摘 要：本文以“桿秤的制作”教學(xué)為例，論述了如何在項(xiàng)目學(xué)習(xí)引領(lǐng)下進(jìn)行初中物理STEM-PBL教學(xué)案例的設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐，探索初中物理項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)策略，以打破“情境孤島”與“知識(shí)壁壘”給教學(xué)帶來(lái)的束縛，并對(duì)STEM-PBL教學(xué)中如何發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)進(jìn)行反思，進(jìn)而引發(fā)深度學(xué)習(xí).

關(guān)鍵詞：初中物理;教學(xué)案例;STEM;PBL

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）02-0036-04

基金項(xiàng)目：安徽省教育科學(xué)研究院2019年度立項(xiàng)重點(diǎn)課題“基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的中學(xué)物理深度教學(xué)實(shí)踐研究“（項(xiàng)目編號(hào)：JKZ19004）.

作者簡(jiǎn)介：胡倉(cāng)兵（1971-），男，安徽蕪湖人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教育教學(xué)研究.

STEM教育是一種重實(shí)踐的超學(xué)科教育概念，它有別于傳統(tǒng)的單學(xué)科重書本知識(shí)的教育方式，PBL全稱是Project-Based Learning ——項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，PBL是以解決一個(gè)真實(shí)問題或項(xiàng)目成果——產(chǎn)品為核心，在真實(shí)情境下以問題為導(dǎo)向的動(dòng)態(tài)自主學(xué)習(xí)過程，是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的教育方式， 是在教師的引導(dǎo)下，“以學(xué)生為中心、以問題為基礎(chǔ)”，通過采用小組討論的形式，學(xué)生圍繞真實(shí)的問題，獨(dú)立收集資料，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)模式.

1 問題的源起

筆者所在學(xué)校是一所市直屬九年制義務(wù)教育學(xué)校，近年來(lái)，在深化集團(tuán)化辦學(xué)的宗旨指導(dǎo)下，學(xué)校非常重視課程改革和創(chuàng)新教育活動(dòng)的開展，2018年9月成立STEM教育實(shí)驗(yàn)基地，在實(shí)驗(yàn)基地的基礎(chǔ)上，STEM課程開展得有聲有色.筆者所在的物理教研組最早參與了“STEM教育視野下基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的中學(xué)物理教學(xué)案例研究”（項(xiàng)目編號(hào)：DK74）市級(jí)課題的研究，深度介入課題研究的各項(xiàng)工作.2019年9月筆者所在學(xué)校申請(qǐng)了省級(jí)課題“基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的中學(xué)物理深度教學(xué)實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：JKZ19004）的子課題——“初中物理STEM-PBL教學(xué)案例研究”.2019年4月筆者有幸參加了在無(wú)錫舉辦的“首屆全國(guó)STEM課堂教學(xué)比賽”，執(zhí)教的“杠桿——桿秤的制作”榮獲現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)評(píng)比的全國(guó)特等獎(jiǎng).本節(jié)課以STEM-PBL教學(xué)的模式，開展“桿秤的制作”綜合實(shí)踐與拓展，借助于物理學(xué)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)等知識(shí)進(jìn)行STEM教育，旨在課堂教學(xué)中落實(shí)物理核心素養(yǎng)的有效途徑，更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力.同時(shí)在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中深入貫徹“循環(huán)遞進(jìn)探究教學(xué)法”，搭建一個(gè)以學(xué)生學(xué)習(xí)為主體的高效課堂.為此，本人在STEM教育理論指導(dǎo)下，借助于PBL（項(xiàng)目式學(xué)習(xí)）和循環(huán)遞進(jìn)探究教學(xué)法，設(shè)計(jì)了“桿秤的制作”教學(xué)案例，在教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐，并對(duì)在STEM-PBL教學(xué)中如何發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)進(jìn)行反思，進(jìn)而引發(fā)深度學(xué)習(xí).

2 STEM-PBL教學(xué)案例

2.1 教學(xué)內(nèi)容分析

“杠秤的制作”教學(xué)案例是基于滬科版八年級(jí)物理第十章“機(jī)械與人”第一節(jié)“杠桿的平衡條件”內(nèi)容的綜合實(shí)踐與拓展.在實(shí)際生活中，我們時(shí)常遇到“桿秤測(cè)量質(zhì)量不準(zhǔn)確”的問題，由于學(xué)生對(duì)桿枰的模型及工作原理不是很清楚，從而造成學(xué)生學(xué)習(xí)上的障礙.在以往教學(xué)中，常用的處理方法是“就題論題”或“強(qiáng)行拓展”，使原本就讓學(xué)生運(yùn)用的生疏知識(shí)變得更加“高深莫測(cè)”，難免讓不少學(xué)生對(duì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理產(chǎn)生畏難情緒，失去學(xué)習(xí)興趣.基于以上原因，秉著解決實(shí)際問題的原則，制定如下教學(xué)目標(biāo)：通過桿秤的制作過程，進(jìn)一步掌握利用杠桿平衡條件分析各物理量間關(guān)系的方法與技能;通過問題的提出、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和方案改進(jìn)等實(shí)踐研究活動(dòng)，增強(qiáng)理性思維、批判質(zhì)疑和勇于探究的科學(xué)精神;通過產(chǎn)品制作和產(chǎn)品優(yōu)化等實(shí)踐操作活動(dòng)，提升勞動(dòng)意識(shí)、問題解決與技術(shù)運(yùn)用等多方面的實(shí)踐創(chuàng)新能力;通過桿秤悠久的歷史介紹，挖掘蘊(yùn)含其中的古樸智慧，提升科學(xué)素養(yǎng).

2.2 學(xué)情分析

學(xué)生學(xué)習(xí)了杠桿的平衡條件及其應(yīng)用的知識(shí)后，已經(jīng)初步具備了解簡(jiǎn)單的杠桿，能分析杠桿平衡條件中的各物理量間的定量關(guān)系，以及形成了利用杠桿平衡條件進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算等能力，但同時(shí)也存在知識(shí)掌握尚不熟練、綜合運(yùn)用能力薄弱，特別是對(duì)抽象受力分析或動(dòng)態(tài)平衡缺乏興趣等問題，但學(xué)生對(duì)動(dòng)手制作和實(shí)驗(yàn)探究有著天然的吸引力和創(chuàng)造力，這需要教師對(duì)常規(guī)教學(xué)程序、知識(shí)技能、過程與方法進(jìn)行優(yōu)化實(shí)施，使之切合初中生的認(rèn)知特點(diǎn)，從而滿足學(xué)生的求知欲.

2.3 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：通過STEM-PBL學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用能力、實(shí)踐操作能力的提升.

難點(diǎn)：STEM-PBL教學(xué)方式下學(xué)科間的整合與學(xué)習(xí)策略的有效實(shí)施.

2.4 STEM-PBL案例教學(xué)流程圖

采用提出項(xiàng)目問題—設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案—項(xiàng)目產(chǎn)品制定—項(xiàng)目產(chǎn)品交流—項(xiàng)目產(chǎn)品評(píng)價(jià)—評(píng)價(jià)反思的教學(xué)流程（如圖1所示）.

2.5 STEM-PBL案例教學(xué)實(shí)施

2.5.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，培養(yǎng)問題意識(shí)

展示真實(shí)場(chǎng)景：開學(xué)初，同學(xué)們幫助老師整理辦公室，清理出很多廢紙，為了變廢為寶，同學(xué)們建議將廢紙賣給廢品回收人員，當(dāng)工作人員在稱量廢紙質(zhì)量時(shí)，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，明明感覺廢紙很多很重，但稱量出來(lái)的質(zhì)量卻很小，這到底是廢紙實(shí)際質(zhì)量小，還是稱量質(zhì)量的工具不準(zhǔn)確而導(dǎo)致偏小呢？同學(xué)們爭(zhēng)論不休，帶著滿心疑惑來(lái)問老師.

針對(duì)學(xué)生在實(shí)際生活中遇到的真實(shí)問題，老師并沒有直接下結(jié)論，而是和同學(xué)們一道來(lái)研究如何解決這一真實(shí)問題，教師引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題（如圖2所示）.

問題1：實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量物體質(zhì)量工具是天平，天平的工作原理是什么？

問題2：日常生活中常用什么工具測(cè)量質(zhì)量？

問題3：天平與桿秤二者的區(qū)別有哪些？

問題4：日常生活和生產(chǎn)中為什么很少使用天平進(jìn)行物體質(zhì)量測(cè)量呢？

在學(xué)生逐一回答教師提出的問題后，教師進(jìn)一步給學(xué)生拋出“哪種方法能夠更快速、更準(zhǔn)確地測(cè)量質(zhì)量的大小？”，進(jìn)而激發(fā)知識(shí)運(yùn)用中的矛盾沖突，產(chǎn)生學(xué)習(xí)新方法的求知欲.教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生產(chǎn)生活中的實(shí)際需要尋求解決辦法，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)兼顧“直觀與精準(zhǔn)”“操作便捷”等優(yōu)勢(shì)的測(cè)量物體質(zhì)量大小的裝置——“桿秤”，那么，如何制作桿秤？如何檢驗(yàn)所制作的桿秤的示數(shù)是否準(zhǔn)確？

設(shè)計(jì)意圖：應(yīng)用STEM教育理念，通過PBL項(xiàng)目學(xué)習(xí)法，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際生活的需要出發(fā)，提出問題，創(chuàng)造性地解決問題，教師的角色不再是課堂的中心，而是教學(xué)的組織者和參與者，學(xué)生是項(xiàng)目問題的研究者、項(xiàng)目產(chǎn)品的開發(fā)者.教師應(yīng)該將課堂還給學(xué)生，使學(xué)生成為真正的學(xué)習(xí)主人，在實(shí)踐中形成物理觀念.

2.5.2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，形成物理觀念

“STEM-PBL”學(xué)習(xí)的本質(zhì)是將學(xué)習(xí)活動(dòng)作為一種學(xué)習(xí)方式引入物理教學(xué)中，把物理核心知識(shí)建構(gòu)和物理規(guī)律的探究融入到具體的“項(xiàng)目產(chǎn)品”中，然后將項(xiàng)目任務(wù)分解，打破教材文本的順序和內(nèi)容呈現(xiàn)方式，以學(xué)生為中心整合教學(xué)資源，提升學(xué)生核心素養(yǎng).為此，為了完成上述項(xiàng)目任務(wù)，給學(xué)生提出以下進(jìn)階任務(wù).任務(wù)一：學(xué)生圍繞學(xué)習(xí)任務(wù)討論設(shè)計(jì)要求，如直觀可視、操作便捷、量程范圍、攜帶方便以及測(cè)量準(zhǔn)確等項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo);任務(wù)二：教師引導(dǎo)學(xué)生分解設(shè)計(jì)目標(biāo)，選定“直觀可視、操作便捷、測(cè)量準(zhǔn)確”等基礎(chǔ)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行初步設(shè)計(jì);任務(wù)三：教師給學(xué)生提供限定的實(shí)驗(yàn)器材，創(chuàng)設(shè)“運(yùn)用杠桿平衡條件測(cè)量質(zhì)量”的模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù) “桿秤制作”的初步設(shè)想設(shè)計(jì)方案，并填寫完成《桿秤的制作設(shè)計(jì)書》;任務(wù)四：課堂匯報(bào)交流《桿秤的制作設(shè)計(jì)書》.

設(shè)計(jì)意圖：利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)問題串和問題鏈，問題之間應(yīng)具有邏輯遞進(jìn)關(guān)系，層層深入，循環(huán)遞進(jìn)，將核心知識(shí)融入在問題中，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)引領(lǐng)下讓深度學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生，形成物理觀念.

2.5.3 項(xiàng)目產(chǎn)品設(shè)計(jì)，升華科學(xué)思維

教師在學(xué)生眾多的設(shè)計(jì)方案中選擇具有代表性的設(shè)計(jì)方案，并讓各方案的設(shè)計(jì)者介紹自己的設(shè)計(jì)思想，由設(shè)計(jì)者與其他同學(xué)進(jìn)行雙向選擇，組建自己的項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)該方案進(jìn)行深入改進(jìn)交流.在“桿秤的制作”案例教學(xué)中，為了讓學(xué)生能在限定的時(shí)間內(nèi)有所建樹，獲得成功的體驗(yàn)，特對(duì)項(xiàng)目任務(wù)和內(nèi)容作了微調(diào)（如圖3所示），從而有效降低項(xiàng)目設(shè)計(jì)的難度.在項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上主要滲透STEM中的技術(shù)與數(shù)學(xué)部分，給學(xué)生充分的實(shí)踐空間，促進(jìn)科學(xué)思維的升華.

2.5.4 方案優(yōu)化改進(jìn)，產(chǎn)品制作調(diào)試

各組在深入改進(jìn)后，分別向教師匯報(bào)改進(jìn)后的方案，而后進(jìn)入產(chǎn)品制作與調(diào)試階段（如圖4所示），教師參與各組討論，幫助學(xué)生解決組內(nèi)設(shè)計(jì)思想存在的矛盾障礙，保證項(xiàng)目研究順利推進(jìn).

設(shè)計(jì)意圖：在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，教師的任務(wù)之一是將一個(gè)大的項(xiàng)目分解成若干個(gè)任務(wù)或活動(dòng)，任務(wù)與任務(wù)之間不是孤立的，而是圍繞項(xiàng)目實(shí)施，重新整合學(xué)習(xí)內(nèi)容，由低到高地推進(jìn)，在課堂活動(dòng)中應(yīng)帶著“未知”的具體任務(wù)，讓學(xué)生在全新的體驗(yàn)中引發(fā)思考，以此達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目標(biāo).

2.5.5 產(chǎn)品發(fā)布推介，質(zhì)量功能檢測(cè)

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、檢驗(yàn)項(xiàng)目產(chǎn)品的性能，各小組以“產(chǎn)品發(fā)布會(huì)”的形式推介產(chǎn)品的工作原理、使用說(shuō)明和優(yōu)化過程，并進(jìn)行模擬真實(shí)測(cè)量環(huán)境的功能檢測(cè)，多維度地展現(xiàn)各項(xiàng)目組的研發(fā)水平（知識(shí)綜合實(shí)踐運(yùn)用水平）.

2.5.6 組間交流評(píng)價(jià)，促進(jìn)產(chǎn)品優(yōu)化

學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)結(jié)束后，教師及時(shí)引導(dǎo)各項(xiàng)目組對(duì)其它項(xiàng)目組的產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并提出改進(jìn)建議，幫助各組項(xiàng)目產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)再優(yōu)化的目的.教師展示工業(yè)成品“桿秤”，并簡(jiǎn)單介紹其工作原理.從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比自己的設(shè)計(jì)方案，總結(jié)項(xiàng)目研發(fā)的不足之處，為下一次項(xiàng)目研發(fā)積累經(jīng)驗(yàn).

設(shè)計(jì)意圖：以學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)的開展為契機(jī)，以項(xiàng)目產(chǎn)品的制作為形式，通過“設(shè)計(jì)—制作—評(píng)估—改進(jìn)”這種循環(huán)遞進(jìn)的學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生設(shè)計(jì)出精致、實(shí)用的產(chǎn)品——“桿秤”，學(xué)生通過小組合作的方式開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，通過組內(nèi)交流、組間評(píng)價(jià)，真正實(shí)現(xiàn)生生互動(dòng)、師生互動(dòng)，讓學(xué)生在進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)過程中，感受學(xué)習(xí)物理的知識(shí)性、趣味性和人文性，體會(huì)科學(xué)探究學(xué)習(xí)的方式方法，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力.

3 STEM-PBL教學(xué)案例的反思

3.1 STEM-PBL打破思維固化，解決情境孤島

在STEM-PBL教學(xué)法的指導(dǎo)下，將創(chuàng)設(shè)的真實(shí)問題情境貫穿在教學(xué)的始終，能夠打破傳統(tǒng)的思維固化，有效解決了情境孤島的弊端.在真實(shí)的情境下解決實(shí)際問題，學(xué)生圍繞制作“真實(shí)”的產(chǎn)品或方案，參與課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)，分工合作協(xié)調(diào)互動(dòng)，能夠最大限度地開發(fā)學(xué)生的潛能，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中人人都能體驗(yàn)到成功的喜悅，學(xué)生收獲的不僅是有形的項(xiàng)目產(chǎn)品還有無(wú)形的項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，而且更增添了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心，使得學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣能夠持久保持.

3.2 STEM-PBL發(fā)展核心素養(yǎng)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

STEM-PBL教學(xué)中以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為核心的“STEM-PBL”項(xiàng)目學(xué)習(xí)，能最大限度地激發(fā)學(xué)生的潛能，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生.因?yàn)橹R(shí)的發(fā)展不再是單一線性發(fā)展，也不一定按照教師課前預(yù)設(shè)或?qū)W生心里預(yù)想的那樣發(fā)展，但是，這更容易吸引學(xué)生的注意力，激活學(xué)生的思維活動(dòng)，將課前“碎片化”“單一化”習(xí)得的知識(shí)與技能遷移到真實(shí)情境中，以解決實(shí)際問題.

3.3 STEM-PBL突破知識(shí)壁壘，發(fā)展高階思維

利用STEM-PBL教學(xué)法，探索初中物理項(xiàng)目學(xué)習(xí)大單元教學(xué)設(shè)計(jì)方法和策略，以打破以往“情境孤島”與“知識(shí)壁壘”給教學(xué)帶來(lái)的束縛，從而達(dá)到從“知識(shí)單元”到“學(xué)習(xí)單元”，從“能力單元”到“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”，從“低層結(jié)構(gòu)”到“高層結(jié)構(gòu)”，從“低階思維”到“高階思維”的飛躍.在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為主旋律的新時(shí)代，我們借助STEM-PBL教育的學(xué)習(xí)新形式，讓問題來(lái)源于生活，從實(shí)踐中尋找答案，解決實(shí)際問題，學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體，教學(xué)達(dá)到了在“做中學(xué)，學(xué)中做”的教育教學(xué)效果.

4 結(jié)語(yǔ)

“紙上得來(lái)終覺淺，絕知此事要躬行”，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于做什么，而不僅僅在于學(xué)什么，即做中學(xué).由于物理學(xué)科特點(diǎn)，我們運(yùn)用取自生活的物品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)從而重溫規(guī)律的獲得;分析解決物理原始問題提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力;分析現(xiàn)有產(chǎn)品和制作產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)創(chuàng)新能力.所以，STEM-PBL（項(xiàng)目式學(xué)習(xí)）在教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，不僅豐富了學(xué)習(xí)的內(nèi)容，啟迪了學(xué)生的思維，而且能在真實(shí)的情境下促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

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（收稿日期：2020-10-17）