一、認知起點：2025高中科技實踐的時代訴求與PBL的適配性演講人01認知起點：2025高中科技實踐的時代訴求與PBL的適配性02實踐路徑：高中科技實踐中PBL的實施框架目錄2025高中科技實踐之問題式學習課件作為一名深耕中學科技教育領域十余年的一線教師，我常思考一個問題：當2025年的高中生站在“人工智能+”“雙碳戰(zhàn)略”“生命科學突破”的時代交匯點，他們需要怎樣的科技實踐能力？是記憶公式的精準度，還是解決真實問題的創(chuàng)造力？答案顯然是后者。而問題式學習（Problem-BasedLearning，簡稱PBL），正是架設在“知識輸入”與“能力輸出”之間的關鍵橋梁。今天，我將以實踐者的視角，從“為何需要PBL”“如何實施PBL”“PBL在科技實踐中的生長樣態(tài)”三個維度，系統(tǒng)展開這一主題的探討。01認知起點：2025高中科技實踐的時代訴求與PBL的適配性12025高中科技實踐的核心目標轉向《中國教育現(xiàn)代化2035》明確提出“培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型、應用型人才”的要求，映射到高中科技實踐領域，其核心目標已從“驗證已知知識”轉向“解決真實問題”。我曾參與2023年某省高中科技實踐項目評審，發(fā)現(xiàn)80%的優(yōu)秀項目都具備“真實問題驅動”特征——比如“基于社區(qū)需求的老年人跌倒預警裝置設計”“校園雨水收集系統(tǒng)的效能優(yōu)化”等，這些項目不再是實驗室里的“標準操作”，而是學生主動觀察生活、提煉問題后的探索成果。這一變化提示我們：2025年的科技實踐，必須讓學生在“問題場域”中完成知識建構與能力生長。2PBL與科技實踐的內在邏輯契合問題式學習（PBL）起源于20世紀60年代的醫(yī)學教育，其核心理念是“以問題為導向，以學生為中心，以小組合作為形式”。這一模式與科技實踐的本質高度契合：問題的真實性：科技實踐的價值在于解決真實世界的復雜問題，PBL強調“問題需源于現(xiàn)實情境”，如“如何設計一款低成本的家庭空氣凈化器”比“分析過濾材料的孔隙率”更能激發(fā)學生的內驅力；知識的整合性：科技實踐往往涉及跨學科知識（如物理的傳感器原理、化學的材料特性、數(shù)學的建模分析），PBL通過“問題鏈”自然串聯(lián)碎片化知識，推動學生從“單科應用”向“綜合解決”躍遷；能力的生成性：科技實踐的終極目標是培養(yǎng)“發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題”的能力鏈，PBL的“問題拆解—方案設計—實踐驗證—反思改進”閉環(huán)，恰好對應這一能力培養(yǎng)路徑。2PBL與科技實踐的內在邏輯契合我曾帶領學生開展“農村生活污水凈化裝置設計”項目，最初學生僅關注“過濾材料選擇”，但通過PBL推進，他們逐漸意識到需要結合當?shù)厮|數(shù)據(jù)（化學）、裝置成本（經濟）、維護便捷性（工程）等多維度因素，這種思維的“擴容”正是PBL的獨特價值。02實踐路徑：高中科技實踐中PBL的實施框架1問題設計：從“偽問題”到“真問題”的跨越問題是PBL的“發(fā)動機”，其質量直接決定實踐效果。在設計科技實踐問題時，需遵循“三維度原則”：1問題設計：從“偽問題”到“真問題”的跨越1.1情境維度：真實可感壹問題必須扎根于學生的生活經驗或社會熱點。例如，針對“新能源”主題，我曾對比兩組問題設計：肆后者因貼近校園場景，學生主動調研了學校用電量、聯(lián)系光伏企業(yè)獲取參數(shù)，甚至與后勤部門溝通安裝可行性，實踐深度遠超預期。叁高階問題：“我校操場照明系統(tǒng)能否通過加裝太陽能板實現(xiàn)部分自供電？需考慮哪些制約因素？”（涉及場地面積、光照時長、儲能成本等真實變量）貳低階問題：“太陽能電池板的發(fā)電效率與光照角度有何關系？”（實驗室可驗證，但缺乏現(xiàn)實關聯(lián)）1問題設計：從“偽問題”到“真問題”的跨越1.2認知維度：跳一跳夠得著問題難度需符合“最近發(fā)展區(qū)”理論。以“智能種植”項目為例，若直接要求“設計基于物聯(lián)網的溫室控制系統(tǒng)”，對高一學生難度過大；但若拆解為“如何用溫濕度傳感器監(jiān)測花盆環(huán)境？”“如何讓傳感器數(shù)據(jù)可視化？”“如何根據(jù)數(shù)據(jù)自動控制澆水？”三個子問題，學生可通過階梯式探索逐步逼近目標。我曾觀察到，當問題難度適中時，學生的討論時長是“過易問題”的3倍，創(chuàng)新方案數(shù)量是“過難問題”的2.5倍。1問題設計：從“偽問題”到“真問題”的跨越1.3科技維度：體現(xiàn)時代特征2025年的科技實踐應融入前沿科技元素。例如，在“環(huán)境監(jiān)測”主題中，可引入“機器學習模型預測霧霾擴散”（人工智能）、“可降解材料制作水質采樣器”（材料科學）等子問題，讓學生在解決問題的過程中接觸“元宇宙”“腦機接口”“合成生物學”等前沿領域，激發(fā)科技探索的使命感。2過程指導：從“保姆式教學”到“支架式引導”PBL強調學生的主體性，但這并不意味著教師“退居幕后”。在科技實踐中，教師需扮演“腳手架搭建者”的角色，具體可分為三個階段：2過程指導：從“保姆式教學”到“支架式引導”2.1啟動階段：問題解碼與分工學生常因“問題太大”而無從下手，此時教師需引導其進行“問題拆解”。例如，面對“設計校園垃圾分類智能監(jiān)測系統(tǒng)”的問題，可通過“5W1H”分析法（What/Why/When/Where/Who/How）幫助學生明確核心任務：“監(jiān)測哪些垃圾類別？”“如何識別？”“數(shù)據(jù)如何傳輸？”“誰來維護系統(tǒng)？”等。同時，指導學生根據(jù)興趣與特長分組（如硬件組、編程組、調研組），避免“搭便車”現(xiàn)象。我曾要求每組提交“角色分工表”，明確“傳感器采購負責人”“代碼編寫記錄員”“實驗數(shù)據(jù)整理員”等具體職責，項目完成度提升了40%。2過程指導：從“保姆式教學”到“支架式引導”2.2實施階段：工具支持與思維糾偏科技實踐中，學生常遇到“技術瓶頸”（如Arduino編程錯誤）或“思維誤區(qū)”（如僅關注技術指標忽略成本）。此時教師需提供“工具包”：技術工具：分享開源硬件教程、推薦數(shù)據(jù)分析軟件（如Python的Pandas庫）、聯(lián)系企業(yè)工程師開展講座；思維工具：通過“批判性提問”引導反思（如“這個方案在雨天是否可靠？”“如果預算增加20%，哪些部分可以優(yōu)化？”）；資源工具：開放實驗室、聯(lián)系社區(qū)提供實踐場地、對接高校獲取專業(yè)指導。我曾指導的“智能公交候車亭設計”項目中，學生最初計劃用太陽能板供電，但未考慮冬季光照不足問題。通過“極端情境提問”（“假設連續(xù)一周陰雨，系統(tǒng)能否正常工作？”），他們主動增加了儲能電池并優(yōu)化了能耗算法，方案的可行性顯著提升。2過程指導：從“保姆式教學”到“支架式引導”2.3總結階段：成果展示與遷移應用PBL的價值不僅在于解決一個問題，更在于培養(yǎng)“解決一類問題”的能力。因此，總結階段需完成“雙重輸出”：01顯性輸出：實物作品（如原型機）、研究報告（含數(shù)據(jù)圖表、實驗記錄）、演示視頻（展示設計思路與改進過程）；02隱性輸出：通過“反思日志”引導學生總結“遇到了哪些問題？如何解決的？哪些方法可以遷移到其他項目？”。03我要求學生在項目結束后填寫“能力成長清單”，其中“跨學科知識整合”“團隊協(xié)作溝通”“工程思維培養(yǎng)”是高頻關鍵詞，這印證了PBL對綜合能力的提升作用。043評價體系：從“結果導向”到“過程賦能”傳統(tǒng)科技實踐評價常以“作品是否獲獎”為標準，而PBL更關注“成長過程”。我在實踐中構建了“三維評價模型”：3評價體系：從“結果導向”到“過程賦能”|評價維度|具體指標|評價方式||----------------|--------------------------------------------------------------------------|---------------------------||問題解決能力|問題拆解的邏輯性、方案設計的創(chuàng)新性、實驗驗證的嚴謹性|教師評分（40%）、組間互評（30%）、自評（30%）||團隊協(xié)作能力|分工合理性、溝通有效性、沖突解決策略|觀察記錄、小組日志分析||科技素養(yǎng)發(fā)展|科技前沿關注度、跨學科知識應用、工程倫理意識（如環(huán)保、安全）|訪談、成果材料分析|3評價體系：從“結果導向”到“過程賦能”|評價維度|具體指標|評價方式|以“智能溫室”項目為例，某小組雖因傳感器精度問題未達到預期溫控效果，但他們詳細記錄了23次調試過程，提出了“多傳感器冗余設計”的改進思路，最終在“問題解決能力”維度獲得高分。這種評價導向讓學生明白：“失敗”是探索的一部分，關鍵是從過程中積累經驗。三、生長樣態(tài)：2025高中科技實踐中PBL的典型案例與未來展望1典型案例：“校園雨水資源化利用系統(tǒng)”的PBL實踐2023年，我?guī)ьI高二年級8名學生開展“校園雨水資源化利用系統(tǒng)”項目，這是一次完整的PBL實踐：問題提出：學生觀察到學校雨季存在“地面積水”與“綠化灌溉用水緊張”的矛盾，提出“能否將雨水收集用于綠化灌溉？”的問題；問題拆解：子問題包括“校園雨水徑流量如何計算？”“收集裝置的材料與成本？”“水質凈化的可行性方案？”“灌溉系統(tǒng)的自動化控制？”；實踐過程：學生測量了校園各區(qū)域的面積與坡度（地理），計算了年降雨量與徑流量（數(shù)學），對比了PVC管、混凝土池等收集材料的成本（工程），設計了“濾網+活性炭”的簡易凈化裝置（化學），并通過Arduino編程實現(xiàn)了“水位感應自動灌溉”（信息技術）；1典型案例：“校園雨水資源化利用系統(tǒng)”的PBL實踐成果應用：系統(tǒng)建成后，校園綠化灌溉用水量減少了35%，學生將經驗總結為《中小學雨水收集系統(tǒng)設計指南》，在區(qū)域內多所學校推廣。項目結束時，學生在總結中寫道：“我們不僅解決了雨水利用問題，更學會了如何從生活中發(fā)現(xiàn)科技問題，這種能力比任何獎項都珍貴?！边@正是PBL的終極目標——培養(yǎng)“會思考、能行動”的科技實踐者。3.2未來展望：2025年PBL與科技實踐的深度融合面向2025年，高中科技實踐中的PBL將呈現(xiàn)三大趨勢：1典型案例：“校園雨水資源化利用系統(tǒng)”的PBL實踐2.1與人工智能技術的深度融合隨著AI工具（如ChatGPT輔助方案設計、仿真軟件模擬實驗）的普及，PBL的“問題解決”將從“實物試錯”轉向“虛實結合”。例如，學生可先通過AI模擬不同方案的可行性，再選擇最優(yōu)方案進行實體搭建，這將大幅提升實踐效率。1典型案例：“校園雨水資源化利用系統(tǒng)”的PBL實踐2.2跨校、跨區(qū)域的協(xié)同實踐依托“互聯(lián)網+教育”平臺，PBL項目可突破校際界限。例如，城市學校與農村學校聯(lián)合開展“鄉(xiāng)村智慧農業(yè)”項目，城市學生負責智能設備設計，農村學生負責田間數(shù)據(jù)采集，這種協(xié)作將拓寬學生的科技視野，增強社會責任感。1典型案例：“校園雨水資源化利用系統(tǒng)”的PBL實踐2.3與職業(yè)體驗的有機銜接2025年“普職融通”政策的推進，將使科技實踐PBL與職業(yè)啟蒙結合更緊密。例如，與本地科技企業(yè)合作，讓學生參與“企業(yè)真實問題”（如“某公司產品包裝的環(huán)保改進”），在解決問題的過程中了解科技職業(yè)的核心能力要求，為未來生涯規(guī)劃奠定基礎。結語：讓問題成為科技實踐的“生長點”回顧十余年的科技教育實踐，我深刻體會到：真正的科技素養(yǎng)，不是記住多少公式，而是面對未知問題時的探索勇氣與解決能力。問題式學習（PBL）正是點燃這種勇氣、培養(yǎng)這種能力的