PBL+LBL双轨教学法在STEM教学中的实践

蔡敬轩 黄福裕

摘要PBL教学法是一种基于问题的教学方法，其灵活、开放的教学活动能激发学生的积极性，有利于引发学生高层次思维活动。LBL教学法是一种以教师授课，学生听课为主的传统教学方式。本文以来自荷兰的Schmidt教授和Moust教授所提出的PBL循环发展模型为基准，基于小学科学课堂教育，开展PBL+LBL双轨教学法的效果对比，摸索适应国内环境的STEM教学模式，得出适用于小学的PBL教学流程图，并以此开展教学实践研究。

关键词 PBL+LBL 双轨教学法 课时 互动 课程效果

中图分类号：G424文献标识码：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教育有助于培養学生的科学探究能力、创新意识、批判性思维、信息技术能力等，直接影响着学生的终身发展。纵观当前国内学校STEM教育开展的形式主要有三种：第一，尝试在必修课程渗透或者开设选修课程；第二，在技术类课程中借用工程情境运用科学和数学知识解决问题；第三，在各级创客类比赛平台上推行。后两者由于技术和资金投入问题，参与的学校和学生数占比较小，只有把STEM融入必修课程，才能保证全体学生参与，才能确保STEM教育惠及每位学生。本文基于小学科学课堂在渗透STEM教育中，开展PBL+LBL双轨教学法的效果对比，摸索适应国内环境的STEM教学模式。

PBL+LBL双轨教学法的作用及必要性

国内科学课堂所使用的教学法可归结为PBL与LBL两种。PBL教学法是一种基于问题的教学方法，其灵活、开放的教学活动能激发学生的积极性，有利于引发学生高层次思维活动。LBL教学法是一种以教师授课，学生听课为主的传统教学方式。通过教师对学习内容进行全面系统的讲授，保证知识的系统性和一致性，有利于学生记忆和掌握知识，是目前大班教学的主流教学方法。

国内科学课堂课时有限，适合STEM教学的PBL教学模式课时消耗较大，而相对节约课时的LBL教学模式无法运用“技术”与“工程”解决问题，不太适用于STEM教学，因而单一的PBL或LBL教学模式都不适合国内STEM教学。

丹麦奥尔堡大学的Kolmos和Holgaard经多年实践，提出：在单门课程的小范围内，可以通过规划调节部分传统授课的时间来做项目，即在单门学科内结合LBL与PBL，实现双轨教学。但是在实际教学中，什么样的实施方式才能有较好的教学效果呢？于是我们开展以下实践探索。

PBL+LBL双轨教学结合模式

本文以来自荷兰的Schmidt教授和Moust教授所提出的PBL循环发展模型（如图1）为基准，进行本土化改良，得出适用于小学的PBL教学流程图（如图2），并以此开展教学实践研究。

PBL教学流程相对封闭，因而LBL融入PBL的方式只有两种：第一种是先使用LBL教理论知识，再通过PBL开展工程项目的学习，笔者将这种结合方式命名为LBL-PBL，教学流程如图3；第二种是先通过PBL开展工程项目的学习，再使用LBL教理论知识，最后再让学生使用PBL完善项目，笔者将这种结合方式命名为PBL-LBL，教学流程如图4。

“LBL-PBL”与“PBL-LBL”教学效果对比

为更科学有效地比较两种教学模式，笔者选择“钢珠过坡”为教学内容，以四年级不同班级的学生为实验对象，对比相同课时下不同教学模式的教学效果。

1.LBL-PBL授课实践

（1）传授理论（2课时）

教师以LBL教学法通过“苹果为什么落地”向学生传授引力相关知识，让学生发现地球上的物体都会受到引力的作用，并可能因此而改变其运动状态；再通过“摩擦力的秘密”向学生传授摩擦力相关知识，让学生明白物体在运动时，会受摩擦力的影响而减速。

（2）第一轮PBL教学（1课时）

提出问题：教师以两个连续的过山车上坡视频导入情境，进而出示工程项目：使用过山车课程项目材料搭建上坡高度为18厘米的轨道，要求钢珠可以翻越而过。

分析问题：教师抛出问题——搭建这样的轨道，我们需要注意什么。学生小组讨论后汇报得出以下三个注意事项：第一，确保上、下坡轨道处于同一平面避免钢珠脱离轨道；第二，上坡与下坡的倾斜度不可过陡；第三，控制下坡高度。

解决问题：基于上述三个注意事项，学生分组进行设计并按照设计搭建轨道。

进行验证：学生将钢珠放入轨道进行测试，验证是否成功解决问题。

（3）第二轮PBL教学（1课时）

提出问题：基于上轮实验失败，学生自发提出问题：为什么钢珠无法过坡。

分析问题：教师引导学生对比各组数据，让学生分析对比数据，猜测可能是下坡高度不足导致。受课时限制，教师直接肯定学生的猜测。

解决问题：学生修改原有设计进行搭建，该环节不少小组直接使用成功小组的数据修改设计。

进行验证：将钢珠放入轨道进行第二轮测试，结果大部分学生成功完成挑战。

2.PBL-LBL授课实践

（1）第一轮PBL教学（1课时）

“先教后学”第一轮与PBL教学流程相同。

（2）PBL+LBL双轨教学（3课时）

①教师引导提出问题，做出假设

教师提出问题：失败的原因是什么？而后引导学生借助白板对比、分析成功组与失败组的数据，猜测可能是下坡高度不足导致。

②分组实验验证猜测

教师引导学生借助现有轨道设计实验，而后介绍实验步骤，学生分组实验比较同一轨道不同高度释放的钢珠能达到的上坡高度，实验结束后，学生分析数据发现：钢珠下坡高度与上坡高度成正比关系；下坡高度总是高于上坡，验证了之前的猜测。

③教师演示传授理论

教师在现有轨道上安装光电计时器开展演示实验：测量钢珠过坡时速度的变化，使用LBL教学法总结提炼知识：受引力影响，钢珠下坡加速，上坡减速，因此下坡高度与上坡高度成正比关系（对应“苹果为什么落地”）；钢珠上坡与下坡时受摩擦力影响，导致下坡高度均高于上坡（对应“摩擦力的秘密”）。

④PBL解决问题

学生分组修改原设计，由于时间充裕，教师引导学生分组汇报其设计，在此过程中，笔者发现包括优胜小组在内的多数小组都调整了下坡高度，個别下坡高度不足的小组，也在其他小组的建议下进行了修改。

⑤PBL进行验证

学生依据设计修改轨道并进行第二次尝试，结果大部分学生挑战成功，仅个别小组需教师辅导。

两种教学模式都用了4课时的时间，不同在于LBL-PBL先以2课时传授相关理论，再以2课时开展PBL教学；而PBL-LBL先以1课时让学生经历第一轮PBL教学，经历失败以后，再以3课时开展PBL+LBL深度融合的双轨教学。

不同模式下的课程效果对比

为确保两种不同模式的教学效果对比有可靠的依据，笔者以师生互动次数、生生互动次数、学生提问次数与课后作业成绩为评价标准来（见表1）制作不同教学效果对比表（见表2），从表中可以看出两种教学模式各有优劣。

LBL-PBL教学模式对常规科学课堂的影响较小，教师可完整传授教材内容，授课难度较低。而PBLLBL教学模式对常规科学课堂的影响较大，对教师的要求较高，教师须时刻依据学生实践效果来制订教学内容并为学生“把脉”，剔除部分非必要的知识，提高课堂时效性，留更多的时间让学生在各环节进行自评、互评，较好地体现学生的主体性。此外，学生经历失败，体会自身知识的欠缺，在好胜心的驱使下，他们会更积极地学习，先进行的PBL还使学生有了具体的实践经历，能以此积极参与课堂互动，课堂参与度明显高于LBL-PBL。

皮亚杰的认知发展理论认为：小学生思维发展尚处于具体运算阶段，只能利用具体的事物、物体或过程来进行思考。在LBL-PBL教学实践中，LBL教学与具体事物相脱离，导致学生在PBL学习的过程中，难以在新情境中进行知识的迁移。而PBL-LBL教学模式中，教师在LBL教学过程中能基于具体事物展开教学，辅助学生进行“同化”与“顺应”，所获得的知识是学生自主建构的。

PBL-LBL双轨教学法授课总结

1.精准分工，学有所得

皮亚杰认为：儿童关于外部世界的知识是在与周围环境相互作用的过程中逐渐建构的。因而在学生正式开展PBL学习之前，教师须对学生进行分组，让每位学生明确自身任务，确保每位学生都经历实践，进而保障他们都能在活动中自主建构新知。

2.因材施教，巧搭支架

“先学后教”策略下，教师可通过第一轮PBL学习确定学生的实际发展水平，再依据学生的实际发展水平调整教学内容，给学生提供支架（包括示范、应变管理、反馈、指导、提问和认知建构），使学生达到可能的发展水平，从而顺利完成任务。与此同时教师可以在保障知识完整性的前提下，剔除学生已掌握的知识，压缩LBL教学时长，释放更多时间开展PBL教学。

3.精细评价，助力成长

PBL的任务主要是通过学生的自主探究和同伴合作来实现的，这既是一种方法，也是一种目的。但受传统教学的影响，部分学生习惯于LBL教学模式，尚不适应PBL教学模式，还表现出对教师较强的依赖性。基于此，教师可以建立精细的评价量表，保证学生在PBL学习的每个环节中都能有依据地开展自评与互评，减少学生对教师的依赖，凸显学生的主体地位。