小學(xué)STEM課程的設(shè)計(jì)與案例開發(fā)研究

胡爽

摘 要：本文闡述了小學(xué)STEM課程的設(shè)計(jì)與案例開發(fā)研究，重點(diǎn)論述了小學(xué)STEM課程的開發(fā)與建設(shè)的原則、課程目標(biāo)的確立、課程內(nèi)容的選擇。通過基于工程設(shè)計(jì)開發(fā)STEM課程，以《變色陀螺》為例闡述案例的開發(fā)流程，并注重教學(xué)評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：STEM課程 ;課程設(shè)計(jì);案例開發(fā)

課程是落實(shí)教育政策，實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)的關(guān)鍵。STEM 課程強(qiáng)調(diào)對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科進(jìn)行跨學(xué)科的整合，應(yīng)根據(jù)四門學(xué)科領(lǐng)域之間的聯(lián)系，有目的、有方法的進(jìn)行學(xué)科的融合，而不是簡(jiǎn)單的將四門學(xué)科集合在一起。小學(xué) STEM課程的設(shè)計(jì)是落實(shí)小學(xué) STEM 教育的關(guān)鍵一步。

一、STEM 課程設(shè)計(jì)理念和原則

（一） 設(shè)計(jì)理念

1.跨學(xué)科融合的設(shè)計(jì)理念。在設(shè)計(jì)STEM 課程時(shí)應(yīng)秉持跨學(xué)科融合課程的設(shè)計(jì)理念，將各學(xué)科知識(shí)整合，將學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際生活融合。

2.學(xué)生合作為主，老師指導(dǎo)為輔的設(shè)計(jì)理念。STEM 課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與，通過參與課程中真實(shí)問題的結(jié)果過程，學(xué)習(xí)知識(shí)、提高技能，真正幫助學(xué)生理解并學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題。因此課程設(shè)計(jì)應(yīng)以學(xué)生參與為主，教師只是參與協(xié)助學(xué)生學(xué)習(xí)。

（二）設(shè)計(jì)原則

1.課程設(shè)計(jì)的活動(dòng)應(yīng)面向全體學(xué)生。小學(xué) STEM 課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與，因此設(shè)計(jì)的活動(dòng)也應(yīng)面向全體學(xué)生，讓學(xué)生一起合作學(xué)習(xí)。

2.課程設(shè)計(jì)應(yīng)符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，對(duì)于小學(xué)不同年級(jí)的學(xué)生設(shè)計(jì)的課程，課程的難易度應(yīng)不同。

3.課程的設(shè)置應(yīng)符合跨學(xué)科的綜合特點(diǎn)。STEM 課程是一門綜合性的課程，因此課程的設(shè)計(jì)應(yīng)具備綜合性，以一個(gè)綜合性的主題為中心設(shè)計(jì)各個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，這樣才有利于學(xué)生對(duì)于跨學(xué)科概念的理解和構(gòu)建。

二、確立STEM課程的目標(biāo)

我國(guó)目前沒有明確給出STEM課程的目標(biāo)，甚至國(guó)外也還沒有設(shè)立明確的目標(biāo)，但是我國(guó)小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確的給出了科學(xué)課程的課程目標(biāo)。課程標(biāo)準(zhǔn)中涉及到了科學(xué)、技術(shù)目標(biāo)，對(duì)于數(shù)學(xué)和工程目標(biāo)需要根據(jù)課程去整合。制定符合我國(guó)小學(xué)的STEM課程的三維課程目標(biāo)。主要在以下幾個(gè)方面：（1）意識(shí)到科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)在現(xiàn)代社會(huì)的重要作用;（2）熟悉這些領(lǐng)域的基本概念;（3）能夠基本運(yùn)用，例如能夠批判性評(píng)論新聞報(bào)告中的科學(xué)和工程內(nèi)容，能進(jìn)行基本故障排除，具備與生活相關(guān)的數(shù)學(xué)操作技能等。

三、選擇課程內(nèi)容

1.基于真實(shí)情景的課程內(nèi)容

與傳統(tǒng)科學(xué)課程內(nèi)容不同，STEM課程強(qiáng)調(diào)為學(xué)生提供學(xué)習(xí)的情境，因此在課程內(nèi)容中，如何創(chuàng)造吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)情境成為STEM課程內(nèi)容的重要部分。而且應(yīng)基于小學(xué)生的認(rèn)知水平，主題可能不需要涉及到高層次的思維，但是也需要對(duì)于學(xué)生的思維發(fā)展有一定的幫助。

2.具有綜合性、社會(huì)性和非結(jié)構(gòu)性特征的課程內(nèi)容

綜合性體現(xiàn)在課程內(nèi)容并不局限在一門學(xué)科內(nèi)容，而是以一個(gè)綜合的主題為中心，包含科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程等內(nèi)容。課程內(nèi)容的社會(huì)性體現(xiàn)在STEM項(xiàng)目課程內(nèi)容反映人們現(xiàn)實(shí)生活中遇到的問題或挑戰(zhàn)，以社會(huì)問題為中心，科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)圍繞解決社會(huì)問題而展開。STEM課程非結(jié)構(gòu)性的特征指的是：構(gòu)成STEM課程的單元之間并不存在因果聯(lián)系或者一定的邏輯關(guān)系，因此，這些主題或問題單元在教學(xué)時(shí)空上并不具有承接關(guān)系。

四、基于工程設(shè)計(jì)的STEM課程設(shè)計(jì)與案例開發(fā)

STEM教育實(shí)踐項(xiàng)目中所用的教學(xué)手段多為：基于工程設(shè)計(jì)過程、基于問題解決，基于項(xiàng)目解決或基于探究的學(xué)習(xí)手段。其中基于工程設(shè)計(jì)過程的方式的設(shè)計(jì)課程最普遍。

本文通過基于工程設(shè)計(jì)開發(fā)STEM課程，目的在于讓學(xué)生體會(huì)到作為工程師是如何進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的，面對(duì)工程方面的難題，工程師是如何去一步步解決的。

（一）基于工程設(shè)計(jì)的 STEM 課程的步驟

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出問題：創(chuàng)設(shè)真實(shí)的生活情境，聚焦科學(xué)問題或工程問題，確定用戶的實(shí)際需求，從而提出項(xiàng)目主題，明確研究任務(wù)。

2.實(shí)踐探究：通過科學(xué)探究與科學(xué)實(shí)踐，理解相關(guān)概念，為解決問題做相應(yīng)的準(zhǔn)備。

3.產(chǎn)品設(shè)計(jì)：探討問題解決過程中的多方面因素，形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖。

4.產(chǎn)品制作：根據(jù)設(shè)計(jì)圖，選擇材料進(jìn)行產(chǎn)品制作。

5. 產(chǎn)品測(cè)試，收集信息，分析性能，優(yōu)化改進(jìn)。

6.樂于分享，敢于交了沒，善于評(píng)價(jià)，勤于反思。

（二）小學(xué) STEM 課程開發(fā)案例

筆者根據(jù)課程設(shè)計(jì)的步驟，開發(fā)了小學(xué) STEM 課程案例——《變色陀螺》。

創(chuàng)設(shè)情境，聚焦問題

教師出示各種各樣的陀螺（圖片），引發(fā)學(xué)生的注意力。為什么陀螺會(huì)變色？讓我們一探究竟，并且嘗試著自己做一個(gè)神奇的變色陀螺吧！

探究實(shí)踐

1.光的色散現(xiàn)象

（1）我們?cè)谏钪谐３?huì)見到神奇的光現(xiàn)象，比如彩虹的形成？活動(dòng)一：用手電筒照在三棱鏡上，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，觀察白紙上的現(xiàn)象。

（2）得出結(jié)論：通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)白光可以分解為七種顏色。

2.光的合成現(xiàn)象

（1）單色光混合到一起會(huì)變成白光么？活動(dòng)：用不同顏色的光相互疊加。

（2）得出結(jié)論：紅、綠、藍(lán)三種顏色疊加，就會(huì)合成白色。

3.視覺暫留

（1）活動(dòng)：盯著圖片30秒，盡量不要眨眼睛，然后閉上眼睛仰頭朝上，然后睜開眼睛看向天花板，你能看到什么？

（2）資料鏈接：“視覺暫留”。

4.陀螺變色的原理揭秘

光的疊加和視覺暫留導(dǎo)致七色盤看起來是灰色或白色。

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作

1.制作要求

（1）做一個(gè)會(huì)變色的陀螺（彩色變白色）? （2）要轉(zhuǎn)得穩(wěn)? （3）時(shí)間持久

怎樣搭配色彩才能出現(xiàn)變成白色的效果？用到的材料有哪些？怎樣才能轉(zhuǎn)得又穩(wěn)又久？制作過程中哪些參數(shù)是需要注意的？

2.設(shè)計(jì)好方案，畫出設(shè)計(jì)圖

3.進(jìn)行制作

（1）分發(fā)各組所選材料

（2）提醒安全事項(xiàng)：在制作過程中，要用到剪刀，小心使用，以免戳傷。

（3）學(xué)生進(jìn)行制作，教師課堂巡視。

（四）測(cè)試優(yōu)化

試一試效果，改一改。

（五）交流評(píng)價(jià)

1.各組介紹產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制作方案，展示成果。

2.比一比，哪一組的陀螺轉(zhuǎn)得最穩(wěn)、持續(xù)最久、色彩最有特色。

五、STEM教學(xué)的評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)的目的在于了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，鑒定學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量水平。同時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題可以幫助課程實(shí)施者進(jìn)一步去完善課程，進(jìn)而保證課程實(shí)施的質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。

評(píng)價(jià)的原則要依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，做到主題多元和方式多樣。應(yīng)包含教師測(cè)評(píng)和學(xué)生的自我測(cè)評(píng)、相互測(cè)評(píng)，以及家長(zhǎng)或課程專家對(duì)學(xué)生的測(cè)評(píng)等。測(cè)評(píng)也應(yīng)包括過程性測(cè)評(píng)和終結(jié)性測(cè)評(píng)。不僅要有紙筆形式的測(cè)評(píng)，還要以活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目報(bào)告等多種形式進(jìn)行的測(cè)評(píng)。各種形式的測(cè)評(píng)相互補(bǔ)充，才能更全面的評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

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