PBL 教學模式提高課堂有效性的實踐研究
——以數字化轉型下的小學自然課堂活動為例

盧秀瑾

上海外國語大學松江外國語學校 上海 201620

一、引言

PBL 的學習模式可以分為項目式學習和問題引導式學習，它強調把學習者置于復雜的真實問題情境中，以問題解決為核心，學習者以小組的形式解決真實性的問題，從而獲取知識、技能和能力。作為一種基于現實世界的以學生為中心的教學方法，PBL 的教學模式得到了廣泛的關注和重視。2023 年9 月1 日，《上海市教育委員會關于實施項目化學習推動義務教育育人方式改革的指導意見》發布，明確全面啟動實施項目化學習。2024 年，力爭項目化學習覆蓋義務教育階段所有學校。2026 年，義務教育學校常態化實施項目化學習，教師教學理念、教學行為和學生學習方式發生積極變化，基本形成教與學的新樣態。

筆者在“中國知網”數據庫中檢索2014年至2023 年期間發表的期刊論文，關鍵詞限定為“PBL”或“項目式”，摘要包含“小學自然”或“小學科學”，獲得152 條相關檢索結果。對這些結果進行計量可視化分析，總體趨勢分析如圖1 所示，主要主題分布如圖2 所示，主要主題發表趨勢如圖3 所示。

圖1 總體趨勢分析

圖2 主要主題分布

圖3 主要主題發表趨勢

從圖中可以看出，目前對PBL 教學模式應用于小學科學課程教育領域已經有一定的相關研究。近年來，國內外教育工作者積極探索PBL 教學模式在小學自然/科學領域的延伸和應用，將其融合在課程教學中并取得了一定的成效。然而，多數研究集中于PBL 教學法中的項目式學習運用在小學科學課堂中的活動設計策略和案例，關注如何在當前數字化轉型背景下利用PBL 教學法開展有效的課堂活動的文章相對較少。因此，本文的研究具有實際意義。

在此背景下，筆者以數字化轉型下的小學自然課堂活動為例，探究PBL 教學模式如何用于提高課堂活動的有效性，深入探討PBL教學法如何在數字化背景下的日常教學中與課堂活動實現深度融合，以期為未來小學自然學科教育教學實踐提供建議和借鑒。

二、PBL 教學模式與小學自然課堂結合的優勢

（一）PBL 教學模式的優點

PBL 教學模式是一種可以有多層次解讀的學習模式，它可以理解為項目化學習（Project-based Learning）、問題化學習（Problembased Learning）或產品化學習（Product-based Learning）。在本文中，我們將它定義為以問題研究為導向，以項目探究為實施方法，指導學生主動地、持續地對某個問題或項目進行科學探索，并在此過程中形成對核心知識的深刻理解、培育學生學習素養的教學方式［1］。在早期的自然課程中，教師采用“學科學、講科學”的教學方法，課堂教學以教師為中心，教學的重點在于知識的傳授。然而，這種教學模式使得學生在國際比較中表現出了“短板”——在創新思維和問題解決方面不盡如人意。而PBL教學模式可以通過教師的教育智慧將核心概念轉化為學生能夠探究實踐的問題，利用真實的問題來激勵學生主動參與項目探索，學習解決問題的技能，并形成對核心知識的深刻理解，從而提升學生的學習素養。

（二）PBL 教學模式與小學自然課堂的適配性

在我國教育體系改革逐步深化的時代背景下， PBL 教學模式符合當下以學生為主體，以教師為主導，重視自主學習，重視綜合評價的教育理念，彰顯了自然課堂“綜合與實踐”的教學特色。它從素質養成和能力培養的視角出發，將學生作為教學中的主體，重視學生思維的發展。

小學自然學科以探究活動為基礎，以培育學生核心素養為宗旨，對學生進行科學啟蒙。自然課堂是由一個接一個的活動組成的，PBL教學過程多采用問題鏈的方式，因而在課堂活動中利用PBL 教學模式可以很好地將問題與活動相結合。在實施過程中，教師可以根據課程標準建立學習目標，圍繞學習目標設計合適的問題，引導學生對未知領域展開聯想。學生在已有認知的基礎上，對項目探究的方向和結果進行推演、假設和驗證。最后，由教師和學生一起對探索的成果作出總結和反思，逐步引導學生形成正確、全面的科學觀念。

與傳統的教學方法相比，PBL 教學模式以學生為核心，突出學生的自主學習能力和創新思維，使得學生在問題指引下把握正確的學習方向，在項目探索中對自然知識學習產生濃厚的興趣，在教師點評下認識到自己的不足，從而獲得深度學習的體驗［2］。教師與學生之間由原本“一上一下”的分層關系，變成了平等互助的合作關系?；顒舆^程不再是教師將經驗和知識灌輸給學生，而是學生在解決問題的過程中構建科學觀念，提升探究能力?；顒舆^程中的思考和學習是真實發生的，學生的科學思維能力也得到了培養。

（三）數字化轉型下的PBL 教學

小學科學數字化教學未來的主攻方向是對“情境—活動”課堂實踐模式的數字化拓展［3］。因此，如何使課堂活動更加有效是一個亟待解決的問題。目前，根據數字化轉型的要求，已有支持小學科學學科教學的數字化教學系統面世。該系統可以通過設計和編程生成不同形式的教學活動和教學資源，通過提供精準的學習分析，為教師教學反思和學生學習反思創設環境［4］。它具有創建數字課堂、支持師生共同完成課堂教學任務、開展即時交流互動和評價反思，以及留存教學檔案等備課、教學、作業功能。

數字化轉型下的PBL 教學可以利用數字化教學系統平臺提供技術支持，優化以學生為主體、以問題為導向、以思維為主線、以活動為載體的課堂教學流程，重整教學資源，激發學生的學習興趣，提升教與學的效率［5］。

數字化教學系統與DIS 數字化實驗設備的配合使用，在數據回收、實驗設計和即時評價等方面均大大提高了教學效率，減少了課堂統計時間。例如，在“光源”一課中，教師利用DIS 傳感器與數字化教學系統進行實驗，測量部分光源發出的光的能量大小，將課堂實驗進行數字化處理，利用先進的儀器使學生“看見”一些無法直接感受到的光的能量，使教學更加生動有趣，提升了活動質量。

另外，數字化教學系統還可以在云端提前放置課程資料包（包括視頻、文字、圖片等），能夠促進學生的自主學習和合作學習，提升他們的科學思維能力。例如，“光源”一課需要學生認識和研究不同的光源，把光源的有關知識與人類的生活實際有機地結合起來，課堂上必須準備大量的相關圖文資料。通過數字化教學系統平臺，教師以學生的思維為主線，提供“人類不同時期對光的利用”“特殊光源的特點和作用”“光有能量”等閱讀材料，讓學生通過科學閱讀識別自然光源和人造光源，知道光是具有能量的，并能夠從閱讀和交流中發現人類的需求推動了科技的進步，創造了各種各樣的光源。

傳統教學中，這樣的大量閱讀活動由于時空的限制難以實現，但在數字化課堂中卻能夠輕松地完成，使學生能夠主動參與并積極體驗，從而提高學生的思維靈活性。

三、PBL 教學模式在自然教學中的實踐

利用數字化教學系統平臺，教師將PBL教學模式應用于自然課堂活動設計，可以幫助學生建立自主學習經歷，體驗解決真實問題的過程，從而激發他們的積極思維，發展科學思維，進而提高教與學的效率。

在《義務教育科學課程標準（2022 年版）》（以下簡稱“新課標”）中，小學自然課程被并入科學課程，并從一年級到九年級開始分段教學。在新課標下，活動成為小學科學教育的重要載體，學生在這些活動中形成科學觀念、培養科學思維、實施探究實踐、提升科學態度和社會責任感。因此，活動設計成為重要的研究課題。如何設計有價值的活動？我們結合PBL 教學模式的特點與數字化教學系統平臺的資源，參考了美國巴克教育研究所的理論模型［6］，提出了數字化轉型下“問題情境—目標導向—多維評價”的自然課堂活動設計策略（圖4）。在此基礎上，我們開展基于PBL 教學模式提高課堂活動有效性的實踐研究。

圖4 課堂活動設計策略

下面以上海遠東版小學《自然》四年級第一學期第六單元“光”的第二課時“光的直線傳播”一課為例，探討基于PBL 教學模式的“問題情境—目標導向—多維評價”課堂活動設計策略在自然教學中的實踐。

本課的教學內容為《上海市小學自然學科教學基本要求（試驗本）》主題8“能與能源的轉化”中“8.3 光”的重要內容，具體要求為“知道光在同一均勻介質中沿直線傳播”“知道影子和小孔成像都是由光的直線傳播形成的”。通過本課的學習，學生知道光在同一均勻介質中沿直線傳播，知道影子和小孔成像的形成原因，感受光現象的神奇，這樣也為之后學習光的反射、折射和顏色等內容打下堅實的基礎。

本課教學目標為：（1）通過“玩一玩”小孔相機的活動，能對出現的現象作出合理的假設。（2）通過探究光的直線傳播活動，理解科學探究的一般過程和方法，做到安全操作實驗器材，知道光在同一均勻介質中沿直線傳播，具有注重事實和搜集證據的意識，能基于證據發表自己的觀點。（3）通過交流一些光的直線傳播現象，知道其在生活、生產中的應用，學會基于證據提出合理解釋的思維方法。

教師為本課設計了三個層層遞進的探究活動，教學思路如圖5 所示。

圖5 “光的直線傳播”教學思路

（一）課例描述

1.情境創設

學生通過“玩一玩”小孔相機，觀察并描述所看到的現象，進行交流。隨后，觀看視頻《墨子的疑問》，并在數字化教學系統中畫出自己對光的傳播方式的理解。

教師提出問題：“光是如何傳播的？”根據實驗現象，猜測光是直線傳播的。

2.探究光在空氣中的傳播

教師先提出猜想：光沿直線傳播。

實驗設計：學生在數字化教學系統中，利用所提供的材料設計實驗，以驗證光的直線傳播特性。

實驗與交流：學生根據設計方案進行實驗，發現光在氣體中可以沿直線傳播。

教師演示：利用激光和噴霧演示，讓學生觀察光在空氣中沿直線傳播的現象。

這個活動讓學生經歷了“問題的提出—合理猜想—制定方案—實驗驗證—分析證據—得出結論”的科學探究過程。最后，教師提出新的問題：“光在液體中是否也沿直線傳播？”引導學生持續探究。

3.探究光在液體中的傳播

（1）實驗：光在水和糖水中的傳播路徑

通過實驗，學生發現光在水中沿直線傳播，但光在不均勻的糖水中發生了彎曲。借助閱讀資料，學生了解到光彎曲是由于糖在水中分布不均勻所導致的。

學生進一步思考：光在均勻的糖水中會如何傳播？

（2）實驗：光在均勻糖水中的傳播路徑

通過實驗，學生發現光在均勻糖水中沿直線傳播。得出結論：光在液體中沿直線傳播的前提條件是液體必須均勻。

4.總結光的直線傳播條件

學生觀察光在均勻固體中也是沿直線傳播的，并通過觀看視頻了解激光從空氣到水中的傳播路徑。得出結論：光在同一均勻介質中沿直線傳播。

學生通過閱讀資料了解不可見光的直線傳播，知道所有的光在同一均勻介質中都是沿直線傳播的。

這個環節通過分析光在不均勻或不同介質中不是沿直線傳播的現象，引發學生的認知沖突，引導學生基于事實和證據進行推理，得到光在同一均勻介質中沿直線傳播的科學結論，以此促進學生思維的深度發展。

5.應用光的直線傳播現象

學生分析小孔成像、影子等現象。教師結合現實生活中光的直線傳播現象的實例，引導學生嘗試利用所學的知識進行分析和解釋新的現象，培養其模型建構的思維能力。

（二）課例分析

1.驅動性問題結合真實情境引發探究

在傳統的小學自然課堂上，教師常常直接利用圖片或視頻提出問題，這種方式比較生硬且缺乏靈活性，不利于調動學生自主學習的積極性。然而，教師利用數字化資源創設真實的教學情境，能夠讓學生對課堂活動產生興趣，引發他們解決問題的思維活動，為實現有效的教學做好鋪墊。本課通過創設一個“玩一玩小孔相機，畫一畫看到的圖像”的教學情境，利用學生觀察到的真實現象，充分引發學生的認知沖突——為什么看到的圖像是顛倒的。這激發了學生的探究欲望。此時，教師只需進行適當的引導，提出本課的驅動性問題——“光是如何傳播的”，便能激活學生的科學探究意識。當問題在教師創設的真實學習情境中提出時，它更能激發學生的好奇心和求知欲，啟發他們進行積極思考，達到驅動學習的目的。好的驅動性問題能夠促使學生成為課堂的積極參與者，并在探究過程中不斷發現矛盾和沖突，如“光在液體中是否沿直線傳播？”“光在不同介質中是否沿直線傳播？”等。這些問題激發學生持續探究，使他們能夠在后續的探究活動中充分發揮主觀能動性，產生真實而有效的學習。

2.強化目標導向，設計問題鏈，利用數字化平臺提高效率

在第一個活動“光在空氣中傳播”的設計中，教師通過“玩一玩”小孔相機的方式引入學習內容，并提出“光是如何傳播的？”這一問題，學生根據此問題和“倒立的像”這一直接觀察到的結果進行交流和研討，并作出猜測。在數字化平臺上，教師提供了相應的“腳手架”，鼓勵學生利用所給材料驗證自己的觀點。通過資料包的學習與實驗操作，學生得以驗證光在空氣中沿直線傳播。在“光在液體中傳播”的活動中，教師設計了兩個遞進式開展的實驗：實驗一為觀察光在水和不均勻糖水中的傳播，實驗二為觀察光在均勻糖水中的傳播。教師將教學目標分解生成子問題，形成問題鏈，引導學生進行實驗觀察、比較和推理。例如，“光在任何條件下都沿直線傳播嗎？”“光在不均勻的糖水中會彎曲，這是為什么呢？”“使糖水濃度均勻，光會沿直線傳播嗎？”學生在這些問題引導下，通過實驗觀察、比較光在不同液體中的傳播情況，并在此基礎上經歷推理與論證的思維過程，得出光在均勻的液體中沿直線傳播的結論。在教學的最后環節，教師指導學生利用課堂所學解釋小孔成像、影子等現象。學生能夠應用課堂上學到的知識解決特定的問題。

傳統自然課堂的活動設計大多依托紙質的活動單、書本或練習冊，本課的活動設計則利用數字化教學系統進行操作，如拍照、錄視頻和拖放等，取代了傳統的筆頭記錄方式。這不僅讓學生能將更多的精力投入探究中，減少了他們的時間消耗，還提高了課堂效率。

在整個教學過程中，教師通過問題鏈引導學生進行自主合作探究，使他們逐步歸納出本課的核心知識——光在同一均勻介質中沿直線傳播。PBL 教學模式強調合作學習和深度學習，這也是自然學科培育學生科學素養的重要方法［7］。在真實生活中，人們常常通過合作與交流來解決各種問題。本課的探究活動設計以合作交流為主，以激發學生的不同思維和認知之間的碰撞，促使他們進行更深層次的思考和學習，實現從低階思維向高階思維的轉變，促進他們的思維發展。

3.重視多維評價，提升學習有效性

為了提高學生的參與度和實時監測活動實施效果，活動過程引入了學生自評和教師評價。PBL 教學模式的評價體系重視評價的多元性，要求教師綜合運用過程性評價和終結性評價的策略，在教學活動中圍繞目標聚焦多個維度、多個方面進行實時評價來促進學生的有效學習［8］。同時，數字化教學系統的應用能夠實時呈現評價結果，為教與學的修正提供依據，進而達到促進教師優化活動教學和促進學生改變學習方式的目的。

四、結語

在目前新課標指導下的小學自然課堂活動設計，需要滿足以下要求：一是能夠促進學生主動學習、合作學習和探究學習；二是能夠實現學生高階思維的發展［9］。本文通過實例證明，將PBL 教學模式與自然課堂教學深度融合，利用真實情境設置驅動性問題來激發學生的積極思維，能夠促進學生主動學習。同時，分解科學探索目標，形成具有思維層次的問題鏈，進行思維型科學探究，逐步建立正確概念的思維模型，實現核心知識的遷移與運用，能夠促進學生高階思維能力的發展。從數字化轉型的角度出發，未來的小學自然課堂將成為智能化的課堂。課例中的數字化教學系統平臺提供了形式多樣的活動“支架”，如數字活動單、評價單和閱讀資料包等，為上述融合教學提供了技術支撐，實現了課堂活動的有效性和高效性。