初中STEM課程的教學(xué)實(shí)施策略研究

洪敏儀

【摘要】以初中綜合實(shí)踐課為例，以廣州市某中學(xué)初一學(xué)生為研究對(duì)象，本文采用文獻(xiàn)分析法、行動(dòng)研究法等方法，以《設(shè)計(jì)水火箭》的教學(xué)流程設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，通過(guò)兩輪行動(dòng)研究實(shí)踐，提煉出初中STEM教學(xué)中的可行教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】STEM;教學(xué)策略;PBL;探究式學(xué)習(xí);小組合作學(xué)習(xí)

在科技高速發(fā)展的時(shí)代，國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)源于教育能否培養(yǎng)出適合社會(huì)發(fā)展的人才。無(wú)論是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，還是個(gè)人職業(yè)發(fā)展需求，都將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、協(xié)作交流、批判思考、解決真實(shí)問(wèn)題的能力以及社會(huì)責(zé)任等置于優(yōu)先地位。為此，STEM教育應(yīng)運(yùn)興起。

STEM教育是指在科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineer）和數(shù)學(xué)（Maths）領(lǐng)域的教和學(xué)，其教育過(guò)程是將原本分散的多學(xué)科內(nèi)容融合形成統(tǒng)一整體，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識(shí)的整合能力、基于真實(shí)世界問(wèn)題的解決能力、融入情境的探究與創(chuàng)新能力，養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)習(xí)慣。

然而，STEM課程教什么、怎么教，已經(jīng)成為教育界的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。本文以初中綜合實(shí)踐課為例，以廣州市某中學(xué)初一學(xué)生為研究對(duì)象，以《設(shè)計(jì)水火箭》的綜合實(shí)踐課教學(xué)設(shè)計(jì)為對(duì)象，通過(guò)兩輪行動(dòng)研究實(shí)踐，探討初中STEM教學(xué)中可行的教學(xué)策略。

一、STEM教學(xué)策略文獻(xiàn)分析

筆者在中國(guó)知網(wǎng)以“STEM”（或 “STEAM”）并含“教學(xué)策略”為關(guān)鍵字進(jìn)行檢索，截至2020年2月9日查找到相關(guān)文獻(xiàn)僅有28篇。其中，中文文獻(xiàn)15篇，英文文獻(xiàn)13篇，2012年至2015年中文文獻(xiàn)甚至為零，表明國(guó)內(nèi)在這方面的研究比較晚，基礎(chǔ)比較薄弱。具體數(shù)據(jù)情況如圖1所示。

通過(guò)對(duì)這些文獻(xiàn)的整理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前STEM教育的教學(xué)模式與方法主要有以下

幾種：

（1）5E教學(xué)模式：這是基于建構(gòu)主義的探究式教學(xué)模式。該模式由美國(guó)的

生物學(xué)課程研究會(huì)提出，包含參與（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、精致（Elaboration）和評(píng)價(jià)（Evaluate）五個(gè)環(huán)節(jié)。

（2）Berlin and White建構(gòu)Berlin-White Integrated Science and Mathematics （BWISM） Models。這個(gè)模型主要包含5個(gè)方面：①學(xué)習(xí);②認(rèn)知方式;③過(guò)程和思維能力;④概念性知識(shí);⑤態(tài)度和觀念。

（3）Davisonetal 總結(jié)了五種整合數(shù)學(xué)和科學(xué)的方法：①特定主題;②內(nèi)容;③流程;④方法;⑤主題。

本研究將這些理論融入到兩輪行動(dòng)研究中，支持學(xué)校順利開(kāi)展STEM課程，并且細(xì)化出適合校本的STEM教學(xué)策略。

二、行動(dòng)研究設(shè)計(jì)方案

在第一輪行動(dòng)研究的過(guò)程中，先擬定計(jì)劃，初步設(shè)計(jì)出STEM課程的教學(xué)策略，過(guò)程中針對(duì)學(xué)生的行為表現(xiàn)、教學(xué)效果和課堂觀察進(jìn)行分析，從而修改并完善新的教學(xué)策略;然后開(kāi)展第二輪行動(dòng)研究，繼續(xù)完善并總結(jié)出STEM教學(xué)的可行教學(xué)策略。

三、初中STEM課程的教學(xué)實(shí)施策略案例

（一）教學(xué)分析

1.內(nèi)容分析

本節(jié)課屬于校本STEM課程《設(shè)計(jì)航天器》的第四節(jié)內(nèi)容《制作水火箭》，經(jīng)過(guò)前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已初步了解STEM 課程的特點(diǎn)和評(píng)價(jià)方式，了解科學(xué)和技術(shù)結(jié)合的一些應(yīng)用，也學(xué)習(xí)了一些航天航空相關(guān)知識(shí)。本節(jié)課學(xué)生通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)火箭工作原理，并親自動(dòng)手制作水火箭并進(jìn)行測(cè)試。

2.現(xiàn)狀分析

一直以來(lái)，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)是按學(xué)科進(jìn)行劃分的，這種分科學(xué)習(xí)容易導(dǎo)致學(xué)生的知識(shí)割裂。在STEM課程的實(shí)施過(guò)程中，把多學(xué)科知識(shí)融于有趣、具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題中，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生享受成就感，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)分享、創(chuàng)造和體驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)科知識(shí)水平。

初一學(xué)生天性活潑，對(duì)事物充滿好奇心，對(duì)于實(shí)踐活動(dòng)都很感興趣，都想制作本小組個(gè)性化的水火箭，但由于平時(shí)缺少訓(xùn)練，他們的動(dòng)手能力比較欠缺，對(duì)于工具的使用，規(guī)范性和安全性不足，需教師在課堂上強(qiáng)調(diào)。學(xué)生對(duì)于小組合作還不是擅長(zhǎng)，教師可利用學(xué)案幫助學(xué)生整理學(xué)習(xí)任務(wù)和協(xié)助各小組成員分工合作。

（二）教學(xué)目標(biāo)

1.了解火箭的工作原理，了解牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律;

2.規(guī)范、安全地使用剪刀等工具，制作出水火箭，并能利用發(fā)射架對(duì)本小組的火箭進(jìn)行測(cè)試;

3.在小組合作探索制作過(guò)程中，提高溝通能力和相互協(xié)作能力。

（三）教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

1. 重點(diǎn)：制作水火箭并測(cè)試

2.難點(diǎn)：（1）火箭工作原理;

（2）牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律;

（3）制作水火箭并測(cè)試。

（四）教學(xué)方法

用PBL（基于項(xiàng)目的教學(xué)方法）引出本課的主題《制作水火箭》;提供微課和視頻（長(zhǎng)征火箭升空、水火箭的工作原理、水火箭制作的方法等）給學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，讓他們初步了解火箭的工作原理，并結(jié)合日常生活中的滑板、氣球例子學(xué)習(xí)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律;教師講解制作水火箭的工具和需要注意的事項(xiàng);學(xué)生結(jié)合課堂學(xué)案，分小組分角色合作制作水火箭;教師組織學(xué)生在戶外測(cè)試各小組的水火箭。教學(xué)過(guò)程采用PBL項(xiàng)目式教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的好奇心和主動(dòng)探究的積極性。

（五）教學(xué)準(zhǔn)備

多媒體電腦室、有水源的操場(chǎng)、課件、微課和視頻、小組學(xué)案、制作水火箭的材料等。

（六）教學(xué)過(guò)程

四、STEM教學(xué)策略

根據(jù)《設(shè)計(jì)水火箭》課例的兩輪行動(dòng)研究，我們歸納出學(xué)校開(kāi)展STEM課程的一般教學(xué)策略：

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)策略——PBL教學(xué)法，項(xiàng)目式引領(lǐng)

PBL是一種基于建構(gòu)主義的教學(xué)策略，教師設(shè)計(jì)基于項(xiàng)目（問(wèn)題）的、有意

義的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并提供豐富的教學(xué)素材、教學(xué)資源作為“腳手架”，而學(xué)生通過(guò)真實(shí)的學(xué)習(xí)項(xiàng)目并為這些項(xiàng)目提供適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，在此過(guò)程中，提高問(wèn)題解決的能力。

PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，要求學(xué)生從被動(dòng)的知識(shí)接受者，變?yōu)橹鲃?dòng)的自主學(xué)習(xí)者。因此教師在設(shè)計(jì)PBL項(xiàng)目的時(shí)候，要充分考慮項(xiàng)目的趣味性和可操作性，并引導(dǎo)學(xué)生積極探究。學(xué)生在利用信息技術(shù)手段采集、存儲(chǔ)、加工項(xiàng)目所需要的知識(shí)與信息的過(guò)程中，可提高信息檢索、邏輯思維和批判性思維等能力。

PBL項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)與STEM課程的理念一致，在STEM課程當(dāng)中采用PBL項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)能促使學(xué)生積極協(xié)作、自主探究、深度思考，并實(shí)現(xiàn)多學(xué)科核心素養(yǎng)的提高。PBL也能促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神，在解決真實(shí)問(wèn)題的過(guò)程中將多學(xué)科知識(shí)的進(jìn)行融會(huì)貫通，激發(fā)新靈感。

（二）教學(xué)組織形式策略——小組合作學(xué)習(xí)，學(xué)生各盡其能

小組合作學(xué)習(xí)采用先分后合的（下轉(zhuǎn)第10版）? ? ? ? ? ? ? ? （上接第9版）切塊拼接法（Tigsaw）：首先將學(xué)生分到不同的小組中，并且將所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容也分成幾部分，小組中每人負(fù)責(zé)一個(gè)部分;然后，各個(gè)小組中學(xué)習(xí)相同內(nèi)容的學(xué)生組成“專家組”（expert group），在一起共同討論他們所要學(xué)習(xí)的對(duì)應(yīng)內(nèi)容，直至掌握;接著這些學(xué)生分別返回各自的小組，向其他的同組同學(xué)教授所負(fù)責(zé)的內(nèi)容;最后，小組各成員合作完成作品。

在教學(xué)過(guò)程中，教師先讓各小組按學(xué)案提供的角色進(jìn)行分工，分別有“火箭外形設(shè)計(jì)師”“動(dòng)力工程師”“機(jī)械工程師”“宣傳發(fā)言人”等角色，然后各角色通過(guò)集中學(xué)習(xí)和討論研究，熟練掌握本部分的重點(diǎn)，成為相應(yīng)的“專家”;然后回到自己小組，再在組內(nèi)和其他領(lǐng)域的小組成員交流溝通，設(shè)計(jì)出本小組的火箭，再由“宣傳發(fā)言人”負(fù)責(zé)小組項(xiàng)目的整體匯報(bào)。由于每個(gè)成員都是某部分的“專家”， 他所掌握的這部分知識(shí)比同組成員更專業(yè)，從而在交流過(guò)程中能更流暢地表達(dá)，也更易樹(shù)立自信。

STEM課程強(qiáng)調(diào)超越學(xué)科的鴻溝，培養(yǎng)有協(xié)作交流能力和社會(huì)責(zé)任的學(xué)生。在STEM教學(xué)策略中采用小組合作的學(xué)習(xí)方式，能使學(xué)生更多的與同伴交流學(xué)習(xí)，他們能感受到項(xiàng)目的最終成功是有賴于全組所有成員的努力，大家互相尊重、目標(biāo)一致、合作共享，才能設(shè)計(jì)出最佳的作品。這些課堂活動(dòng)受到學(xué)生的歡迎，提高學(xué)校課堂教學(xué)對(duì)學(xué)生的吸引力，也提高學(xué)生的幸福感。

（三）學(xué)習(xí)方式策略——探究式學(xué)習(xí)，深度體驗(yàn)建構(gòu)

探究式學(xué)習(xí)（Inquiry-Based Learning）是一種以學(xué)生為中心的建構(gòu)主義教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生在開(kāi)放問(wèn)題情境中積極主動(dòng)探索，實(shí)現(xiàn)自我導(dǎo)向，構(gòu)建知識(shí)。

學(xué)生在STEM課程中采用探究式學(xué)習(xí)方式后，對(duì)學(xué)習(xí)的興趣更加濃厚。學(xué)生先根據(jù)興趣選擇教師提供的資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后與相同任務(wù)的其他組成員展開(kāi)討論和交流，在一輪頭腦風(fēng)暴后，大家都自己負(fù)責(zé)的領(lǐng)域都有了較深的認(rèn)識(shí)。學(xué)生對(duì)知識(shí)的需求和好奇心已經(jīng)拓展到老師提供資源之外，這時(shí)老師可以借助家長(zhǎng)、教師、專家的力量，再次增加學(xué)生學(xué)習(xí)的深度和難度。

在《設(shè)計(jì)水火箭》的這個(gè)課例中，學(xué)生圍繞水火箭為中心開(kāi)展探究式學(xué)習(xí)，在課后他們已經(jīng)對(duì)無(wú)人機(jī)、飛機(jī)等航空器產(chǎn)生極大的興趣，紛紛要求學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)，這體現(xiàn)了學(xué)生的自我導(dǎo)向，讓學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)任務(wù)負(fù)責(zé)，在深度學(xué)習(xí)中體驗(yàn)多學(xué)科的知識(shí)整合。

經(jīng)過(guò)兩年STEM教學(xué)實(shí)踐研究，在課堂采用了PBL項(xiàng)目式教學(xué)、學(xué)生小組合作學(xué)習(xí)和探究式學(xué)習(xí)等教學(xué)策略后，取得預(yù)期效果：一是開(kāi)放的STEM教學(xué)空間，使學(xué)習(xí)場(chǎng)所拓寬到操場(chǎng)等戶外空間，令學(xué)生感到新意;二是教學(xué)內(nèi)容新穎，能激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果好;三是教學(xué)設(shè)計(jì)以學(xué)生為主體，搭建更多給學(xué)生展示的平臺(tái)，提高學(xué)生的表達(dá)能力;四是課程增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，使課堂教學(xué)做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)、做、研一體;五是增強(qiáng)師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，提高學(xué)生人際交往能力，完善公民素養(yǎng)。STEM課程能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)方式變革，引發(fā)多樣化的教學(xué)形式，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

[本文系廣州市教育研究院課題“學(xué)校STEM課程的教學(xué)實(shí)施策略研究”（課題編號(hào)：GZJY2017—044）研究成果]

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