面向全體學(xué)生的情境驅(qū)動式中長期STEM項目實踐研究

劉陽丹

摘要：作者基于常規(guī)課時，聚焦航空情境，挖掘了“制作肺活量計”的現(xiàn)有教學(xué)資源，并設(shè)計了8～10課時的STEM中長期項目課程。以期能夠讓學(xué)生理解與項目相關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識，體驗運用系統(tǒng)思維跨學(xué)科解決復(fù)雜情境問題的過程。

關(guān)鍵詞：STEM;課程設(shè)計;面向全體

中圖分類號：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?論文編號：1674-2117（2020）11-0000-03

STEM課堂的主體是學(xué)生，教師的主要任務(wù)是為學(xué)生提供理論及活動支撐、整合學(xué)科概念、激發(fā)學(xué)生發(fā)揮主觀能動性等。調(diào)查表明，師生對STEM教育的需求強烈，但在開展STEM課程時存在以下缺點：①授課時長非常規(guī)。無論是嘗試課、公開課，教師往往采用非常規(guī)教學(xué)課時，把常規(guī)課時延長至1～1.5小時，且難以常態(tài)化。②課程零碎化。以“壓縮式”的教學(xué)方式，教師試圖在一個課時讓學(xué)生綜合運用跨學(xué)科知識。教學(xué)時間大量地花費在教學(xué)流程上，具體的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)還沒來得及完全展開就匆匆收場。

在本項目中，筆者嘗試基于常規(guī)課時，以情境問題為任務(wù)驅(qū)動，設(shè)計了面向全體學(xué)生的中長期STEM項目“制作肺活量計”課程。

● 基于情境的中長期STEM項目

航空航天領(lǐng)域是我國科技領(lǐng)域發(fā)展最快、成果最為顯著的領(lǐng)域，也是少年兒童開展學(xué)科學(xué)、愛科學(xué)、用科學(xué)活動最為活躍的領(lǐng)域，開展校園航空航天教育有利于培養(yǎng)青少年的航空航天意識與科技創(chuàng)新能力。

“制作肺活量計”是蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級上冊第四單元《呼吸和血液循環(huán)》中《肺和呼吸》一課的動手操作內(nèi)容。筆者將“制作肺活量計”教學(xué)內(nèi)容結(jié)合STEM跨學(xué)科理念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，基于航空航天情境進(jìn)行創(chuàng)設(shè)問題，在復(fù)雜問題情境中引導(dǎo)學(xué)生綜合運用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等跨學(xué)科知識解決一系列核心問題，使其體驗問題解決、技術(shù)制作和工程設(shè)計的全過程。

學(xué)生在體驗該項目的過程中所運用的跨學(xué)科知識與“生物醫(yī)學(xué)工程師”這一角色契合度較高，因此，在課程實施的過程中，筆者一方面以此職業(yè)角色激發(fā)學(xué)生持續(xù)研究中長周期項目的熱情，另一方面，結(jié)合項目內(nèi)容，設(shè)計與該角色相關(guān)的拓展內(nèi)容，如挑戰(zhàn)設(shè)計滿足更多需求的肺活量計，設(shè)計一種裝置來替代重傷的手臂等項目，加強學(xué)生學(xué)習(xí)STEM后的遷移應(yīng)用能力，增強職業(yè)角色體驗。

● 教學(xué)資源有效整合，實現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)目標(biāo)一體化

為實現(xiàn)不同學(xué)科知識與方法在不同情境中的整合、運用和遷移，凸顯技術(shù)制作和工程設(shè)計學(xué)科體驗，在STEM項目教學(xué)中，教師應(yīng)有效整合現(xiàn)有教學(xué)資源，制訂清晰的長周期項目教學(xué)目標(biāo)。讓學(xué)生理解與項目相關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域知識，體驗運用系統(tǒng)思維跨學(xué)科解決復(fù)雜情境問題的過程。

本項目，筆者結(jié)合“制作肺活量計”教學(xué)資源，以信息技術(shù)為依托，鼓勵學(xué)生在課外訪問航空航天網(wǎng)站，了解更多感興趣的航天科學(xué)知識。拓展學(xué)生利用信息技術(shù)進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)的能力。在完成項目任務(wù)的過程中，實現(xiàn)相關(guān)學(xué)科知識一體化學(xué)習(xí)，跨越學(xué)科界限提高解決復(fù)雜問題的能力。

● 課程設(shè)計三點成面，落實面向全體的教學(xué)理念

1.組織形式多樣，整合小組交流

STEM教育不僅是多學(xué)科知識的整合，其項目開展的過程中還要突出不同觀點的整合，個體觀點充分交流，形成團(tuán)隊最佳觀點。因此，在教學(xué)組織上，筆者采用個體、小組、班級多種教學(xué)組織方式，將教學(xué)活動落實到每一個個體，激發(fā)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的動力。例如，制作肺活量計項目的方案設(shè)計，是先由每位學(xué)生獨立完成，然后在小組內(nèi)討論交流，進(jìn)行評估和分析，初步形成小組全體成員認(rèn)可的設(shè)計方案。然后，以小組為單位在全班進(jìn)行交流，教師引導(dǎo)學(xué)生從多方面評價作品設(shè)計的合理性，小組再次反思討論，形成迭代后再改進(jìn)方案。

2.課程評價多層，反饋課堂實效

在教學(xué)實踐中，作品迭代、小組討論等教學(xué)環(huán)節(jié)，可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)自評和同伴互評，體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和反思性。此外，教師可對學(xué)生的思維能力、跨學(xué)科應(yīng)用能力等進(jìn)行表現(xiàn)性評價;并對學(xué)生的肺活量計設(shè)計方案、產(chǎn)品等進(jìn)行展示性評價，且課程評價貫穿于課程始終。

使用的評價類型方面，筆者采用了形成性評價和總結(jié)性評價，如通過課堂觀察、作品展示、表達(dá)交流、紙筆評價、學(xué)生評價等方式實施形成性評價，對教學(xué)活動全過程進(jìn)行反饋、調(diào)控;并借助紙筆評價和學(xué)生量表自評作為總結(jié)性評價，由教師在課后進(jìn)行分析，以深化對項目課程的反思和改進(jìn)。

3.學(xué)習(xí)材料開放，突顯工程應(yīng)用

教師準(zhǔn)備的制作肺活量計資源包提供了部分制作材料，其中吹氣嘴、軟管、量杯、記號筆為基礎(chǔ)材料，其他所需的材料可由學(xué)生自行在生活中尋找。由學(xué)生自行選取部分日常生活中常見的開放性材料來解決問題情境，一方面讓STEM課程適合全體學(xué)生，讓每個學(xué)生都有強烈的參與感。另一方面，材料的開放性也從一定程度上反映出學(xué)生的跨學(xué)科應(yīng)用能力，如能否結(jié)合科學(xué)知識，選擇合適容量、合適材料的容器。學(xué)習(xí)材料易得，課程實施的可操作性強。

● 課程設(shè)計靈活可調(diào)，注重“迭代”工程思維實踐體驗

中長期STEM項目課程設(shè)計多以工程設(shè)計流程為指導(dǎo)，注重“迭代”工程思維的實踐體驗。通過“整合”個體和團(tuán)隊的觀點，對作品進(jìn)行“迭代”優(yōu)化，深入體驗工程迭代設(shè)計過程。如對肺活量計方案設(shè)計的迭代，對肺活量計制作材料的迭代，對肺活量計產(chǎn)品制作的迭代等。

本項目以常規(guī)課時為教學(xué)單位，設(shè)計8～10課時STEM中長期項目課程（如下表）。涵蓋“太空旅行情境”等八個學(xué)習(xí)主題，其中兩個課時為拓展課程，可根據(jù)具體學(xué)情進(jìn)行取舍。

● 課程實施建議

1.根據(jù)具體學(xué)情，調(diào)整課程實施

該中長期STEM項目強調(diào)學(xué)生的STEM體驗，適合在四～六年級開展。根據(jù)學(xué)生不同年齡特點、知識結(jié)構(gòu)特點，可在相應(yīng)學(xué)習(xí)主題有所側(cè)重。例如，四年級的學(xué)生動手能力較弱，教師可以重點指導(dǎo)“制作肺活量計”學(xué)習(xí)主題，解決核心問題需要涉及到較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)和數(shù)學(xué)思維，對于四年級的學(xué)生可以作為開放性、啟發(fā)性的學(xué)習(xí)主題加以指導(dǎo)，而對于五、六年級的學(xué)生則可以提出更高的學(xué)習(xí)要求。同時，課時的安排也可以根據(jù)學(xué)生具體的知識儲備，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.關(guān)注學(xué)習(xí)分享，促進(jìn)生生互動

在STEM項目學(xué)習(xí)中，教師是項目的支持者、組織者，而學(xué)生才是項目學(xué)習(xí)的參與者、推進(jìn)者。因此，需要特別關(guān)心學(xué)生在項目學(xué)習(xí)中的分享和交流，無論是課堂討論中的思維碰撞，還是“迭代”各相關(guān)作品過程中的個體和團(tuán)隊思想整合，以及專題 “分享與交流發(fā)布會”，分享觀點、評價觀點都是貫徹項目學(xué)習(xí)始終的互動方式。STEM項目中每個小組的想法、產(chǎn)品都具有獨特性，教師要讓學(xué)生通過個性化的表達(dá)和交流中，形成用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方法評價他人觀點、產(chǎn)品的思維能力。

3.鼓勵課后拓展，實現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移

STEM課程著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)探究能力，注重學(xué)習(xí)過程。在項目學(xué)習(xí)中，問題是STEM學(xué)習(xí)的起點，學(xué)生面臨的是復(fù)雜問題、真實問題，問題的解決方法具有多樣性，解決問題所需要的跨學(xué)科知識具有拓展性和延續(xù)性。因此，教師不但是學(xué)生在STEM項目學(xué)習(xí)中的組織者，更是學(xué)生在課后對相關(guān)衍生問題進(jìn)行進(jìn)一步研究的支持者，是學(xué)生在生活中借助STEM理念解決類似問題的鼓勵者。通過中長期STEM項目的深度體驗學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生實現(xiàn)STEM能力的遷移。

參考文獻(xiàn)：

鄒綺雯，梁斌.STEM跨學(xué)科視域下的項目設(shè)計分析[J].中國教育信息化，2019（14）：39-42.

本文為福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度常規(guī)課題“核心素養(yǎng)下培養(yǎng)小學(xué)生創(chuàng)新思維能力的實踐探索”的研究成果，課題號：FJJKXB18-583。