小學(xué)STEM教育實(shí)踐例談

葉榮根

導(dǎo) 讀：

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的英文單詞首字母的縮寫，它源于美國(guó)對(duì)國(guó)家人才戰(zhàn)略的思考，近年來(lái)風(fēng)靡全球。STEM課程的樣態(tài)、STEM課程的特點(diǎn)、STEM項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)，是STEM教育活動(dòng)的三個(gè)重點(diǎn)。把握好這三個(gè)重點(diǎn)，可以有效促進(jìn)STEM教育活動(dòng)的順利開(kāi)展，進(jìn)而在活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和溝通評(píng)價(jià)能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2017年教育部發(fā)布了《教育部關(guān)于印發(fā)〈義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)〉的通知》，明確了中國(guó)版STEM概念：科學(xué)（science）、技術(shù)（technology）、工程（engineering）與數(shù)學(xué)（mathematics）?！锻ㄖ分兄赋?，STEM是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)地融為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。可見(jiàn)，教育部將STEM概念進(jìn)行了本土化闡釋，不同于國(guó)外強(qiáng)調(diào)理工科，國(guó)內(nèi)的STEM更加強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，目的直指培養(yǎng)創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

一、STEM課程的樣態(tài)

案例一：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)時(shí)鐘

1.發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

雖然時(shí)鐘是非常普遍的計(jì)時(shí)工具，但個(gè)性定制的時(shí)鐘會(huì)受到更多人的青睞。學(xué)生在討論時(shí)發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)問(wèn)題：

（1）既然市場(chǎng)上產(chǎn)品已經(jīng)比較成熟，那什么樣的時(shí)鐘才會(huì)有賣點(diǎn)？

（2）時(shí)鐘設(shè)計(jì)和制作的關(guān)鍵要素還是在外觀。

2.解決問(wèn)題

通過(guò)查閱資料和上網(wǎng)搜尋各種圖片，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：

（1）大部分時(shí)鐘設(shè)計(jì)上雖然造型多種多樣，但表面以平面彩繪和印刷為主，如果進(jìn)行整體立體設(shè)計(jì)可能更有賣點(diǎn)。

（2）時(shí)鐘創(chuàng)意重在外形的變化，極少考慮購(gòu)買者的意愿要求。

（3）時(shí)鐘裝飾時(shí)可以考慮加入地方文化特色。

3.繪制設(shè)計(jì)圖

設(shè)計(jì)圖要彩色的，可以利用多媒體進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.繪制工程圖

根據(jù)每個(gè)部件的大小、形狀等繪制出工程圖。

5.選材制作

教師提供木板、紙板、亞克力板和鋁板等材料讓學(xué)生自主選擇，同時(shí)提供美工刀、三角尺等工具供學(xué)生使用。

這是一個(gè)比較典型的STEM項(xiàng)目設(shè)計(jì)案例。學(xué)生在設(shè)計(jì)制作過(guò)程中會(huì)運(yùn)用到各種技術(shù)，像多媒體、無(wú)線傳輸打印等，體現(xiàn)了STEM課程中的T（技術(shù)）的要求，同時(shí)課程的制作過(guò)程又與E（工程）有著較強(qiáng)關(guān)聯(lián)。不僅如此，學(xué)生在活動(dòng)中對(duì)科學(xué)知識(shí)的探尋，對(duì)圖紙的繪制和測(cè)量又體現(xiàn)了S和M的素養(yǎng)要求。

上面案例是學(xué)校實(shí)施STEM課程中的一種樣態(tài)。STEM在學(xué)校一般以三種方式存在：

（1）分科的STEM教育樣態(tài)

學(xué)校的STEM課程由科學(xué)課程、設(shè)計(jì)與技術(shù)課程、數(shù)學(xué)課程、3D打印課程、編程課程等組成，形成STEM課程群。所有這些課程都是在滿足國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)的前提下進(jìn)行校本化實(shí)施。

（2）綜合的STEM教育樣態(tài)

以STEM為課程名稱，以獨(dú)立的樣態(tài)、社團(tuán)活動(dòng)的形式出現(xiàn)在學(xué)校課程群中，如創(chuàng)客教育、機(jī)器人社團(tuán)等。

（3）拓展和延伸的STEM教育樣態(tài)

除了學(xué)校正規(guī)教育環(huán)境里的STEM教育以外，學(xué)生還可以參加社會(huì)教育機(jī)構(gòu)的一些STEM教育活動(dòng)或者拓展訓(xùn)練營(yíng)（如野外求生）等活動(dòng)，也可以學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以STEM方式加以研究和解決。

二、STEM課程的特點(diǎn)

案例二：水果電池

第一部分? 調(diào)查與研究

活動(dòng)1：干電池是如何工作的？

要求：通過(guò)閱讀和探索，了解干電池的結(jié)構(gòu)和工作原理;通過(guò)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮LED燈，并畫(huà)出簡(jiǎn)單電路圖;通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量，研究LED燈亮與哪些因素有關(guān)。

活動(dòng)2：土豆能供電嗎？

要求：用萬(wàn)用表測(cè)量并記錄土豆的電壓;試著用土豆電池點(diǎn)亮LED燈，將過(guò)程記錄下來(lái)。

活動(dòng)3：探索水果電池的電壓。

要求：測(cè)量不同水果的電壓，研究影響水果電池電壓的因素。

活動(dòng)4：如何讓綠色電池性能更佳？

要求：制作不同的電路，研究最佳的電源方案。探索含有果酸的其他液體飲料是否能做成電源。

第二部分? 設(shè)計(jì)與制作

按下列要求設(shè)計(jì)制作綠色電池：

1.至少能夠帶動(dòng)一個(gè)家用電器進(jìn)行工作;

2.供電時(shí)間越長(zhǎng)越好;

3.電池材料安全、無(wú)毒、無(wú)害，且造價(jià)成本合理;

4.產(chǎn)品設(shè)計(jì)新穎，便于攜帶。

第三部分? 展示與評(píng)價(jià)

要求：以“綠色電池展示會(huì)”的形式展示、推介自己的作品，并進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和互評(píng)。

第四部分? 拓展與應(yīng)用

了解同一領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的做法和經(jīng)驗(yàn)，了解多種多樣的發(fā)電物質(zhì)。假如你是能源工程師，你如何轉(zhuǎn)化和利用能源？

這個(gè)STEM主題活動(dòng)分為五個(gè)部分：?jiǎn)栴}聚焦、調(diào)查研究、設(shè)計(jì)制作、展示評(píng)價(jià)、拓展應(yīng)用。在此過(guò)程中，學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)方面知識(shí)都有所運(yùn)用，學(xué)生“像科學(xué)家、工程師般質(zhì)疑和探究”，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程就像科學(xué)家對(duì)自然的探究、工程師對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)程。從建立系統(tǒng)模型到問(wèn)題解決，其中包括觀察、建立系統(tǒng)模型、設(shè)計(jì)和執(zhí)行研究計(jì)劃、分析數(shù)據(jù)、運(yùn)用數(shù)學(xué)邏輯和量化思維、形成答案和工程設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行基于實(shí)際的批判性論證、獲得問(wèn)題解決方案并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估和表述。這充分體現(xiàn)了STEM課程的特點(diǎn)：

（1）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)。STEM課程多以項(xiàng)目作支撐，以開(kāi)放性的真實(shí)問(wèn)題作為導(dǎo)向，讓學(xué)生圍繞項(xiàng)目解決問(wèn)題、完成任務(wù)。STEM項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下的學(xué)習(xí)，旨在豐富學(xué)生對(duì)事物的認(rèn)識(shí)，注重將學(xué)術(shù)性知識(shí)轉(zhuǎn)化為生活經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。

（2）合作探究。一個(gè)完整的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)，一般由4—6人的學(xué)習(xí)小組共同完成。學(xué)習(xí)小組成為學(xué)生完成STEM任務(wù)最重要的形式。在每個(gè)STEM項(xiàng)目中，學(xué)習(xí)小組的各個(gè)成員相互交流，分享信息和經(jīng)驗(yàn)，從而解決問(wèn)題。

（3）知識(shí)整合。STEM課程作為跨學(xué)科課程，科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)知識(shí)以整合的形式出現(xiàn)。教師需要圍繞某個(gè)涉及不同領(lǐng)域的大概念，將不同學(xué)科知識(shí)按照一定的課程邏輯進(jìn)行整合，從而將分散的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化組合。

（4）實(shí)踐應(yīng)用。STEM課程的教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，注重課程內(nèi)容與社會(huì)實(shí)踐的緊密聯(lián)系，旨在讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，從而獲取知識(shí)和技能，并應(yīng)用于真實(shí)情境的問(wèn)題解決。在整個(gè)STEM實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，能讓學(xué)生體驗(yàn)到知識(shí)應(yīng)用于生活的真實(shí)感受。

（5）跨界聚合。STEM課程實(shí)施需要豐富的資源環(huán)境，通過(guò)各種學(xué)習(xí)環(huán)境中持續(xù)的信息傳達(dá)、指導(dǎo)與資源供給，支持學(xué)生進(jìn)行STEM學(xué)習(xí)。這就要求學(xué)校打通與社會(huì)間的通道，找到相互之間的STEM內(nèi)容關(guān)聯(lián)點(diǎn)，跨界聚合資源和環(huán)境。

三、STEM項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)

案例三：制作小船

1.主題介紹

“制作小船”主要包括以下兩個(gè)模塊的內(nèi)容：

模塊1：驅(qū)動(dòng)問(wèn)題——思考如何影響小船的浮力。學(xué)生制作不同材料的模型船并進(jìn)行測(cè)試，確定哪些物體沉;測(cè)試物體，發(fā)現(xiàn)如何影響浮力。

模塊2：核心概念——項(xiàng)目涉及的各門課程的知識(shí)：浮、沉、浮力（科學(xué)）;平穩(wěn)（技術(shù)）;船的建造（工程）;對(duì)比、排序、輕、重等（數(shù)學(xué)）。

2.活動(dòng)過(guò)程

活動(dòng)過(guò)程分為五個(gè)部分：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，明確需要解決的問(wèn)題;設(shè)計(jì)，畫(huà)出想要制作的船的示意圖;選擇材料，思考制作需要的材料，并在圖中標(biāo)出，說(shuō)明某種材料未使用的原因;制作和測(cè)試，制作出你設(shè)計(jì)的船，并在水中進(jìn)行測(cè)試;記錄和分享，比較自己和同伴的船，思考如何使你的船變得更好。

3.活動(dòng)評(píng)價(jià)

“制作小船”STEM 項(xiàng)目有三種評(píng)價(jià)方式：傳統(tǒng)評(píng)價(jià)，檢測(cè)學(xué)生對(duì)船的形狀、設(shè)計(jì)等內(nèi)容的理解;績(jī)效評(píng)估，學(xué)生需要設(shè)計(jì)出較穩(wěn)定的船;標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)驗(yàn)，主要是檢測(cè)學(xué)生對(duì)浮、沉、浮力、排序等內(nèi)容的深層次理解和應(yīng)用。

這個(gè)項(xiàng)目由三部分組成，即主題介紹、教學(xué)過(guò)程和活動(dòng)評(píng)價(jià)，體現(xiàn)了高質(zhì)量的STEM課程項(xiàng)目的特點(diǎn)：

1.項(xiàng)目建立在學(xué)生興趣之上

STEM課程價(jià)值巨大，但是要基于學(xué)生的興趣。只有適合學(xué)生年齡特點(diǎn)、學(xué)生感興趣的才是好的項(xiàng)目，制作小船的項(xiàng)目就為學(xué)生所喜愛(ài)，其他如陀螺機(jī)器人等也是學(xué)生愛(ài)學(xué)愛(ài)玩的項(xiàng)目。

2.項(xiàng)目建立在真實(shí)情境之中

STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)要以真實(shí)的生活為背景，基于現(xiàn)實(shí)的需要。船是重要的交通工具，其他如自動(dòng)感應(yīng)欄桿、走廊聲控?zé)舻?，也能讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的現(xiàn)實(shí)意義。

3.項(xiàng)目涉及多門學(xué)科知識(shí)

跨學(xué)科性是STEM課程的生命和價(jià)值所在，項(xiàng)目學(xué)習(xí)的內(nèi)容要來(lái)源于生活中各種復(fù)雜的、非預(yù)測(cè)性的、多學(xué)科知識(shí)交叉的問(wèn)題，這樣才能充分彰顯課程的價(jià)值。本項(xiàng)目中，小船的設(shè)計(jì)、制作，浮力的測(cè)定等活動(dòng)就需要科學(xué)、工程、設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)的參與。

4.項(xiàng)目要恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用新技術(shù)

新技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到教育的各個(gè)領(lǐng)域，STEM課程尤其要重視新技術(shù)的運(yùn)用，如智能機(jī)器人、3D打印、多媒體、腦科學(xué)技術(shù)等。

美國(guó)“項(xiàng)目引路”機(jī)構(gòu)是這樣描述STEM課程的：STEM課程旨在使學(xué)生參與以活動(dòng)、項(xiàng)目和問(wèn)題解決為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，它提供了一種動(dòng)手做的課堂體驗(yàn)。學(xué)生在應(yīng)用所學(xué)到的數(shù)學(xué)和科學(xué)知識(shí)來(lái)應(yīng)對(duì)世界重大挑戰(zhàn)時(shí)，他們創(chuàng)造、設(shè)計(jì)、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作并解決問(wèn)題。

未來(lái)教育不是要學(xué)得更多，而是要學(xué)得更多樣;不是要學(xué)得更快，而是要學(xué)得更快樂(lè)。而這些都是STEM教育帶給我們的，也是STEM教育風(fēng)靡全球的原因。

（作者單位：江蘇省泰州市姜堰區(qū)東橋小學(xué)教育集團(tuán)）

責(zé)任編輯 胡波波

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