基于人才培養(yǎng)的STEM課程設(shè)計(jì)實(shí)踐研究

嚴(yán)建斌

（浙江省紹興市上虞區(qū)崧廈鎮(zhèn)中心小學(xué)，浙江 紹興 312365）

傳統(tǒng)的分科教育課程之間雖然存在知識(shí)壁壘但又有所交叉，學(xué)生不會(huì)融合運(yùn)用所學(xué)的各科知識(shí)，再加上現(xiàn)在有些書本知識(shí)脫離生活實(shí)際，造成學(xué)習(xí)主動(dòng)性缺乏，學(xué)習(xí)效果較差，實(shí)踐創(chuàng)新能力得不到有效培養(yǎng)。在現(xiàn)實(shí)世界中，問題解決一般要涉及科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)英文首字母的縮寫。STEM教育是一個(gè)充滿活力的理念，它以整合的教學(xué)方式，聚焦于現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)問題，倡導(dǎo)“做中學(xué)”，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，注重跨學(xué)科的探究活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)同伴協(xié)作與分享，重視創(chuàng)新能力培養(yǎng)。應(yīng)該說，STEM教育對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的問題解決、同伴溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、實(shí)踐創(chuàng)新能力大有益處。

STEM教育理念雖然好，但也要結(jié)合學(xué)生實(shí)際、教師現(xiàn)狀和學(xué)校特色，選取合適的內(nèi)容，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)男问?，因地制宜地進(jìn)行教育，這樣的STEM教育才能落地生根，才能被廣大教師所接受，從而，真正培養(yǎng)創(chuàng)新人才。那么，STEM課程從哪里來？

一、從平移中來：洋為我用，吸納改良

隨著2018浙江——印州中小學(xué)STEM課程平移項(xiàng)目開幕式在杭州舉行，STEM教育理念迅速在我國(guó)傳播，同時(shí)引起科學(xué)教師的廣泛關(guān)注。許多教師尋找國(guó)外可以借鑒的STEM課程，但此類課程因?yàn)槭芨鲊?guó)教育背景、教育方式以及學(xué)生認(rèn)知水平和能力差異等因素的影響，無法很好地適合師生實(shí)際，容易造成“水土不服”的現(xiàn)象。因此，教師可對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行本土化改編，作適當(dāng)調(diào)整。

例如，在借用引進(jìn)的課程“跨越河道”的設(shè)計(jì)框架時(shí)，教師可結(jié)合本地“紹興橋鄉(xiāng)”的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圍繞紹興的橋，要求學(xué)生有針對(duì)性地認(rèn)知橋的外觀、結(jié)構(gòu)、材料，最終設(shè)計(jì)制作一座有紹興特色的“橋”。教師按照提出問題、準(zhǔn)備階段、闡述制作、展示評(píng)價(jià)4個(gè)步驟設(shè)計(jì)STEM課程“紹興的橋”，取得了較好的效果。第1課時(shí)，展現(xiàn)情景，提出問題。建設(shè)管理部門發(fā)出招標(biāo)通告：紹興古城改造，需要在護(hù)城河上建造一座跨度30米（橋梁模型跨度30厘米）的古橋。第2課時(shí)，知識(shí)準(zhǔn)備，引導(dǎo)討論。你見過幾種形式的古橋？能否在紙上畫出來？每一類的共同點(diǎn)是什么？請(qǐng)你簡(jiǎn)單敘述橋梁搭建應(yīng)該遵循什么步驟？第3課時(shí)，設(shè)計(jì)方案，制作橋梁。學(xué)生分小組進(jìn)行討論，確定設(shè)計(jì)方案，畫出簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)圖，對(duì)材料和分工進(jìn)行標(biāo)注。學(xué)生領(lǐng)取材料制作橋梁。第4課時(shí)，載重測(cè)試，改進(jìn)橋梁。使用小車對(duì)橋梁進(jìn)行載重測(cè)試，以確保建造的橋梁能夠承載重物。第5課時(shí)，展示介紹，評(píng)價(jià)總結(jié)。每個(gè)小組需要展示創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、分工、建造和最終完善的過程，同時(shí)還要對(duì)本組設(shè)計(jì)的橋梁的應(yīng)用進(jìn)行展示。對(duì)自己小組設(shè)計(jì)和建造的橋梁特點(diǎn)進(jìn)行分析，并與其他小組的橋梁進(jìn)行比較。師生共同從橋梁載重、橋梁跨度、橋梁自重、紹興特色、制作工藝、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面對(duì)各小組橋梁模型打分。

二、從教材中來：研究教材，重構(gòu)整合

現(xiàn)行小學(xué)科學(xué)教材很多單元有開展STEM活動(dòng)的素材，如“制作一個(gè)保溫杯”“做個(gè)太陽能熱水器”“造一艘小船”等，不少科學(xué)教師注意到了這些素材，但不知怎么設(shè)計(jì)成STEM課程。其實(shí)，只需認(rèn)真地梳理和挖掘，結(jié)合師生實(shí)際和本校特色，找到科學(xué)和數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等其他學(xué)科之間的連接點(diǎn)和整合點(diǎn)，以綜合的視野看問題，就能把這些內(nèi)容設(shè)計(jì)成STEM課程。

例如，五年級(jí)科學(xué)上冊(cè)“運(yùn)動(dòng)和力”單元中“設(shè)計(jì)制作小賽車”一課，就有比較明顯的工程研究?jī)?nèi)容，為此，教師可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)完整的STEM課程“挑戰(zhàn)號(hào)小車”。第1課時(shí)，明確任務(wù)要求，進(jìn)行基礎(chǔ)準(zhǔn)備。要制作一輛比賽用的小車，行駛路程大于1米且能載重一個(gè)雞蛋的彈力小車或反沖力小車。研究影響小車摩擦力大小的因素：接觸面光滑程度、小車對(duì)地面的壓力、小車運(yùn)動(dòng)方式。第2課時(shí)，學(xué)生先各自查閱資料，再交流討論工程師是怎樣思考設(shè)計(jì)賽車的，使賽車時(shí)速達(dá)到300千米以上，同時(shí)盡量做到平穩(wěn)、安全。第3課時(shí)，根據(jù)任務(wù)要求設(shè)計(jì)小車，小組成員交流設(shè)計(jì)方案，選出最好的設(shè)計(jì)方案。第4課時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)制作小車。能載重一個(gè)雞蛋對(duì)學(xué)生是個(gè)挑戰(zhàn)。學(xué)生在制作時(shí)，要考慮小車行駛的平穩(wěn)，盡量走直線，啟動(dòng)不能太快，彈力或反沖力又不能太小，路程行駛盡可能長(zhǎng)，還要克服輪子打滑等問題。學(xué)生通過不斷設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試和改進(jìn)，制作出符合要求的小車，同時(shí)思維得到發(fā)展，綜合能力得到提升，學(xué)到了運(yùn)動(dòng)和力的相關(guān)知識(shí)以及車的建造原理。

三、從社團(tuán)中來：依托活動(dòng)，篩選重組

科技社團(tuán)活動(dòng)以科學(xué)技術(shù)問題為核心，把理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)制作、實(shí)踐創(chuàng)造、展示交流融為一體，其本身呈現(xiàn)提出問題、設(shè)計(jì)制作、展示改進(jìn)等相對(duì)完整的過程，活動(dòng)內(nèi)容與形式與STEM教育比較契合，其中的許多項(xiàng)目可以成為STEM課程的素材。為此，教師可選取幾個(gè)適合學(xué)生的科技社團(tuán)活動(dòng)的項(xiàng)目，結(jié)合STEM教育的本質(zhì)和特征，設(shè)計(jì)出具有本校特色、學(xué)生喜愛的STEM課程。

例如，“水槍，射，射，射”這一科學(xué)活動(dòng)，設(shè)計(jì)靈感就來源于學(xué)生的科技小制作。教師可把它設(shè)計(jì)成以制作一個(gè)發(fā)射得更遠(yuǎn)的空氣火箭為任務(wù)驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)項(xiàng)目，分7課時(shí)開展教學(xué)。第1課時(shí)，提出問題，明確任務(wù)，要為古代軍隊(duì)制作一把攻城用的水槍。第2課時(shí)，閱讀相關(guān)資料，了解制作水槍的材料及制作原理。第3課時(shí)，思考水槍的射程和哪些因素有關(guān)，并畫出水槍設(shè)計(jì)圖，確定自己小組的最佳設(shè)計(jì)。第4課時(shí)，學(xué)生自帶材料，按設(shè)計(jì)圖制作水槍。如細(xì)的PVC管、雷竹桿、橡膠塞、膠帶、竹棒等。第5課時(shí)，各組對(duì)水槍進(jìn)行射程測(cè)試、分析，并對(duì)水槍進(jìn)行調(diào)整。第6課時(shí)，作品展示，集體測(cè)試。各組用水槍射倒搭建的“峰火臺(tái)”，根據(jù)測(cè)試結(jié)果小組討論可以改進(jìn)的地方和措施。第7課時(shí)，圍繞事先設(shè)計(jì)好的問題進(jìn)行全班討論，引發(fā)學(xué)生深入思考與水槍相關(guān)的技術(shù)、科學(xué)原理和社會(huì)問題。其中社會(huì)問題可這樣設(shè)計(jì)：水槍適用于哪個(gè)年齡段的人群？能否作為武器？不同的人對(duì)水槍會(huì)有什么看法？水槍的使用是否會(huì)降低某些人的生活質(zhì)量？類似于這樣一些滲透科學(xué)工程因素的科技活動(dòng)項(xiàng)目，本身就具備STEM元素，把它們?cè)O(shè)計(jì)成STEM課程，可以賦予其新的活力，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)深層次學(xué)習(xí)。

四、從社會(huì)中來：貼近生活，解決問題

社會(huì)和生活中有些自然情境為學(xué)生提供了需要解決的問題，也涉及具體材料的使用，有真實(shí)的活動(dòng)可以模仿，這比校內(nèi)有些活動(dòng)更具體、更真實(shí)，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力。教師要做個(gè)有心人,善于抓住社會(huì)生活中學(xué)生關(guān)心的某些主題的STEM因素，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的形式設(shè)計(jì)成STEM課程，同時(shí)融入探究思考內(nèi)容，協(xié)助學(xué)生在具體情境中學(xué)習(xí)與項(xiàng)目主題相關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、工程技能和數(shù)學(xué)知識(shí)。

例如，在紹興當(dāng)?shù)?，許多家庭都會(huì)制作傳統(tǒng)食品霉干菜。秋末冬初，菜園里的芥菜抽了苔，拇指粗細(xì)，頂帶花蕾，脆嫩味甘。這時(shí)，摘下菜心，晾掛幾天。待葉子變軟，放進(jìn)大盆，撒上鹽，用手揉搓，滲出一些菜汁，裝入陶甕，碼一層撒一層鹽，裝滿后把甕口封嚴(yán)。過十天或半月，取出曬干，便成為色澤金黃、咸酸味甘的霉干菜。教師可對(duì)此進(jìn)行深入挖掘，按照STEM理念設(shè)計(jì)課程“好吃的霉干菜”。學(xué)生先明確任務(wù)，制作一包霉干菜，在農(nóng)產(chǎn)品展銷會(huì)上展銷。接著上網(wǎng)查閱資料，了解腌制過程中的發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、含鹽量等因素對(duì)微生物和風(fēng)味的影響。再設(shè)計(jì)制作方案，標(biāo)明自己小組采用的原材料、工具，寫清楚制作方法、步驟、時(shí)間安排和成員分工。然后分3課時(shí)制作霉干菜：第一課時(shí)，學(xué)生自帶芥菜摘心晾掛。第二課時(shí)，撒鹽揉搓裝甕封口。第三課時(shí)，曬干裝袋，寫產(chǎn)品說明。最后舉辦展銷會(huì)，學(xué)生品嘗各組制作的霉干菜，按外觀、口感、色澤、氣味等方面打分，評(píng)出優(yōu)質(zhì)霉干菜。這種來自社會(huì)生活的STEM課程更受學(xué)生歡迎，學(xué)生為解決生活問題而學(xué)，為創(chuàng)造美好生活而做，參與活動(dòng)的積極性更高。

五、從企業(yè)中來：聯(lián)姻工廠，設(shè)計(jì)項(xiàng)目

紹興當(dāng)?shù)赜胁簧倨髽I(yè)，比如建筑裝飾、紡織服裝、食品加工、印刷包裝、設(shè)備制造等。教師可走進(jìn)企業(yè)，依托它們研發(fā)的產(chǎn)品、開展的項(xiàng)目來設(shè)計(jì)STEM課程，通過完成項(xiàng)目任務(wù)的方法將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)結(jié)合起來，將抽象的知識(shí)與學(xué)生身邊的產(chǎn)品建立起緊密的聯(lián)系。

例如，紹興崧廈鎮(zhèn)被譽(yù)為“中國(guó)傘城”，學(xué)生對(duì)傘有一種親切感。教師可利用這個(gè)得天獨(dú)厚的資源，把STEM元素融入其中，設(shè)計(jì)“雨傘的誕生”這一STEM課程。讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中感受和理解材料透性的概念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)運(yùn)用工具、記錄數(shù)據(jù)，并最終得出科學(xué)結(jié)論的完整過程的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)制作防水性能好的雨傘。第1課時(shí)，明確任務(wù)，基礎(chǔ)準(zhǔn)備。先提出任務(wù)，要制作杭州亞運(yùn)會(huì)啦啦隊(duì)員用的雨傘，要求防水性能好。然后邀請(qǐng)傘廠的設(shè)計(jì)師給學(xué)生講課，介紹雨傘設(shè)計(jì)制作流程、雨傘種類、基本功能及設(shè)計(jì)要求。第2課時(shí)，探究材料的透性。使學(xué)生知道制作一把防水性能好的雨傘，關(guān)鍵是傘面材料的選擇。要求學(xué)生測(cè)定給定的幾種材料（報(bào)紙、棉布、尼龍布、油光紙、塑料薄膜、滌綸布、雙膠紙）的透性。為保證結(jié)果的可靠性，實(shí)驗(yàn)一般需要做幾次，以作為評(píng)價(jià)透性好壞的依據(jù)。第3課時(shí)，小組討論，設(shè)計(jì)圖紙。請(qǐng)各小組畫出雨傘設(shè)計(jì)草圖，標(biāo)出各部件選用的材料和數(shù)量，特別是傘面的材料，確定人員分工。第4課時(shí)，制作雨傘，修改完善。各小組開始完成任務(wù)，并按照評(píng)價(jià)量表思考下面問題：傘面選取了什么材料？為什么這樣選擇？除了透性，還對(duì)哪些問題進(jìn)行了思考？是否遇到了什么困難？是怎樣解決的？第5課時(shí)，防水性能測(cè)試。在傘面上用灑水壺均勻?yàn)⑺掷m(xù)1分鐘，檢查傘內(nèi)情況，觀察是否有滲漏。第6課時(shí)，成果展示，評(píng)估改進(jìn)。各小組展示材料選擇、設(shè)計(jì)、分工、制作和最終完善的過程，同時(shí)展示雨傘的性能。小組互評(píng)打分，指出其他小組雨傘的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)建議。

STEM課程研究與實(shí)踐仍在路上，但學(xué)生綜合素養(yǎng)已經(jīng)在提升。學(xué)生收獲的是學(xué)科視野的廣闊和生動(dòng)，是與人交流的啟發(fā)和靈感，是問題探討的迷惘和釋然，是方案抉擇的艱難和期待，是動(dòng)手制作的自信和熟練，是作品展示的自豪和欣喜，是創(chuàng)新精神的孕育和孵化。