項(xiàng)目化學(xué)習(xí)將科學(xué)和工程帶入數(shù)學(xué)課堂

孫曉忠

【摘 要】 本案例借助“解決身邊問題”這一契機(jī)，通過“為班級(jí)設(shè)計(jì)制作自動(dòng)分類垃圾桶”的項(xiàng)目，整合數(shù)學(xué)、科學(xué)、綜合實(shí)踐活動(dòng)和工程知識(shí)，力求用這種方法讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加輕松有效。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過挑選材料、反復(fù)驗(yàn)證，體會(huì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)方法;通過學(xué)習(xí)繪制設(shè)計(jì)圖紙，了解工程設(shè)計(jì)流程;通過測(cè)量垃圾桶的體積，計(jì)算材料成本，進(jìn)而深化理解計(jì)算立體圖形表面積和體積的方法。

【關(guān)鍵詞】 STEM教學(xué)模式;課程整合;合作探究;數(shù)學(xué)課程深化理解

目前，STEM 課程仍屬于新的理念范疇，除了借鑒國(guó)外的一些理念課程以外，符合中國(guó)國(guó)情并能與傳統(tǒng)教育融合的策略以及方法并不多見，我們所做的一切也都僅僅處于探索階段。下面我就向大家介紹基于青島版數(shù)學(xué)五年級(jí)下冊(cè)《長(zhǎng)方體、正方體表面積、體積》這一課內(nèi)容設(shè)計(jì)的STEM課程案例——為班級(jí)制作自動(dòng)分類垃圾桶。希望能對(duì)大家今后開展STEM教學(xué)有所啟發(fā)和幫助。

一、教學(xué)過程及設(shè)計(jì)構(gòu)想

在要求數(shù)學(xué)課程與工程實(shí)踐進(jìn)行緊密連接時(shí)，我們的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為所謂STEM課程一定要有設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)就是工程，也一定要制作作品，制作就是技術(shù)，而工程和技術(shù)也正體現(xiàn)了數(shù)學(xué)學(xué)科提倡的“做中學(xué)”。首先，研究的問題要來源于學(xué)生的生活實(shí)際。根據(jù)學(xué)生的觀察與上報(bào)，我們匯總出“學(xué)校為各班準(zhǔn)備兩個(gè)垃圾桶進(jìn)行垃圾分類，但分類效果并不明顯”這一難題。問題一推出，學(xué)生馬上想到了可以設(shè)計(jì)一款可以自動(dòng)分類的垃圾桶。活動(dòng)主題應(yīng)運(yùn)而生，接下來的難題就是整個(gè)課程該如何開展，這也正是本案例所要表達(dá)的重點(diǎn)。通過實(shí)踐探究，我們做出如下結(jié)論：STEM課程教學(xué)需要五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，即“引入、探究、解釋、制作、評(píng)價(jià)”。我們利用兩周的時(shí)間，包含兩次室內(nèi)教學(xué)（第一課時(shí)：引入、探究;第二課時(shí)：解釋、制作、評(píng)估）來完成整個(gè)課程，基于此，我對(duì)這次的STEM課程做了以下兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)：

環(huán)節(jié)一：聯(lián)系實(shí)際問題——確立活動(dòng)目標(biāo)

STEM課程的起始環(huán)節(jié)是“問題引入”。這個(gè)階段通過學(xué)生參與活動(dòng)、確定活動(dòng)任務(wù)，從而激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這一階段活動(dòng)的目標(biāo)有兩個(gè)：

首先，找出實(shí)際問題。學(xué)生不是一張白紙，他們?cè)谏钪性缫褜W(xué)會(huì)了觀察，擁有發(fā)現(xiàn)問題的經(jīng)驗(yàn)。如學(xué)生發(fā)現(xiàn)班級(jí)每天產(chǎn)生很多垃圾，其中大部分是可以回收的，有些像廢紙類可以拿到廢品店換錢。前期學(xué)校也為各班準(zhǔn)備了兩個(gè)垃圾桶，但分類效果并不明顯。教師利用這個(gè)階段的活動(dòng)匯總學(xué)生發(fā)現(xiàn)的問題，以便在教學(xué)中設(shè)計(jì)活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生解決問題。

其次，做好診斷性評(píng)估，即檢查學(xué)生已有的相關(guān)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，幫助學(xué)生將以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)與接下來將要做的活動(dòng)聯(lián)系起來。稍作調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)小學(xué)生其實(shí)對(duì)于立體圖形的表面積在生活中的應(yīng)用知之甚少，學(xué)習(xí)立體圖形的表面積、體積知識(shí)和解決問題，還是停留在課本上。

環(huán)節(jié)二：讓合作探究真實(shí)發(fā)生——設(shè)計(jì)、改進(jìn)產(chǎn)品方案

合作探究是STEM課程模式的主體，知識(shí)的獲得、技能技巧的掌握都在本階段完成。在本階段，教師應(yīng)該給學(xué)生提供直接參與實(shí)踐探究的條件和機(jī)會(huì)，通過整合一些有趣的科學(xué)知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)和有一定難度的技術(shù)操作，讓學(xué)生提高解決實(shí)際問題的能力。在探究活動(dòng)中，學(xué)生通過觀察、測(cè)量立體圖形的長(zhǎng)、寬、高以及計(jì)算立體圖形的表面積和體積，進(jìn)一步理解了表面積和體積的區(qū)別，并提出與探索有關(guān)的有意義的問題。本階段的探究活動(dòng)以學(xué)生為中心，教師作為指導(dǎo)者、引導(dǎo)者發(fā)揮作用，用具體的物質(zhì)和可觀察的事件為學(xué)生提供共同的經(jīng)驗(yàn)，并從探索活動(dòng)中提取出正式的概念性觀點(diǎn)，與學(xué)生一起討論這些觀點(diǎn)。

二、實(shí)施后的評(píng)價(jià)

本節(jié)課我采用了STEM課程的教學(xué)模式，在活動(dòng)中，我們達(dá)成了以下目標(biāo)：

S（科學(xué)）：每個(gè)團(tuán)隊(duì)制作展示了“新型垃圾桶”，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)，驗(yàn)證效果，能做到讓垃圾桶只有一個(gè)投放口，便可以實(shí)現(xiàn)垃圾分類，且對(duì)扔垃圾同學(xué)的素質(zhì)要求不高，不需要提前分類。培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度。

T（技術(shù)）：通過學(xué)生動(dòng)手操作，利用發(fā)放的瓦楞紙、膠帶、木棍等有限材料，通過技術(shù)手段制作垃圾桶，并修改完善，加強(qiáng)垃圾桶的穩(wěn)定性和牢固性。

E（工程）：學(xué)生通過完成活動(dòng)表，繪制設(shè)計(jì)圖紙，了解工業(yè)設(shè)計(jì)流程，培養(yǎng)解決問題的能力。

M（數(shù)學(xué)）：通過觀察、繪制、制作長(zhǎng)方體、正方體垃圾桶，培養(yǎng)學(xué)生的空間立體想象能力，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)計(jì)算立體圖形的表面積、體積，深化理解數(shù)學(xué)概念。

三、案例設(shè)計(jì)實(shí)施的創(chuàng)新點(diǎn)與效果

此次設(shè)計(jì)新型垃圾桶的活動(dòng)中，我原本的初衷是設(shè)計(jì)智能垃圾桶，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)開關(guān)蓋。然而因?yàn)檫@是學(xué)生第一次接觸到STEM課程，上來就要進(jìn)行信息化、自動(dòng)化的編程，時(shí)間緊、任務(wù)重，我和學(xué)生都遇到了困難。但就在活動(dòng)過程中，一個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)啟發(fā)了我，她在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注的是垃圾分類問題，設(shè)計(jì)了分層過濾裝置。我立即掉轉(zhuǎn)重心，在后面的活動(dòng)中，將活動(dòng)修改為設(shè)計(jì)新型可分類的垃圾桶。

設(shè)計(jì)新型垃圾桶僅僅是為了引起學(xué)生的興趣，是智能的還是可分類的并不是STEM課程所希望引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注的，而如何利用技術(shù)和工程方面的知識(shí)去設(shè)計(jì)、制作一個(gè)這樣的垃圾桶，通過“不斷測(cè)試—思考—改進(jìn)”的過程，最終有所收獲，這才是STEM課程所倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)。

總體而言，這次“利用設(shè)計(jì)分類垃圾桶的活動(dòng)，探究STEM課程”的嘗試，取得了巨大收獲。工程設(shè)計(jì)是教授“應(yīng)用數(shù)學(xué)”的一種非常有效的工具。學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中，若單獨(dú)完成任務(wù)，往往會(huì)受挫，因此在工程挑戰(zhàn)活動(dòng)中需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作，才能獲得成功，這樣就能幫助更多的學(xué)生對(duì)科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程產(chǎn)生興趣。小學(xué)生對(duì)于工程設(shè)計(jì)和科學(xué)問題會(huì)有天然的興趣，就讓我們?cè)囍压こ淘O(shè)計(jì)和科學(xué)問題帶入數(shù)學(xué)課堂，把課堂變得豐富起來吧！