PBL 教学模式提高课堂有效性的实践研究
——以数字化转型下的小学自然课堂活动为例

卢秀瑾

上海外国语大学松江外国语学校 上海 201620

一、引言

PBL 的学习模式可以分为项目式学习和问题引导式学习，它强调把学习者置于复杂的真实问题情境中，以问题解决为核心，学习者以小组的形式解决真实性的问题，从而获取知识、技能和能力。作为一种基于现实世界的以学生为中心的教学方法，PBL 的教学模式得到了广泛的关注和重视。2023 年9 月1 日，《上海市教育委员会关于实施项目化学习推动义务教育育人方式改革的指导意见》发布，明确全面启动实施项目化学习。2024 年，力争项目化学习覆盖义务教育阶段所有学校。2026 年，义务教育学校常态化实施项目化学习，教师教学理念、教学行为和学生学习方式发生积极变化，基本形成教与学的新样态。

笔者在“中国知网”数据库中检索2014年至2023 年期间发表的期刊论文，关键词限定为“PBL”或“项目式”，摘要包含“小学自然”或“小学科学”，获得152 条相关检索结果。对这些结果进行计量可视化分析，总体趋势分析如图1 所示，主要主题分布如图2 所示，主要主题发表趋势如图3 所示。

图1 总体趋势分析

图2 主要主题分布

图3 主要主题发表趋势

从图中可以看出，目前对PBL 教学模式应用于小学科学课程教育领域已经有一定的相关研究。近年来，国内外教育工作者积极探索PBL 教学模式在小学自然/科学领域的延伸和应用，将其融合在课程教学中并取得了一定的成效。然而，多数研究集中于PBL 教学法中的项目式学习运用在小学科学课堂中的活动设计策略和案例，关注如何在当前数字化转型背景下利用PBL 教学法开展有效的课堂活动的文章相对较少。因此，本文的研究具有实际意义。

在此背景下，笔者以数字化转型下的小学自然课堂活动为例，探究PBL 教学模式如何用于提高课堂活动的有效性，深入探讨PBL教学法如何在数字化背景下的日常教学中与课堂活动实现深度融合，以期为未来小学自然学科教育教学实践提供建议和借鉴。

二、PBL 教学模式与小学自然课堂结合的优势

（一）PBL 教学模式的优点

PBL 教学模式是一种可以有多层次解读的学习模式，它可以理解为项目化学习（Project-based Learning）、问题化学习（Problembased Learning）或产品化学习（Product-based Learning）。在本文中，我们将它定义为以问题研究为导向，以项目探究为实施方法，指导学生主动地、持续地对某个问题或项目进行科学探索，并在此过程中形成对核心知识的深刻理解、培育学生学习素养的教学方式［1］。在早期的自然课程中，教师采用“学科学、讲科学”的教学方法，课堂教学以教师为中心，教学的重点在于知识的传授。然而，这种教学模式使得学生在国际比较中表现出了“短板”——在创新思维和问题解决方面不尽如人意。而PBL教学模式可以通过教师的教育智慧将核心概念转化为学生能够探究实践的问题，利用真实的问题来激励学生主动参与项目探索，学习解决问题的技能，并形成对核心知识的深刻理解，从而提升学生的学习素养。

（二）PBL 教学模式与小学自然课堂的适配性

在我国教育体系改革逐步深化的时代背景下， PBL 教学模式符合当下以学生为主体，以教师为主导，重视自主学习，重视综合评价的教育理念，彰显了自然课堂“综合与实践”的教学特色。它从素质养成和能力培养的视角出发，将学生作为教学中的主体，重视学生思维的发展。

小学自然学科以探究活动为基础，以培育学生核心素养为宗旨，对学生进行科学启蒙。自然课堂是由一个接一个的活动组成的，PBL教学过程多采用问题链的方式，因而在课堂活动中利用PBL 教学模式可以很好地将问题与活动相结合。在实施过程中，教师可以根据课程标准建立学习目标，围绕学习目标设计合适的问题，引导学生对未知领域展开联想。学生在已有认知的基础上，对项目探究的方向和结果进行推演、假设和验证。最后，由教师和学生一起对探索的成果作出总结和反思，逐步引导学生形成正确、全面的科学观念。

与传统的教学方法相比，PBL 教学模式以学生为核心，突出学生的自主学习能力和创新思维，使得学生在问题指引下把握正确的学习方向，在项目探索中对自然知识学习产生浓厚的兴趣，在教师点评下认识到自己的不足，从而获得深度学习的体验［2］。教师与学生之间由原本“一上一下”的分层关系，变成了平等互助的合作关系。活动过程不再是教师将经验和知识灌输给学生，而是学生在解决问题的过程中构建科学观念，提升探究能力。活动过程中的思考和学习是真实发生的，学生的科学思维能力也得到了培养。

（三）数字化转型下的PBL 教学

小学科学数字化教学未来的主攻方向是对“情境—活动”课堂实践模式的数字化拓展［3］。因此，如何使课堂活动更加有效是一个亟待解决的问题。目前，根据数字化转型的要求，已有支持小学科学学科教学的数字化教学系统面世。该系统可以通过设计和编程生成不同形式的教学活动和教学资源，通过提供精准的学习分析，为教师教学反思和学生学习反思创设环境［4］。它具有创建数字课堂、支持师生共同完成课堂教学任务、开展即时交流互动和评价反思，以及留存教学档案等备课、教学、作业功能。

数字化转型下的PBL 教学可以利用数字化教学系统平台提供技术支持，优化以学生为主体、以问题为导向、以思维为主线、以活动为载体的课堂教学流程，重整教学资源，激发学生的学习兴趣，提升教与学的效率［5］。

数字化教学系统与DIS 数字化实验设备的配合使用，在数据回收、实验设计和即时评价等方面均大大提高了教学效率，减少了课堂统计时间。例如，在“光源”一课中，教师利用DIS 传感器与数字化教学系统进行实验，测量部分光源发出的光的能量大小，将课堂实验进行数字化处理，利用先进的仪器使学生“看见”一些无法直接感受到的光的能量，使教学更加生动有趣，提升了活动质量。

另外，数字化教学系统还可以在云端提前放置课程资料包（包括视频、文字、图片等），能够促进学生的自主学习和合作学习，提升他们的科学思维能力。例如，“光源”一课需要学生认识和研究不同的光源，把光源的有关知识与人类的生活实际有机地结合起来，课堂上必须准备大量的相关图文资料。通过数字化教学系统平台，教师以学生的思维为主线，提供“人类不同时期对光的利用”“特殊光源的特点和作用”“光有能量”等阅读材料，让学生通过科学阅读识别自然光源和人造光源，知道光是具有能量的，并能够从阅读和交流中发现人类的需求推动了科技的进步，创造了各种各样的光源。

传统教学中，这样的大量阅读活动由于时空的限制难以实现，但在数字化课堂中却能够轻松地完成，使学生能够主动参与并积极体验，从而提高学生的思维灵活性。

三、PBL 教学模式在自然教学中的实践

利用数字化教学系统平台，教师将PBL教学模式应用于自然课堂活动设计，可以帮助学生建立自主学习经历，体验解决真实问题的过程，从而激发他们的积极思维，发展科学思维，进而提高教与学的效率。

在《义务教育科学课程标准（2022 年版）》（以下简称“新课标”）中，小学自然课程被并入科学课程，并从一年级到九年级开始分段教学。在新课标下，活动成为小学科学教育的重要载体，学生在这些活动中形成科学观念、培养科学思维、实施探究实践、提升科学态度和社会责任感。因此，活动设计成为重要的研究课题。如何设计有价值的活动？我们结合PBL 教学模式的特点与数字化教学系统平台的资源，参考了美国巴克教育研究所的理论模型［6］，提出了数字化转型下“问题情境—目标导向—多维评价”的自然课堂活动设计策略（图4）。在此基础上，我们开展基于PBL 教学模式提高课堂活动有效性的实践研究。

图4 课堂活动设计策略

下面以上海远东版小学《自然》四年级第一学期第六单元“光”的第二课时“光的直线传播”一课为例，探讨基于PBL 教学模式的“问题情境—目标导向—多维评价”课堂活动设计策略在自然教学中的实践。

本课的教学内容为《上海市小学自然学科教学基本要求（试验本）》主题8“能与能源的转化”中“8.3 光”的重要内容，具体要求为“知道光在同一均匀介质中沿直线传播”“知道影子和小孔成像都是由光的直线传播形成的”。通过本课的学习，学生知道光在同一均匀介质中沿直线传播，知道影子和小孔成像的形成原因，感受光现象的神奇，这样也为之后学习光的反射、折射和颜色等内容打下坚实的基础。

本课教学目标为：（1）通过“玩一玩”小孔相机的活动，能对出现的现象作出合理的假设。（2）通过探究光的直线传播活动，理解科学探究的一般过程和方法，做到安全操作实验器材，知道光在同一均匀介质中沿直线传播，具有注重事实和搜集证据的意识，能基于证据发表自己的观点。（3）通过交流一些光的直线传播现象，知道其在生活、生产中的应用，学会基于证据提出合理解释的思维方法。

教师为本课设计了三个层层递进的探究活动，教学思路如图5 所示。

图5 “光的直线传播”教学思路

（一）课例描述

1.情境创设

学生通过“玩一玩”小孔相机，观察并描述所看到的现象，进行交流。随后，观看视频《墨子的疑问》，并在数字化教学系统中画出自己对光的传播方式的理解。

教师提出问题：“光是如何传播的？”根据实验现象，猜测光是直线传播的。

2.探究光在空气中的传播

教师先提出猜想：光沿直线传播。

实验设计：学生在数字化教学系统中，利用所提供的材料设计实验，以验证光的直线传播特性。

实验与交流：学生根据设计方案进行实验，发现光在气体中可以沿直线传播。

教师演示：利用激光和喷雾演示，让学生观察光在空气中沿直线传播的现象。

这个活动让学生经历了“问题的提出—合理猜想—制定方案—实验验证—分析证据—得出结论”的科学探究过程。最后，教师提出新的问题：“光在液体中是否也沿直线传播？”引导学生持续探究。

3.探究光在液体中的传播

（1）实验：光在水和糖水中的传播路径

通过实验，学生发现光在水中沿直线传播，但光在不均匀的糖水中发生了弯曲。借助阅读资料，学生了解到光弯曲是由于糖在水中分布不均匀所导致的。

学生进一步思考：光在均匀的糖水中会如何传播？

（2）实验：光在均匀糖水中的传播路径

通过实验，学生发现光在均匀糖水中沿直线传播。得出结论：光在液体中沿直线传播的前提条件是液体必须均匀。

4.总结光的直线传播条件

学生观察光在均匀固体中也是沿直线传播的，并通过观看视频了解激光从空气到水中的传播路径。得出结论：光在同一均匀介质中沿直线传播。

学生通过阅读资料了解不可见光的直线传播，知道所有的光在同一均匀介质中都是沿直线传播的。

这个环节通过分析光在不均匀或不同介质中不是沿直线传播的现象，引发学生的认知冲突，引导学生基于事实和证据进行推理，得到光在同一均匀介质中沿直线传播的科学结论，以此促进学生思维的深度发展。

5.应用光的直线传播现象

学生分析小孔成像、影子等现象。教师结合现实生活中光的直线传播现象的实例，引导学生尝试利用所学的知识进行分析和解释新的现象，培养其模型建构的思维能力。

（二）课例分析

1.驱动性问题结合真实情境引发探究

在传统的小学自然课堂上，教师常常直接利用图片或视频提出问题，这种方式比较生硬且缺乏灵活性，不利于调动学生自主学习的积极性。然而，教师利用数字化资源创设真实的教学情境，能够让学生对课堂活动产生兴趣，引发他们解决问题的思维活动，为实现有效的教学做好铺垫。本课通过创设一个“玩一玩小孔相机，画一画看到的图像”的教学情境，利用学生观察到的真实现象，充分引发学生的认知冲突——为什么看到的图像是颠倒的。这激发了学生的探究欲望。此时，教师只需进行适当的引导，提出本课的驱动性问题——“光是如何传播的”，便能激活学生的科学探究意识。当问题在教师创设的真实学习情境中提出时，它更能激发学生的好奇心和求知欲，启发他们进行积极思考，达到驱动学习的目的。好的驱动性问题能够促使学生成为课堂的积极参与者，并在探究过程中不断发现矛盾和冲突，如“光在液体中是否沿直线传播？”“光在不同介质中是否沿直线传播？”等。这些问题激发学生持续探究，使他们能够在后续的探究活动中充分发挥主观能动性，产生真实而有效的学习。

2.强化目标导向，设计问题链，利用数字化平台提高效率

在第一个活动“光在空气中传播”的设计中，教师通过“玩一玩”小孔相机的方式引入学习内容，并提出“光是如何传播的？”这一问题，学生根据此问题和“倒立的像”这一直接观察到的结果进行交流和研讨，并作出猜测。在数字化平台上，教师提供了相应的“脚手架”，鼓励学生利用所给材料验证自己的观点。通过资料包的学习与实验操作，学生得以验证光在空气中沿直线传播。在“光在液体中传播”的活动中，教师设计了两个递进式开展的实验：实验一为观察光在水和不均匀糖水中的传播，实验二为观察光在均匀糖水中的传播。教师将教学目标分解生成子问题，形成问题链，引导学生进行实验观察、比较和推理。例如，“光在任何条件下都沿直线传播吗？”“光在不均匀的糖水中会弯曲，这是为什么呢？”“使糖水浓度均匀，光会沿直线传播吗？”学生在这些问题引导下，通过实验观察、比较光在不同液体中的传播情况，并在此基础上经历推理与论证的思维过程，得出光在均匀的液体中沿直线传播的结论。在教学的最后环节，教师指导学生利用课堂所学解释小孔成像、影子等现象。学生能够应用课堂上学到的知识解决特定的问题。

传统自然课堂的活动设计大多依托纸质的活动单、书本或练习册，本课的活动设计则利用数字化教学系统进行操作，如拍照、录视频和拖放等，取代了传统的笔头记录方式。这不仅让学生能将更多的精力投入探究中，减少了他们的时间消耗，还提高了课堂效率。

在整个教学过程中，教师通过问题链引导学生进行自主合作探究，使他们逐步归纳出本课的核心知识——光在同一均匀介质中沿直线传播。PBL 教学模式强调合作学习和深度学习，这也是自然学科培育学生科学素养的重要方法［7］。在真实生活中，人们常常通过合作与交流来解决各种问题。本课的探究活动设计以合作交流为主，以激发学生的不同思维和认知之间的碰撞，促使他们进行更深层次的思考和学习，实现从低阶思维向高阶思维的转变，促进他们的思维发展。

3.重视多维评价，提升学习有效性

为了提高学生的参与度和实时监测活动实施效果，活动过程引入了学生自评和教师评价。PBL 教学模式的评价体系重视评价的多元性，要求教师综合运用过程性评价和终结性评价的策略，在教学活动中围绕目标聚焦多个维度、多个方面进行实时评价来促进学生的有效学习［8］。同时，数字化教学系统的应用能够实时呈现评价结果，为教与学的修正提供依据，进而达到促进教师优化活动教学和促进学生改变学习方式的目的。

四、结语

在目前新课标指导下的小学自然课堂活动设计，需要满足以下要求：一是能够促进学生主动学习、合作学习和探究学习；二是能够实现学生高阶思维的发展［9］。本文通过实例证明，将PBL 教学模式与自然课堂教学深度融合，利用真实情境设置驱动性问题来激发学生的积极思维，能够促进学生主动学习。同时，分解科学探索目标，形成具有思维层次的问题链，进行思维型科学探究，逐步建立正确概念的思维模型，实现核心知识的迁移与运用，能够促进学生高阶思维能力的发展。从数字化转型的角度出发，未来的小学自然课堂将成为智能化的课堂。课例中的数字化教学系统平台提供了形式多样的活动“支架”，如数字活动单、评价单和阅读资料包等，为上述融合教学提供了技术支撑，实现了课堂活动的有效性和高效性。