STEM理念下項目式學習的實踐探索

顧潔

STEM理念下的項目式學習，強調(diào)為學生提供真實生活中的情境，引導他們運用科學、技術(shù)、工程、數(shù)學等學科知識，通過層層遞進的科學探究和工程設(shè)計等活動，完成主題項目，解決生活中的實際問題，從而提高他們的思維能力和解決問題的能力。以《點亮紅綠燈》為例，教師從實際問題出發(fā)，以項目式學習為主線，以科學探究、工程設(shè)計與制作為基礎(chǔ)，不斷地用問題驅(qū)動課堂教學。

教學目標

本案例是圍繞教科版小學科學四年級《電》單元的教學目標進行的，指向物質(zhì)科學領(lǐng)域，涉及課程標準中的主要概念是：認識電是生活和工作中常用的能量來源;了解安全用電常識;知道常用電器的工作需要一個完整的回路;知道開關(guān)的功能，能用一些基本組件連接一個簡單電路;知道有的材料容易導電，有的材料不容易導電。由此確定本案例的分科教學目標：

科學：要讓燈泡亮，必須形成一個電流的回路。開關(guān)可以用來連接或斷開電路。

技術(shù)：設(shè)計簡單開關(guān)，使其可以控制一盞燈，以及紅綠燈、紅黃綠燈的亮和滅，利用電路圖解釋原理。

工程：通過小組合作制作簡單開關(guān)，并會對其進行改進，用開關(guān)控制一盞燈，以及紅綠燈、紅黃綠燈的亮和滅，能夠根據(jù)電路圖進行實物的連接。

數(shù)學：能借助圖形和線條準確表示電路實物圖中的各部分，及電路的連接。

本案例主要針對小學四年級學生，根據(jù)他們的知識儲備和探究能力，共安排了3個活動“點亮小燈泡”“導體和絕緣體”和“做個小開關(guān)”，在此基礎(chǔ)上進行紅綠燈的設(shè)計制作與測試優(yōu)化。本案例共用5課時，內(nèi)容包含：點亮小燈泡、導體和絕緣體、做個小開關(guān)、設(shè)計制作紅綠燈和測試優(yōu)化紅綠燈。

教學過程

1.問題與聚焦

隨著科技的發(fā)展，國內(nèi)汽車保有量已經(jīng)達到了驚人的地步，人們出行最頭疼的問題就是堵車。馬路上我們隨處可見的紅綠燈，是設(shè)置于交叉路口或一些特殊地點，指示車輛及行人停止、注意與行進的交通管制設(shè)施。如果沒有紅綠燈，交通的擁堵情況將無法想象，人們的出行安全也無法得到保障。那么，紅綠燈是如何做到光色訊號更換的呢？為了解決這一問題，我們開展《點亮紅綠燈》的項目式活動。

2.活動一：點亮小燈泡

四年級學生對于電路的相關(guān)知識還不是很清楚，因此，通過一系列活動幫助學生初步認識電的本質(zhì)，是他們學習制作紅綠燈的基礎(chǔ)。教師從家里或教室的電燈入手，引導學生發(fā)現(xiàn)問題：為什么閉合開關(guān)，電燈就會亮呢？教師先組織學生觀察、認識小燈泡的構(gòu)造，再引導他們嘗試自己點亮小燈泡，想辦法使小燈泡亮起來的同時，用手比畫說說電流是怎么流動的，并做好記錄，用箭頭畫出電流流動的方向。

點亮小燈泡的方法不止一種，教師鼓勵學生盡可能地多嘗試幾種連接方式，有利于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和發(fā)散思維。通過各小組的展示、匯報，引導學生一起分析能夠點亮小燈泡的共同之處：只有電流流過燈絲時，小燈泡才會發(fā)光。教師介紹并與學生一同總結(jié)：電流從電池的正極流出，經(jīng)過導線到達小燈泡的一個連接點，電流從這個連接點進入，經(jīng)過燈絲再從另一個連接點流出，經(jīng)過導線回到電池的負極，電流形成了回路，使小燈泡發(fā)光。

這個活動中，學生還會學習用簡單符號畫電路圖的方法（如圖1），能借助簡單電路圖準確表示電路實物圖中的各部分，及電路的連接方式，為后面的學習奠定基礎(chǔ)。

圖1? 電路實物圖和簡單電路圖

3.活動二：導體和絕緣體

這個活動中，學生在了解簡單電路的基礎(chǔ)上，學習如何連接電路檢測器，并能利用電路檢測器正確進行各種物質(zhì)導電性的檢測，認識到有的物質(zhì)易導電，這樣的物質(zhì)叫作導體，有的物質(zhì)不易導電，這樣的物質(zhì)叫作絕緣體。這樣可以使學生對身邊物質(zhì)性質(zhì)的認識得到進一步發(fā)展，同時加深他們對電的理解。

活動先以“點亮小燈泡PK賽”導入，既對活動一的內(nèi)容進行了回顧，又激發(fā)了學生的探究興趣。這時教師展示用3根導線連接的電路（如圖2），提出問題：如果把導線1和導線2斷開后小燈泡還亮嗎？你有沒有什么辦法，在斷開的地方放個材料讓電流繼續(xù)通過，使小燈泡亮起來？學生通過實驗發(fā)現(xiàn)，鐵片、銅絲接入電路都能使小燈泡亮起來，說明電流能夠通過鐵片、銅絲。教師向?qū)W生介紹，像這種能夠檢測是否有電流通過的裝置叫作電路檢測器。

活動時，教師應(yīng)給學生充足的時間進行探究，學生分小組根據(jù)要求制訂研究計劃，通過檢測12種常見物體是否導電，讓他們積累經(jīng)驗去認識生活中的導體和絕緣體（見表1）。教師并沒有提供全部的12種物體，而是留一些“空白”給學生，期望學生能留心身邊的物體，讓科學回歸于生活。學生通過親身經(jīng)歷、動手操作來實施檢測步驟，并利用表格記錄實驗數(shù)據(jù)，再整理、分析并總結(jié)導體和絕緣體的特點。這也體現(xiàn)了把課堂還給學生，通過探究式學習，發(fā)展他們的科學探究能力和思維能力。

表1? “導體和絕緣體”的檢測記錄表

第? ? ?小組

[物體名稱 預測 檢測1 檢測2 檢測表明 亮 不亮 亮 不亮 亮 不亮 容易導電 不容易導電 1 銅鑰匙 2 塑料棒 3 塑料尺 4 木片 5 鐵釘 6 鋁片 7 紙板 8 玻璃棒 9 回形針 10 橡皮 11 12 ]

最后以游戲——“玩一玩人體導電球”為拓展活動，全班同學手拉手，一起點亮導電球。教師提問：導電球亮了，說明我們?nèi)梭w是導體嗎？適時進行安全用電教育。

4.活動三：做個小開關(guān)

教師創(chuàng)設(shè)情境：這個電路中的小燈泡一直在亮著，很浪費電，你有什么方法可以控制小燈泡的亮和滅嗎？從而引出本活動的“主角”——小開關(guān)，引導學生仔細觀察小開關(guān)，并把發(fā)現(xiàn)用“簡圖+關(guān)鍵詞”的形式記錄下來。在認識了小開關(guān)的主要構(gòu)造及材料特點后，學生嘗試將小開關(guān)連接到電路中，探究它是怎樣控制電路的連接與斷開的。

如何利用身邊的材料設(shè)計并制作一個簡單的小開關(guān)呢？教師提供材料：帶有鱷魚夾的導線、木塊、金屬環(huán)（如圖3）;學生以小組合作的形式討論、設(shè)計、制作一個小開關(guān)，并能用它來控制電路。制作完成后，全班展示交流，教師追問：為什么開關(guān)閉合的時候小燈泡會亮，斷開的時候小燈泡會滅？

圖3? 做個小開關(guān)實驗材料

5.活動四：設(shè)計制作紅綠燈

教師提出問題：我們能不能用開關(guān)控制兩盞燈，生活中有沒有這樣的例子？之后介紹：其實我們常見的紅綠燈就是這樣的例子。

教師先通過設(shè)置連續(xù)的疑問，啟發(fā)學生思考：這個開關(guān)有什么樣的特點？要求開關(guān)連接到紅燈時，紅燈亮，綠燈不亮;連接到綠燈時，綠燈亮，紅燈不亮，這樣的開關(guān)應(yīng)該怎樣設(shè)計呢？活動三中，我們設(shè)計的控制一盞燈的開關(guān)上有兩個金屬環(huán)，現(xiàn)在加了一盞燈，兩個金屬環(huán)還夠不夠？我們應(yīng)該在原來的小開關(guān)上如何改進呢？學生在這樣頭腦風暴式的思考中，通過小組討論，逐步形成開關(guān)的設(shè)計思路。此時，教師引導學生將設(shè)計的紅綠燈的電路圖記錄下來（如圖4）。

圖4? 紅綠燈電路圖

接下來就是學生動手制作紅綠燈的時間了，按照設(shè)計好的電路圖，根據(jù)提供的材料進行連接（如圖5）。學生通過實踐發(fā)現(xiàn)，紅燈和綠燈都分別有兩根導線（一紅一藍），兩根紅色的導線可以連接在開關(guān)的兩個金屬環(huán)上，另外一個金屬環(huán)用導線連接到電池的正極。為了連接方便，我們可以用一根特殊導線，一頭是鱷魚夾直接夾住紅燈和綠燈的兩根藍色導線，一頭連接到電池的負極，這樣紅綠燈的電路就連接完成了（如圖6）。

圖5? 紅綠燈實驗材料

圖6? 紅綠燈電路實物連接圖

6.活動五：測試優(yōu)化紅綠燈

各小組對制作的紅綠燈電路進行測試，看電路是否符合要求，并介紹是怎樣控制紅綠燈的，若未達到預設(shè)要求，繼續(xù)對電路加以改進。

教師提出新問題：生活中我們看到的不僅僅只有紅燈和綠燈，還有黃燈，如何對紅綠燈的電路進行方案優(yōu)化，設(shè)計出一個開關(guān)，能控制紅、黃、綠三盞燈的亮和滅呢？學生以小組為單位，先進行電路圖的優(yōu)化，再根據(jù)提供的材料進行實物連接（如圖7、圖8），最后進行全班分享、交流，并對本項目學習案例進行總結(jié)：（1）小組在設(shè)計制作過程中遇到了哪些困難？是如何解決的？（2）本項目學習案例中，你們有哪些收獲和體會？（3）你對設(shè)計制作的紅黃綠燈作品還有什么改進與優(yōu)化的建議嗎？

圖7? 紅黃綠燈電路圖

圖8? 紅黃綠燈實物連接圖

7.學習評價

評價是促進學生成長、教師專業(yè)發(fā)展和提高課堂效率的重要手段之一，在項目式學習中是必不可少的一部分。本案例中，學習評價是貫穿于整個教學過程中的，學生根據(jù)學習過程和學習結(jié)果進行自我評價（見表2）。

教學反思

1.著眼真實性問題

STEM理念下的項目式學習是對真實世界中遇到的問題進行深入調(diào)查和學習，并通過合作找出答案，這也是STEM教育和傳統(tǒng)科學教育的不同之處。教師引導學生關(guān)注真實情境下的“紅綠燈”并提出明確目標，促使他們積極主動地參與項目式學習，通過解決若干個問題，最終呈現(xiàn)出完整的作品。學生在整個活動過程中，經(jīng)歷了“聚焦問題—調(diào)查分析—活動體驗—設(shè)計與制作—測試與優(yōu)化—展示與評價”等基本步驟，這使得學生的思維能力和解決實際問題的能力得到提高。

2.實現(xiàn)跨學科教學

STEM理念下的項目式學習是一門跨學科的整合性課程，也是一門內(nèi)容豐富的開放性課程，以提高每個學生的STEM素養(yǎng)為目標。項目式學習的特點與STEM教育理念是非常契合的，選擇合適的項目通常能將各學科要素有機融合在一起。在《點亮紅綠燈》中，學生需要靈活運用各學科知識，經(jīng)歷科學探究和工程設(shè)計的學習過程，完成主題項目，從而提高自身的科學素養(yǎng)。

3.設(shè)計遞進式活動

STEM理念下的項目式學習不是簡單的一節(jié)課，而是需要學生通過一段時間的調(diào)查、探究、實踐來解決真實問題的一種學習方式?！饵c亮紅綠燈》中，教師根據(jù)學生的知識儲備和探究能力水平，先布置了“點亮小燈泡”“導體和絕緣體”和“做個小開關(guān)”3個學習活動，讓學生在由淺入深、層層遞進的實踐中打下扎實的知識基礎(chǔ);再在此基礎(chǔ)上，引領(lǐng)學生進行紅綠燈的設(shè)計制作與測試優(yōu)化，讓他們在一步步探究、一次次測試中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，最終完善方案。

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