小工匠，大工程
——以《投石車的制作與探究》為例，淺談STEM在初中勞技教學中的應用

王 亭

（江蘇省蘇州市工業(yè)園區(qū)星海實驗中學）

所謂STEM，就是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、 工 程（Engineering）、 數(shù) 學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫。

STEM教育對于改變以老師為中心的課堂教學模式有顯著的效果，是探尋同種問題深層次研究、同種問題多重解決方法，探索發(fā)現(xiàn)式學習的課堂模式。這個模式要求以學生為中心，讓每個學生都分配到角色，都積極參與進來，最大限度地發(fā)揮個人和團隊的力量，以尋求解決問題的最佳途徑。

在日常教學活動中，我嘗試將STEM融入初中勞技教學中去，起到了一定的效果?，F(xiàn)在我將自己的一點兒粗淺的經(jīng)驗，拿來與大家分享。

一、以項目為抓手，彰顯STEM教學精髓

要上好一節(jié)融合STEM教育思想的勞技課，首先要精心選擇適合勞技課堂教學的項目。我通過這幾年的探索研究，初步制定了投石車項目、木梁承重項目、過山車項目、蘇州園林建筑場景制作項目、孔明鎖制作等項目。這些項目的共同點是具有一定的科學性、技術(shù)性，包含一定的工程原理且具有較強的趣味性。學生拓展空間比較大，既能夠凸顯團隊合作精神，又能夠體現(xiàn)學生的個性需求。

比如在木梁承重項目的學習過程中，學生不但需要了解橋梁的發(fā)展歷史，還需要知道歷史上著名的橋梁，更要了解橋梁的結(jié)構(gòu)和相關的力學知識，知道橋梁怎樣的構(gòu)造能夠承載最大的重量。當然，在制作橋梁的過程中，還需要了解相關木材的特性，比如吸水性能、變形狀況、軟硬程度，還要注意木紋的走向，在粘貼時候?qū)τ诓煌z水的特性也需要有一定的了解。

對于一個木梁來說，抗壓力往往要大于抗扭力。因此，要制作一個好木梁，首先木梁是不能扭曲的，一旦扭曲，哪怕是較小的扭曲，承重力也將大大減小，木梁很容易一下子就被壓垮。所以，對于學生來說，制作一定要仔細、精良，不能彎曲變形。我引導學生通過摸索和指導，事先將所要制作的橋梁繪制在圖紙上，以圖紙為模板，邊比對邊制作，同時使用水平儀，將木梁制作得更加精準。

投石車項目也是如此，要達到將沙包投出2.5米并精準地投入“城池”的目的，需要制作細節(jié)的精準，從投臂的長短、支點的定位、載物框的位置等各個因素加以綜合考慮。同樣，其他的如過山車項目、蘇州園林建筑場景項目等，都能幫助學生在制作中很好地發(fā)揮團隊作用，很好地體現(xiàn)學生的創(chuàng)新能力，從而彰顯STEM教學的精髓。

二、以問題為切入點，尋求積極有效的探究途徑

將STEM融入勞技課堂教學中，除了以項目課題為抓手以外，還要以問題為切入點。學生串聯(lián)起以往的知識點，并加以綜合使用，尋求問題的解決途徑。讓學生通過合作的形式，積極參與探究，達到培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力的目標。

投石車是古代的一種重要戰(zhàn)爭工具。我將投石車的研究作為一個綜合研究課題，引入初中勞技課堂教學中。從認識投石車，了解投石車的歷史，到了解投石車的原理、大體構(gòu)造，再到動手探究制作。動手探究制作的環(huán)節(jié)分為三個層級，即用相同材料做同樣的車、用不同材料做同樣的車、用不同材料做不同的車。

在第一階段用相同材料制作投石車的時候，我讓學生先制作一個簡易投石車，要求投石車能夠?qū)⑸嘲兜?.5米遠的城堡模型中。學生分組合作制作了投石車以后，先進行試投。這個時候，學生出現(xiàn)了很多問題，導致沙包飛不遠。比如投石臂晃動不穩(wěn)、支點輻條被力壓彎、支點KT板小孔破裂、載物框晃動、投石橡筋容易脫落、載物杯大小不合適等問題。問題出現(xiàn)后，我們分析后發(fā)現(xiàn)這些問題其實都具有共性，但是解決的途徑可以各不相同。我讓學生分組討論，逐個探究改良，然后進行全班匯報交流。在交流的過程中，碰撞出思維的火花，各個小組的同學們彼此學習對方的有效方法，然后進一步改進運用，最后制作出自己小組滿意的作品。學生對方法的理解，其實也是解決如何使投石車更符合科學性的問題，學生在不知不覺中學到科學知識，掌握了科學的方法。

在投石車的系列課堂教學中，我始終貫徹STEM的思想精髓。以學生為中心，以問題為引導，通過舊問題引出新問題，層層深入，層層遞進。讓學生通過合作交流的方式，探究制作，逐步完善，最終形成一個比較滿意的結(jié)果。在這一過程中，每個學生都分配到了任務，都積極參與進來，團隊和個人的力量得到了較好的發(fā)揮。通過三個難度層次的構(gòu)建，讓學生從易到難，既解決了問題，也利于項目課題的開展。

三、以過程為引導，培養(yǎng)學生求變創(chuàng)新的思維和能力

在勞技課中，力求培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的具有創(chuàng)新思維特征的能力。這種過程性的培養(yǎng)，能帶動學生學習的興趣，提高他們學習的主動性，同時活躍課堂氛圍，讓學生對于學習制作不再感到是一種壓力，而是激發(fā)出了自己的潛能。

我通過一些項目讓學生研究，既著眼于項目作品的整體效果，更注重項目單個問題解決的效果。還是以投石車為例，當學生制作了投石車后發(fā)現(xiàn)沙包投不遠，這是一個比較普遍的問題，也是一個核心的問題。沙包之所以投不遠，學生討論發(fā)現(xiàn)，它是由制作中的許多小問題累積而成。于是，我讓小組成員自行選擇其中的一到兩個問題進行研究。拿“支撐軸對應KT板的小孔容易破裂”這個問題來說，不同的小組解決的方式就不相同。有的小組想出的辦法是：在小孔的兩邊粘貼布基膠帶進行加固，因為布基膠帶十分牢固，不容易被撕扯破；有的小組想出的辦法是在小孔兩邊再多粘貼幾層KT板進行加固；而有的小組則想到，在支撐軸位于支點的部位加軸套的方法來解決。對比改進前后的投沙包的效果，可以看出，經(jīng)過改進以后沙包的投擲效果明顯提升。當然，也有改進失敗的小組，通過和成功小組的對比，從而發(fā)現(xiàn)自己小組的不足，然后加以改進。

在這里，通過一個激趣問題，促進了學生進行發(fā)散性思維，并在實際操作中加以驗證。有些想法不一定一開始就會成功，還需要進一步的改進才能達到自己小組比較滿意的程度。這種方法，完全貫徹了STEM的精髓，即以工程項目為引導，學生為中心、為主體，充分發(fā)揮了團隊協(xié)作的精神，開展合理的、認真的思索，以科學的價值觀為導向，認真探究，反復論證。通過積累小成功，最后達到大成功。

總之，我個人感覺，勞技教學中滲透STEM教學理論，能夠充分發(fā)揮學生的潛能，也使得勞技課更生動有趣。學生在學習科學知識的同時，不知不覺提高了創(chuàng)新能力，通過長期的培養(yǎng)與鍛煉，也養(yǎng)成了善于思索、勤于探究的良好習慣。