

然后展示后進(jìn)行組內(nèi)評(píng)比,其他小組可以提問(wèn),或者質(zhì)疑展示小組的問(wèn)題,例如:方案二中燈泡不靈敏,方案三中容易引起短路,方案四中現(xiàn)象不明顯,容易引起短路。最后經(jīng)過(guò)對(duì)比選出最佳方案一。

設(shè)計(jì)意圖:將任務(wù)不斷細(xì)化,并且讓學(xué)生通過(guò)任務(wù)不斷完善方案,從而得到最為合理的方案設(shè)計(jì)。教師通過(guò)任務(wù)的層層遞進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生在面對(duì)不同的解釋和結(jié)論時(shí)學(xué)會(huì)思考與分辨,從而再展開(kāi)討論與交流。在這個(gè)環(huán)節(jié)中畫(huà)圖、表達(dá)、構(gòu)建模型,體現(xiàn)了STEAM中科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個(gè)領(lǐng)域的結(jié)合,緊緊地圍繞本節(jié)課的問(wèn)題開(kāi)展探究。很好的將PBL的教學(xué)模式和STEAM模式進(jìn)行有效融合,培養(yǎng)了學(xué)生的綜合問(wèn)題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作能力,落實(shí)了STEAM中T技術(shù)目標(biāo)。

(四)開(kāi)展實(shí)驗(yàn),分析數(shù)據(jù)

在PBL教學(xué)模式中,學(xué)生由知識(shí)的被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)者、合作者和研究者,成為學(xué)習(xí)的主體。小組成員要根據(jù)之前組內(nèi)所探究出的方案,獲取的數(shù)據(jù)或證據(jù),進(jìn)行科學(xué)解釋或論證,從而將每個(gè)小任務(wù)的問(wèn)題與數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)解釋,并得出自己的學(xué)習(xí)結(jié)論。

在任務(wù)一中,學(xué)生根據(jù)電流表和電燈的情況確定結(jié)果,銅絲的電阻最小,2B其次,HB的電阻最大,同時(shí)引導(dǎo)科學(xué)回答。同學(xué)們深入分析問(wèn)題,HB和2B的區(qū)別是什么?及時(shí)提供資料,關(guān)于2B,HB的百科資料。

在任務(wù)二中,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,并沒(méi)有選擇原來(lái)的方案,大家經(jīng)過(guò)第一個(gè)結(jié)果一致認(rèn)為HB相對(duì)比較適合,然后就不需要燈泡,不會(huì)引起短路問(wèn)題。最終大家選擇設(shè)計(jì)方案為方案三。

在任務(wù)三中,對(duì)于鉛筆芯粗細(xì)時(shí),學(xué)生又碰到一個(gè)新的問(wèn)題,電流標(biāo)的偏轉(zhuǎn)都非常小,及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生,那怎么辦?很多同學(xué)提出建議用更多的電池,用4節(jié)電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)更明顯,但又有學(xué)生提出電流表的量程不夠。經(jīng)過(guò)小組之間的互相討論重新優(yōu)化方案,分別嘗試用4節(jié)干電池和6節(jié)干電池,將電流表調(diào)到大量程。

最后有幾組學(xué)生用6節(jié)電池,用最細(xì)的HB鉛筆芯點(diǎn)制成了燈絲,其他學(xué)生看見(jiàn)以后積極研究,相互交流。大部分的同學(xué)都能做成功。同時(shí)還有一些學(xué)生觀察到,鉛筆芯發(fā)光以后,電流表的電流會(huì)變大。也提出一個(gè)新的問(wèn)題,溫度也會(huì)影響電阻的大小。

設(shè)計(jì)意圖:這個(gè)環(huán)節(jié)中教師需要緊緊抓住核心問(wèn)題,不斷引發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,提出問(wèn)題,有層次地推進(jìn),使學(xué)生明確自己的任務(wù)目標(biāo)。這個(gè)過(guò)程中學(xué)生需要不停的優(yōu)化方案,閱讀信息通過(guò)深入學(xué)習(xí),并對(duì)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析。最后鉛筆芯亮起來(lái),是課堂到達(dá)高潮,使學(xué)生獲得了成功的喜悅。這種積極的情感體驗(yàn),促使學(xué)習(xí)真正發(fā)生,刺激更深層次的學(xué)習(xí)的發(fā)生,真實(shí)的感受到科學(xué)就在身邊,來(lái)落實(shí)STEAM中M數(shù)學(xué)目標(biāo)。

(五)小組合作,制作作品

這個(gè)環(huán)節(jié)中,小組成員需要通過(guò)相互合作,分享展示制作的小燈泡。最后,教師在對(duì)學(xué)習(xí)中的不足及學(xué)習(xí)內(nèi)容加以歸納補(bǔ)充。燈絲的條件,需要是電阻率大,較長(zhǎng),較細(xì)的電阻相對(duì)較大的導(dǎo)體。學(xué)生補(bǔ)充,溫度也會(huì)影響電阻大小。同時(shí)回歸生活,拓展提問(wèn):為什么最后我們的白熾燈選用鎢絲呢?制作燈泡還需要什么要求?在引發(fā)學(xué)生的思考,這個(gè)作為課后延伸的內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖:小組之間分享信息,使零散的知識(shí)化,系統(tǒng)化,便于學(xué)生知識(shí)的重構(gòu)。同時(shí)了解燈絲實(shí)際使用的還需要考慮的問(wèn)題,其實(shí)細(xì)心的孩子已經(jīng)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中發(fā)出燒焦的味道,鉛筆芯斷了。PBL教學(xué)過(guò)程中教師需要學(xué)會(huì)慢慢“隱退”,僅在關(guān)鍵時(shí)刻起到點(diǎn)撥、引導(dǎo)的作用。同時(shí)培養(yǎng)孩子細(xì)心觀察能力,和延續(xù)課內(nèi)內(nèi)容,延續(xù)問(wèn)題越多越有利于同一概念信息被處理和加固,形成創(chuàng)新認(rèn)知模式,從而達(dá)成了STEAM中E工程目標(biāo)。

(六)展示作品,相互評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)是PBL模式的最后一個(gè)環(huán)節(jié),評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)過(guò)程同等重要,每個(gè)階段都包括學(xué)習(xí)評(píng)估。在STEAM的課程中評(píng)價(jià)也是一種激發(fā)學(xué)生內(nèi)在動(dòng)力的一種教學(xué)策略。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括小組設(shè)計(jì)的方案展現(xiàn)評(píng)價(jià),講解員的評(píng)價(jià),和最后燈絲選擇已經(jīng)成功完成核心任務(wù)情況進(jìn)行打分。

設(shè)計(jì)意圖:同學(xué)們可以根據(jù)評(píng)價(jià)表中的內(nèi)容,明確自己的核心任務(wù)和角色,強(qiáng)化小組之間的合作,做到人人參與。方案設(shè)計(jì)考查技能水平技能的水平,美觀度和創(chuàng)意性。在比較中增強(qiáng)了科學(xué)探究的興趣,提升鑒賞能力,完成了對(duì)于STEAM中A藝術(shù)目標(biāo)的落實(shí)。

五、教學(xué)感悟

初中科學(xué)課程中STEAM跨學(xué)科的理念實(shí)施落實(shí)離不開(kāi)有效的教學(xué)策略,比如PBL教學(xué)模式在STEAM中起到了很好的引導(dǎo)作用。讓學(xué)生始終帶著問(wèn)題去學(xué),帶著問(wèn)題去想,帶著問(wèn)題去解決。讓最終所有的方法都指向解決問(wèn)題,探究真知。在實(shí)施的過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(一)有效創(chuàng)設(shè)情景,拋出核心問(wèn)題

教師應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境,而學(xué)生最熟悉的環(huán)境就是生活。在核心問(wèn)題的任務(wù)設(shè)計(jì)中,情景需要根據(jù)真實(shí)場(chǎng)景設(shè)計(jì)。這樣子可以有效激發(fā)學(xué)生的探索的欲望促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力,充滿玄機(jī)的課堂實(shí)施同時(shí)還應(yīng)注意與核心問(wèn)題息息相關(guān),確保我們研究的主線不發(fā)生偏離。

(二)合理設(shè)計(jì)任務(wù),促進(jìn)深入學(xué)習(xí)

PBL教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)的是“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”,教師應(yīng)緊緊抓住核心問(wèn)題,并將核心問(wèn)題分解成幾項(xiàng)單項(xiàng)任務(wù),從而引發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,提出問(wèn)題,有層次地推進(jìn),使學(xué)生形成真正的學(xué)習(xí)興趣。

綜上所述,PBL教學(xué)模式在STEAM教學(xué)中起到了很好的引導(dǎo)作用。也可以較好的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。所以除了PBL模式以外我們還應(yīng)逐步探索STEAM課程的教學(xué)策略,將STEAM課程廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)中,真正讓學(xué)生學(xué)有所得。