STEM教育理念下田園課程的探索與實(shí)施

吳凡

摘 要：STEM教育是集科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)于一體的教育方式，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)生活情境下，將各個(gè)學(xué)科的基本概念、學(xué)科之間的連接點(diǎn)有機(jī)融合?；趯W(xué)校實(shí)踐教育場(chǎng)域，在STEM教育理念下探索田園課程的實(shí)施路徑，旨在讓兒童親近自然，鼓勵(lì)其與生俱來(lái)的天性和好奇心，激發(fā)其求知欲和創(chuàng)造力，在感悟、探索自然現(xiàn)象的同時(shí)，解決生活實(shí)際問(wèn)題，促進(jìn)各學(xué)科知識(shí)的融會(huì)貫通。

關(guān)鍵詞：STEM教育;融合;田園課程;自然

STEM教育倡導(dǎo)將原本分散的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門(mén)學(xué)科通過(guò)融合，形成一個(gè)新的整體，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在基于真實(shí)情境的問(wèn)題解決過(guò)程中提升知識(shí)遷移、工程設(shè)計(jì)、交流合作和實(shí)踐創(chuàng)新等高階思維能力。

科學(xué)源自生活，生活與自然息息相關(guān)。面對(duì)學(xué)校自然實(shí)踐園近一千平米的巨大場(chǎng)域，如何讓其發(fā)揮有效的教育價(jià)值，值得深思。在此，我將借本人自主研發(fā)的課例《果蔬發(fā)電站》，闡釋STEM教育運(yùn)用于田園課程中的一點(diǎn)嘗試和思考。

一、巧設(shè)情境，激發(fā)探究

從生活中選擇課題更有利于學(xué)生對(duì)科學(xué)的探究學(xué)習(xí)，《果蔬發(fā)電站》的設(shè)計(jì)依托于蘇教版教材中科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《簡(jiǎn)單電路》一課?？紤]到教材內(nèi)容僅能保證學(xué)生對(duì)電學(xué)知識(shí)最基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足學(xué)生對(duì)電學(xué)世界更加深入的探索以及將所學(xué)知識(shí)在生活中遷移運(yùn)用的能力，我設(shè)置了基于“果蔬發(fā)電”的任務(wù)情境：

問(wèn)題1：暑假來(lái)了，你是怎樣抵御夏日的炎熱？（引出夏天用電緊張）

問(wèn)題2：電是我們生活中不可缺少的重要能源，有沒(méi)有什么綠色環(huán)保的發(fā)電方式來(lái)緩解用電的負(fù)荷？（學(xué)生提到水果電池）

問(wèn)題3：（引出問(wèn)題）學(xué)校實(shí)踐園中的水果和蔬菜可以發(fā)電嗎？

任務(wù)出示——用水果蔬菜制作電池

【教學(xué)效果】STEM教育通常會(huì)提出一個(gè)與生活相關(guān)的真實(shí)情境，將問(wèn)題鑲嵌于情境中。五年級(jí)學(xué)生對(duì)于實(shí)踐園中的水果和蔬菜再熟悉不過(guò)，對(duì)于電路的連接在課堂上也積累了一些經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)蔬果電池制作和原理的了解大多來(lái)源于課外書(shū)籍，并沒(méi)有親身實(shí)踐。當(dāng)面對(duì)這項(xiàng)富有挑戰(zhàn)和趣味性的任務(wù)時(shí)，學(xué)生表現(xiàn)出了很高的探究熱情。

二、討論設(shè)計(jì)，初具雛形

STEM學(xué)習(xí)以項(xiàng)目為基礎(chǔ)，針對(duì)學(xué)生在作品的設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，老師給予啟發(fā)和引導(dǎo)，學(xué)生進(jìn)行修改再設(shè)計(jì)，最終完善作品。工程設(shè)計(jì)是貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的主線和驅(qū)動(dòng)力。

問(wèn)題1：你覺(jué)得做一個(gè)最簡(jiǎn)單的果蔬電池，需要哪些材料？（教師歸納）

問(wèn)題2：用這些材料做出的果蔬電池是什么樣的？討論，并畫(huà)出設(shè)計(jì)圖。

制作：（展示，全班研討后）小組根據(jù)設(shè)計(jì)方案領(lǐng)取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料，并按照設(shè)計(jì)圖制作蔬果電池。

檢測(cè)：了解耳機(jī)的檢測(cè)方法，并用它檢測(cè)是否有電流產(chǎn)生。

反思：（對(duì)比成功小組的設(shè)計(jì)）為什么失?。坑懻摴唠姵氐幕窘Y(jié)構(gòu)。

達(dá)成共識(shí)：果蔬發(fā)電的關(guān)鍵——兩種不同的金屬。

改進(jìn)：不成功的小組修改方案，繪制新的設(shè)計(jì)圖，再次制作、檢測(cè)直至成功;成功的小組思考如何讓果蔬電池點(diǎn)亮LED。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生對(duì)于“果蔬電池的構(gòu)造”并非一無(wú)所知，建立在先前所學(xué)知識(shí)和原有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)老師所提供的支架，通過(guò)思考、討論和交流分享，形成最初的設(shè)計(jì)方案。此環(huán)節(jié)中，我讓學(xué)生自由表達(dá)，即使是錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)也無(wú)需干預(yù)。在后續(xù)檢測(cè)活動(dòng)中，學(xué)生會(huì)在試誤的過(guò)程中對(duì)比、反思、改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)，不斷接近真相，逐步形成關(guān)于果蔬電池結(jié)構(gòu)的共識(shí)。

三、探究原理，迭代升級(jí)

STEM教育中，工程和技術(shù)是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，改造世界、實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界的控制和利用，解決社會(huì)發(fā)展過(guò)程中遇到的問(wèn)題。而“科學(xué)”所扮演的角色，就是在認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程中解釋自然界的客觀規(guī)律。因此，科學(xué)與工程技術(shù)相輔相成，不可偏頗。因此，在任務(wù)進(jìn)展過(guò)程中融合科學(xué)概念的滲透，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)程能夠起到承上啟下的推動(dòng)作用，是很有必要的。

猜測(cè)：果蔬電池的原理。（小組討論，畫(huà)圖或文字解釋?zhuān)?/p>

交流：學(xué)生充分表達(dá)，形成觀點(diǎn)碰撞。

揭示：結(jié)合動(dòng)畫(huà)分析，理解果蔬電池發(fā)電原理（電勢(shì)差）。

任務(wù)：升級(jí)果蔬電池，能夠點(diǎn)亮LED燈，小組討論，并畫(huà)出設(shè)計(jì)圖。

交流：學(xué)生分組展示，介紹設(shè)計(jì)圖。

制作：小組根據(jù)設(shè)計(jì)方案領(lǐng)取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料，按設(shè)計(jì)圖連接蔬果電池。

檢測(cè)：檢測(cè)LED燈是否發(fā)光（滲透LED燈的單向?qū)щ娦裕?/p>

迭代改進(jìn)：觀察成功的設(shè)計(jì)，分析失敗原因，不斷完善，最終形成可行的方案并進(jìn)行交流與反思。

【教學(xué)體會(huì)】任何一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的研究工作都是“迭代”的過(guò)程。通過(guò)升級(jí)挑戰(zhàn)任務(wù)，學(xué)生經(jīng)歷完整的探究過(guò)程，對(duì)概念的理解也更加透徹。在概念建構(gòu)過(guò)程中，交流與反思是學(xué)生語(yǔ)言、文字表達(dá)能力以及元認(rèn)知得到提升的有效環(huán)節(jié)。給予學(xué)生足夠的開(kāi)放度，鼓勵(lì)學(xué)生之間、小組之間、班級(jí)之間展開(kāi)質(zhì)疑和辯論，形成思維碰撞的氛圍。

四、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，滲透融合

所有學(xué)科的問(wèn)題解決都離不開(kāi)“科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程”。STEM課程的集成性和融合性有利于打破各學(xué)科之間的壁壘，學(xué)生在經(jīng)歷設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試、迭代改進(jìn)的過(guò)程中并非被動(dòng)地接受知識(shí)，而是主動(dòng)且真切地體驗(yàn)到知識(shí)如何被應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題中。

問(wèn)題：發(fā)現(xiàn)各組的LED燈亮度不同，引導(dǎo)學(xué)生分析原因。

思考：果蔬電池的電流大小跟什么因素有關(guān)？

討論，提出猜想：果蔬酸度;果蔬與金屬接觸面大小;電解質(zhì)的流動(dòng)性;果蔬個(gè)數(shù)等。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：根據(jù)教師提供的輔助器材（pH試紙、榨汁機(jī)、金屬片等），選擇小組感興趣的研究方向，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

交流：展示實(shí)驗(yàn)方案（注意對(duì)比實(shí)驗(yàn)單一變量原則）。

介紹電流表：教師出示電流表，介紹其原理、使用方法和讀數(shù)。

實(shí)驗(yàn)：學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，教師用電流表實(shí)施測(cè)量。

分享：小組匯報(bào)其研究成果，師生共同總結(jié)發(fā)現(xiàn)。

【設(shè)計(jì)意圖】基于對(duì)果蔬發(fā)電的原理有所了解，我嘗試突破學(xué)生認(rèn)知的“舒適區(qū)”，走向更高階思維的培養(yǎng)。其中涉及新概念、新方法、新技能的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，我提供了相關(guān)的學(xué)習(xí)支架，并用儀器將結(jié)果量化。學(xué)科間的融合激發(fā)了學(xué)生探究的熱情，讓學(xué)生感悟到學(xué)科之間存在的緊密聯(lián)系。這種學(xué)習(xí)方式能夠有效地促進(jìn)默會(huì)知識(shí)在學(xué)生頭腦中的浸潤(rùn)，推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，對(duì)其終身發(fā)展具有重要作用。

五、回歸田園，提升視角

田園課程的內(nèi)容源于學(xué)生真實(shí)的生活場(chǎng)景，又回歸到比原來(lái)更豐富、更科學(xué)的生活中。這也是對(duì)“科學(xué)從生活中來(lái)，到生活中去”的有力回應(yīng)。學(xué)生在校園中不再是單純的受教育，更是在參與活動(dòng)和親身體驗(yàn)中感受一種生活。田園不僅是生發(fā)問(wèn)題的場(chǎng)域，更是研究和解決真實(shí)生活中問(wèn)題的載體，這樣創(chuàng)設(shè)的課程必然是蘊(yùn)含生命力、可持續(xù)發(fā)展的綠色課程。

交流：通過(guò)學(xué)習(xí)，你有什么收獲？

問(wèn)題：每年夏天，學(xué)校實(shí)踐園里都有很多落果，你可以怎樣利用這些廢棄的果實(shí)，讓它們更有價(jià)值？

生1：可以用果蔬發(fā)電，開(kāi)發(fā)綠色能源。

生2：可以制作更強(qiáng)大的果蔬電池驅(qū)動(dòng)電子鐘。

生3：我還在網(wǎng)上看過(guò)用果蔬電池給手機(jī)充電。

課外延伸：嘗試用果蔬電池驅(qū)動(dòng)其他設(shè)備工作。

【設(shè)計(jì)理念】“問(wèn)題源于田園，研究依托田園，視角高于田園”是我對(duì)田園課程的見(jiàn)解。學(xué)生不僅要基于田園開(kāi)展深入的實(shí)踐研究，更要讓田園成為社會(huì)的縮影，透過(guò)田園看世界。這樣的課程，相信不僅培養(yǎng)學(xué)生有農(nóng)夫的身手，更具科學(xué)家的頭腦，擁有改造社會(huì)和自然的信心和格局，這也是田園課程的核心目標(biāo)。

《果蔬發(fā)電站》課例是我開(kāi)發(fā)田園課程中的嘗試，以彌補(bǔ)國(guó)家課程在模塊設(shè)置、課時(shí)配比方面固式化的局限性。在不斷的實(shí)踐和探索中，我希望通過(guò)田園任務(wù)的驅(qū)動(dòng)，促進(jìn)各學(xué)科知識(shí)的融會(huì)貫通，建立一種融合STEM教育的田園課程，在交互碰撞、共同發(fā)展中實(shí)現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí)、理解性學(xué)習(xí)，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。