STEM撬動(dòng)科學(xué)課堂的跨學(xué)科融合

丁永祥

[摘 要]基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)為學(xué)生提供了融入真實(shí)情境的機(jī)會(huì)，幫助學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)各領(lǐng)域的概念進(jìn)行深入的理解。STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)以工程設(shè)計(jì)為基石，將課堂學(xué)習(xí)和現(xiàn)實(shí)世界相結(jié)合，幫助學(xué)生建立批判性思維。在科學(xué)教學(xué)中，教師可從激發(fā)動(dòng)機(jī)、引發(fā)認(rèn)知沖突、改進(jìn)技術(shù)、拓展延伸四個(gè)方面，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，使學(xué)生的思維碰撞出火花，形成創(chuàng)意并付諸實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)教學(xué);項(xiàng)目式學(xué)習(xí);跨學(xué)科;思維

[中圖分類號(hào)] G623.6[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1007-9068（2019）15-0080-02

STEM在眾多孤立的學(xué)科中建立起一座新的貫通橋梁，通過(guò)把各領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)科知識(shí)和技能的教和學(xué)有機(jī)整合到一起，將學(xué)生零碎的知識(shí)梳理成相互聯(lián)系的統(tǒng)一整體，是一種跨學(xué)科的有機(jī)融合，為學(xué)生提供了整體認(rèn)知的契機(jī)。STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)促使學(xué)生鉆研與生活相關(guān)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，取得具體的學(xué)習(xí)成果。在目前的教育框架下，這種學(xué)習(xí)方式尤為重要。在基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)中，學(xué)生要經(jīng)常進(jìn)行聚焦于現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)問(wèn)題的、跨學(xué)科的探究活動(dòng)。參與跨學(xué)科的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，有助于學(xué)生更好地理解自己身邊的世界。下面，筆者就《玩轉(zhuǎn)小陀螺》一課談?wù)勛约菏侨绾芜M(jìn)行STEM項(xiàng)目教學(xué)的。

一、動(dòng)機(jī)激發(fā)——真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)

傳統(tǒng)的教學(xué)以學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握為核心，忽視真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用與解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。在教學(xué)過(guò)程中，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲，保持積極的學(xué)習(xí)情感與態(tài)度。

教學(xué)設(shè)計(jì)（一）：聚焦任務(wù)，認(rèn)識(shí)陀螺

問(wèn)題1：你最喜歡的玩具是什么？應(yīng)該怎么玩？（生：我最喜歡樂(lè)高，它是拼裝起來(lái)玩的。）

問(wèn)題2：你是個(gè)樂(lè)高小高手。還有誰(shuí)想說(shuō)一說(shuō)？（生：我喜歡一個(gè)毛絨玩具，因?yàn)樗幸还商厥獾南阄?。?/p>

問(wèn)題3：今天老師也帶來(lái)一個(gè)好玩的玩意兒，這是什么？（生：陀螺）

問(wèn)題4：陀螺怎么玩？（生：陀螺下面有個(gè)發(fā)條，一拉發(fā)條，陀螺就會(huì)轉(zhuǎn)起來(lái)。）

教師從學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn)的小陀螺入手，激發(fā)學(xué)生的興趣，提倡真問(wèn)題真探究，從生活中來(lái)，到生活中去，為課程的教學(xué)做了充分的準(zhǔn)備。

二、認(rèn)知沖突——經(jīng)驗(yàn)的提升

在制作模型活動(dòng)中，學(xué)生進(jìn)行了迭代式學(xué)習(xí)和擺弄式學(xué)習(xí)。這不同于常規(guī)的有條理的規(guī)劃，允許學(xué)生以玩耍、擺弄、探究、迭代的方式投入到模型制作活動(dòng)中，但無(wú)論是學(xué)習(xí)方式還是學(xué)習(xí)進(jìn)程，都強(qiáng)調(diào)以創(chuàng)新思維為核心，學(xué)習(xí)路徑是開(kāi)放的。

教學(xué)設(shè)計(jì)（二）：構(gòu)建模型，制作陀螺

教師介紹陀螺的發(fā)展史，讓學(xué)生了解陀螺由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)盤(pán)構(gòu)成。

問(wèn)題1：同學(xué)們平時(shí)玩的陀螺是哪來(lái)的？是買來(lái)的還是自己做的？大家想不想自己動(dòng)手做一個(gè)陀螺？

問(wèn)題2：今天我們來(lái)制作陀螺，應(yīng)該準(zhǔn)備什么？怎么做？（學(xué)生討論）

問(wèn)題3：老師準(zhǔn)備了一些簡(jiǎn)單的材料——一張圓紙片、一根火柴，怎么把它們組裝成一個(gè)小陀螺，并轉(zhuǎn)起來(lái)？請(qǐng)大家小組討論一下。

技術(shù)為改造世界提供可行的手段和方法。技術(shù)的核心是方案設(shè)計(jì)，而方案設(shè)計(jì)的要求是具體可行。在方案探究設(shè)計(jì)中，教師首先要篩選出具有可操作性的探究目標(biāo);其次，要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選擇，采用一定的變式，控制一定的變量，使之成為具體的可操作的方案，以便學(xué)生把探究活動(dòng)順利進(jìn)行下去;最后，對(duì)探究方案進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維，使探究方案更完善，探究活動(dòng)更有效。教師通過(guò)介紹陀螺史，讓學(xué)生通過(guò)觀察和歸類，概括出不同類型陀螺的相同構(gòu)造，認(rèn)識(shí)不同時(shí)期、不同種類的陀螺，培養(yǎng)分析、概括能力，為制作一個(gè)能轉(zhuǎn)動(dòng)的小陀螺奠定基礎(chǔ)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)應(yīng)該聽(tīng)到學(xué)生發(fā)自內(nèi)心的聲音。

三、改進(jìn)技術(shù)——思維火花的碰撞

工程設(shè)計(jì)過(guò)程的下一個(gè)環(huán)節(jié)是讓學(xué)生測(cè)試自己設(shè)計(jì)的解決方案是否有效。學(xué)生要收集有關(guān)方案性能的數(shù)據(jù)并找出需要改進(jìn)的地方。有時(shí)，依次對(duì)構(gòu)成設(shè)計(jì)的每一個(gè)單獨(dú)因素進(jìn)行更改，明確每一個(gè)因素會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)方案的性能造成怎樣的影響，是非常重要的。這個(gè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到工程設(shè)計(jì)過(guò)程具有反復(fù)性。在這個(gè)過(guò)程，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)測(cè)試對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，學(xué)生理應(yīng)獲得對(duì)自己所做的修改進(jìn)行再測(cè)試的機(jī)會(huì)。

教學(xué)設(shè)計(jì)（三）：改進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)得久的陀螺

測(cè)試1：①接下來(lái)，我們進(jìn)行一場(chǎng)PK賽。②交流——為什么各組的陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間不同？③學(xué)生改進(jìn)技術(shù)，調(diào)整轉(zhuǎn)盤(pán)位置。

測(cè)試2：①你還有什么辦法能讓小陀螺轉(zhuǎn)得更久？②小組討論、匯報(bào)。③出示大轉(zhuǎn)盤(pán)，讓學(xué)生與自己制作的小轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行比較。④學(xué)生展示并交流方法。

測(cè)試3：①轉(zhuǎn)軸和陀螺的旋轉(zhuǎn)時(shí)間有什么關(guān)系？②學(xué)生集體交流，并改進(jìn)轉(zhuǎn)軸。

頭腦風(fēng)暴是一個(gè)交互過(guò)程，讓學(xué)生獨(dú)立思考解決方案，有助于推動(dòng)這個(gè)過(guò)程，但是大部分時(shí)間，教師應(yīng)該讓學(xué)生分組進(jìn)行頭腦風(fēng)暴。好的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，需要學(xué)生既貢獻(xiàn)個(gè)人智慧，還要分享專業(yè)知識(shí)和技能，尊重彼此，團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

工程是改造世界的實(shí)踐活動(dòng)和建造實(shí)施過(guò)程。如果說(shuō)技術(shù)是停留在紙面上的設(shè)計(jì)，那么工程就是技術(shù)的行動(dòng)，是對(duì)技術(shù)的驗(yàn)證和完善，是技術(shù)落實(shí)在實(shí)踐中的真實(shí)結(jié)果。教師可引導(dǎo)學(xué)生在調(diào)整轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)盤(pán)間的位置關(guān)系，測(cè)量陀螺旋轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短，使轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)盤(pán)處在最佳位置。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程由學(xué)生自己控制完成，學(xué)生在動(dòng)手前設(shè)計(jì)，在動(dòng)手中思考，在動(dòng)手后改進(jìn)。

四、拓展延伸——完善創(chuàng)意陀螺

要成功完成一個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生需要更多的時(shí)間，更多的探究嘗試，不能因課程結(jié)束而停止探究。

教學(xué)設(shè)計(jì)（四）：拓展學(xué)習(xí)，完善一個(gè)創(chuàng)意陀螺

1.拓展：陀螺儀介紹。

2.還有哪些方法能使陀螺轉(zhuǎn)得更久？請(qǐng)大家課后試一試。

通過(guò)課后的研究探索，學(xué)生發(fā)現(xiàn)陀螺持久旋轉(zhuǎn)的秘決：在陀螺轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣增加重量，這比給整個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)增加重量更有效。通過(guò)比較，學(xué)生自然而然明白為什么要將陀螺的下方設(shè)計(jì)成圓錐形;通過(guò)反思，學(xué)生學(xué)習(xí)到專業(yè)知識(shí)，增長(zhǎng)技能，增強(qiáng)自信心。項(xiàng)目就是探究的延伸，項(xiàng)目具有現(xiàn)實(shí)世界的吸引力，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)時(shí)，他們看到了自己所學(xué)東西的價(jià)值，會(huì)更加積極地鉆研。

STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)為不同學(xué)科內(nèi)容的整合提供了機(jī)會(huì)，良好的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)本身就是跨學(xué)科的，而其本質(zhì)是合作性的，可以幫助學(xué)生建立高階思維，也可以幫助學(xué)生在不同學(xué)科之間建立有意義的聯(lián)系。

（特約編輯 木 清）