基于“做中學(xué)”理論的香港STEM課堂分析

黃愛珉

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，源于1986年美國國家科學(xué)基金會(huì)的《大學(xué)的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育報(bào)告》。該報(bào)告首次提出“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)”教育的綱領(lǐng)性建議，以應(yīng)對(duì)國際人才競(jìng)爭(zhēng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力下對(duì)本國人才培養(yǎng)的反思。香港特區(qū)政府2015年施政報(bào)告首次提出推動(dòng)STEM教育。2016年3月，教育局向所有官立、資助及直資小學(xué)，包括設(shè)有小學(xué)部的特殊學(xué)校，發(fā)放用作推動(dòng)STEM教育的10萬元津貼，用于舉辦STEM教育相關(guān)的活動(dòng)、購置所需物資等。2017年3月，又為每個(gè)公立中學(xué)提供20萬基金用于發(fā)展和實(shí)施STEM教育活動(dòng)。特區(qū)政府希望通過推動(dòng)STEM教育，培育更多具備不同范疇和水平技能的多元人才，以增強(qiáng)香港的競(jìng)爭(zhēng)力。

“做中學(xué)”理論是美國教育家杜威提出的，“如果承認(rèn)教材的自然的發(fā)展進(jìn)程，就總是從包含著做中學(xué)的那些情境開始。記憶和作業(yè)構(gòu)成課程的最初階段，它們相當(dāng)于要知道怎樣做才能達(dá)成種種結(jié)果”。從“做中學(xué)”也就是從“活動(dòng)中學(xué)”，從“從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)”，主張從經(jīng)驗(yàn)中積累知識(shí)，從實(shí)際操作中學(xué)習(xí)。STEM教育理念就來源于“從做中學(xué)”，香港的STEM教育也正是在這個(gè)理論基礎(chǔ)上扎實(shí)開展的。被選派參加內(nèi)地與香港數(shù)學(xué)教學(xué)交流計(jì)劃的一年中，我仔細(xì)觀摩了STEM課堂，收獲良多。以下是一節(jié)香港圣公會(huì)諸圣中學(xué)以科學(xué)教育為主的STEM課，及天主教南華中學(xué)的一節(jié)以數(shù)學(xué)為主的STEM課。

一、課例展示

課例一：平板顯微鏡

1. 引入

教師提問：生物的基本單位是什么？什么儀器可以用來觀察細(xì)胞？顯微鏡的影像有什么特征？學(xué)生回憶舊知，回答問題。接著，教師要求學(xué)生用平板計(jì)算機(jī)的照相功能拍一張面值為10元的港幣中“0”內(nèi)的橫線，并放大或縮小所拍攝的圖像，描述其特征。學(xué)生認(rèn)真觀察后回答問題：相片放大后比較模糊，邊線不銳利。

2. 學(xué)生操作

學(xué)生利用平板計(jì)算機(jī)、小凸透鏡、回形針組裝平板顯微鏡，并調(diào)節(jié)對(duì)象與顯微鏡之間的距離。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：平板顯微鏡與對(duì)象的距離可否改變？學(xué)生思考討論，回答問題：不能改變，因?yàn)橹挥性谔囟ň嚯x才能獲取清晰的圖像。

學(xué)生多次拍攝獲得4mm刻度的照片，并測(cè)量照片中刻度的長度（不能放大照片），記錄數(shù)據(jù)。學(xué)生計(jì)算平均放大率=■。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：“你認(rèn)為以你的個(gè)人手機(jī)配以本實(shí)驗(yàn)中使用的凸透鏡能產(chǎn)生相同的放大率嗎？試簡(jiǎn)單解釋你的答案?！睂W(xué)生思考討論，回答問題。

利用上面的放大率找出標(biāo)本的真實(shí)長度。學(xué)生用平板顯微鏡觀察微小對(duì)象，并找出它們?cè)瓉淼拇笮。蝴}粒的寬度；頭發(fā)的直徑；小腸細(xì)胞的寬度。在這一過程中教師提問及引導(dǎo)：“這些影像比原對(duì)象放大了多少倍？如何得出原對(duì)象的大小？”“你認(rèn)為如何改善實(shí)驗(yàn)，使之增加平板顯微鏡的放大率呢？試簡(jiǎn)單解釋你的答案?！?/p>

3. 思維拓展

利用自制的平板顯微鏡拍攝一張面值為10元的港幣，比較與沒有凸透鏡的情況下拍攝的照片有何不同之處。

課例二：飲料包裝設(shè)計(jì)

本課例是七年級(jí)數(shù)學(xué)課《立體圖形的探究》單元設(shè)計(jì)的STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)。

1. 導(dǎo)入

市售的飲料包裝大多數(shù)都是長方體，或稱為四角棱柱為最多，其次就是圓柱體，而正方體或是球體的包裝幾乎不曾見過。這些飲料包的設(shè)計(jì)與數(shù)學(xué)有關(guān)系嗎？什么因素會(huì)影響體積？

2. 學(xué)生操作

分析及計(jì)算飲料包裝（四角棱柱）的總表面積（為求簡(jiǎn)化計(jì)算程序，此設(shè)計(jì)不包括飲料包裝的接駁面積）和所需材料面積。下頁表所示為兩個(gè)相同容量的不同四角棱柱體的展開圖的包裝例子。

活動(dòng)（1）：計(jì)算下列兩個(gè)250ml的不同四角棱柱體展開圖的表面積和所需材料面積（展開圖的總長度×總寬度）。（如有需要，答案精確至一位小數(shù)）

從以上計(jì)算所得，在固定體積下，不同包裝尺寸的展開圖所需的材料面積有所不同。

活動(dòng)（2）：設(shè)計(jì)一個(gè)250ml紙盒（四角柱體），并計(jì)算其總表面面積和所需材料面積及制作此紙盒的真實(shí)尺寸實(shí)物。

活動(dòng)（3）：在計(jì)算機(jī)課制作電子表格，得出最少所需材料面積的250ml正方柱體紙盒的大小。

活動(dòng)（4）：比較市面上250ml飲料紙盒與活動(dòng)（3）得出的正方柱體紙盒，為何生產(chǎn)商不選擇活動(dòng)（3）的設(shè)計(jì)？請(qǐng)列舉最少兩種考慮因素。學(xué)生考慮的因素有：成本、外觀、所需材料面積、產(chǎn)品的表面設(shè)計(jì)、飲管長度。

活動(dòng)（5）：在活動(dòng)（2）學(xué)生設(shè)計(jì)的四角柱體中，由教師挑選出3個(gè)，學(xué)生從中選出最好的一個(gè)，并對(duì)該設(shè)計(jì)給予評(píng)分。幾個(gè)考慮因素中，對(duì)最重要的給予3分，次要的2分，不太重要的1分。

活動(dòng)（6）：用最少的材料面積，設(shè)計(jì)能包裝6盒飲料的沒有蓋的包裝箱。

二、分析與反思

1. 從“做中學(xué)”理論分析

課例一有五個(gè)“做”。第一個(gè)“做”即拍攝10元港幣，放大或縮小圖像，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。第二個(gè)“做”即動(dòng)手組裝顯微鏡，掌握技能，獲得方法。第三個(gè)“做”即多次拍攝獲得4mm刻度的照片，計(jì)算平均放大率，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，提升應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)的能力，也領(lǐng)悟了進(jìn)行量度的相關(guān)創(chuàng)意。第四個(gè)“做”是拍攝幾個(gè)微小對(duì)象后量度影像，計(jì)算原對(duì)象的大小，進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的操作技能和量度技巧。最后一個(gè)“做”使學(xué)生進(jìn)一步明白顯微鏡的功能，體會(huì)到科技的重要性，也有了前后呼應(yīng)的效果。

課例二在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學(xué)生下一步“做中學(xué)”的動(dòng)機(jī)。第一個(gè)“做”讓學(xué)生明白總表面面積與所需材料面積的分別及其計(jì)算方法。第二個(gè)“做”鞏固棱柱表面積、體積的計(jì)算，明白棱柱體及其展開圖的關(guān)系。第三個(gè)“做”使用電腦EXCEL，讓學(xué)生感受跨學(xué)科知識(shí)的使用。第四個(gè)“做”讓學(xué)生考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題，感受所學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活的密切關(guān)系，從“智力”上升到“做事的能力”。第五和第六個(gè)“做”通過知識(shí)和信息的交流，使學(xué)生深化能力。

2. 從STEM教育目標(biāo)分析

香港教育局在2016年12月的《推動(dòng)STEM教育—發(fā)揮創(chuàng)意潛能》報(bào)告中提到STEM教育的主要目標(biāo)，包括讓學(xué)生建立穩(wěn)固的知識(shí)基礎(chǔ)，提高他們對(duì)科學(xué)、科技和數(shù)學(xué)的興趣；加強(qiáng)他們綜合和應(yīng)用知識(shí)與技能的能力；培養(yǎng)他們的創(chuàng)造、協(xié)作和解決問題的能力；以及培育與STEM相關(guān)范疇的人才，以促進(jìn)香港的發(fā)展。STEM教育重視的是跨學(xué)科綜合能力的培養(yǎng)，鍛煉的是學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，通過課程學(xué)習(xí)培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的復(fù)合型人才。

課例一中相關(guān)的STEM元素有：顯微鏡的操作；模型的制作、科技應(yīng)用；量度、單位換算、率及比等。通過本節(jié)課，可以培養(yǎng)學(xué)生的解難能力：（1）運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解難能力，如量度標(biāo)本刻度及計(jì)算放大率，運(yùn)用放大率找出標(biāo)本的真實(shí)長度；（2）動(dòng)手操作及日常生活的經(jīng)驗(yàn)解難；（3）運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解難，公平測(cè)試，估算誤差及改善。

課例二涉及的科技元素有設(shè)計(jì)的考慮、資訊處理及資訊處理工具（試算表），涉及的數(shù)學(xué)元素有面積和體積、長方體的折紙圖樣。通過本節(jié)課，可以培養(yǎng)學(xué)生的解難能力：（1）將數(shù)學(xué)知識(shí)運(yùn)用于生活實(shí)踐的能力，提高學(xué)習(xí)興趣；（2）動(dòng)手操作能力：自行設(shè)計(jì)后將展開圖折成四角棱柱；（3）綜合應(yīng)用跨學(xué)科知識(shí)與技能的能力，以及培養(yǎng)創(chuàng)造力和解決問題的能力。

推動(dòng)STEM教育以來，香港每個(gè)中小學(xué)都組成了STEM教育領(lǐng)導(dǎo)小組，積極探討研究設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)。目前，STEM教育浪潮已經(jīng)擴(kuò)展到每個(gè)國家。要提升新一代在國際上的競(jìng)爭(zhēng)力，培養(yǎng)其在科學(xué)、科技、工程、數(shù)學(xué)等范疇的多元化才能，我們也應(yīng)常態(tài)化開展STEM教育實(shí)踐，構(gòu)建常態(tài)化課程，建立教師團(tuán)隊(duì)，注重教師專業(yè)發(fā)展，同時(shí)從硬件和軟件兩方面入手，建設(shè)豐富的STEM教育資源，推動(dòng)STEM教育與創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)良性融合，彌補(bǔ)傳統(tǒng)單一學(xué)科教育的不足。

責(zé)任編輯 魏文琦