范例教學(xué)在STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

桑玉平

摘要范例式教學(xué)是通過精心設(shè)計(jì)示范性活動案例使思維具有可見性，幫助學(xué)生搭建自主學(xué)習(xí)的支架，使他們在經(jīng)歷“模仿—理解—應(yīng)用”的過程中促進(jìn)知識的遷移與應(yīng)用，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在STEM項(xiàng)目《產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)》實(shí)施過程中，總結(jié)歸納了幾種常見的范例教學(xué)應(yīng)用模式作為破解STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中環(huán)境設(shè)計(jì)難點(diǎn)的實(shí)施路徑。

關(guān)鍵詞 《產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)》 范例教學(xué) STEM項(xiàng)目

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.041

Application of Case Teaching in STEM Project Learning

——Take "product concept design" project as an example

SANG Yuping

（The Experimental School of Jiangsu Xishan Senior High School， Wuxi， Jiangsu 214177）

Abstract： Example teaching is to make thinking visible by elaborately designing demonstrative activity cases， help students build a scaffold for autonomous learning， promote the transfer and application of knowledge in the process of "imitation understanding application"， and improve students’ autonomous learning ability. In the imple？ mentation process of SETM project "product conceptual design"， several common example teaching application modes are summarized as the implementation path to solve the difficulties of environmental design in stem proj？ ect learning.

Keywords： "product conceptual design"； example teaching； STEM project

范例教學(xué)是德國的M·瓦根舍因和克拉夫基等人提出的教學(xué)理論，是指教師在教學(xué)中選取蘊(yùn)含著本質(zhì)因素、根本因素、基礎(chǔ)因素的典型事例和范例，使學(xué)生通過這種范例，掌握科學(xué)知識和科學(xué)方法，并把科學(xué)的系統(tǒng)性與學(xué)習(xí)者的主動性統(tǒng)一起來，使學(xué)生從個別到一般，掌握帶規(guī)律性的知識，并發(fā)展其能力的一種教學(xué)模式。簡單地說，范例式教學(xué)就是通過精心設(shè)計(jì)示范性活動案例使思維具有可見性，幫助學(xué)生搭建自主學(xué)習(xí)的支架，使他們在經(jīng)歷“模仿—理解—應(yīng)用”的過程中促進(jìn)知識的遷移與應(yīng)用，提升他們的自主學(xué)習(xí)能力。

筆者在STEM項(xiàng)目《產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)》實(shí)施過程中，總結(jié)歸納了幾種常見的范例教學(xué)應(yīng)用模式作為破解STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中環(huán)境設(shè)計(jì)難點(diǎn)的實(shí)施路徑。

STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的主要問題

STEM教育通常是基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，其主要教育理念是承認(rèn)學(xué)習(xí)和事業(yè)成功的相互依存，具體來說就是將工程設(shè)計(jì)思想融入課堂教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)為學(xué)生提供融入真實(shí)情景的體驗(yàn)，幫助他們運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)各個領(lǐng)域的知識來解決真實(shí)世界中有意義的問題，從而發(fā)展學(xué)生橫跨學(xué)科領(lǐng)域的專長。

STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一個復(fù)雜而又富有挑戰(zhàn)性的自主學(xué)習(xí)過程，在實(shí)施過程中面臨的實(shí)際問題主要有：

（1）重新構(gòu)建知識系統(tǒng)的復(fù)雜性：學(xué)生需要在理解科技、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)各領(lǐng)域的學(xué)科知識的基礎(chǔ)上，根據(jù)真實(shí)的項(xiàng)目情境，運(yùn)用工程設(shè)計(jì)思想將橫跨學(xué)科領(lǐng)域的知識進(jìn)行整合，構(gòu)建新的知識體系后解決現(xiàn)實(shí)問題。

（2）關(guān)鍵知識和必要技能的匱乏：STEM教育指向的是未來的生存教育，為未來的事業(yè)成功打下基礎(chǔ)的教育。面對真實(shí)的任務(wù)情境，所需要的關(guān)鍵知識和必要技能往往是學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)中被疏忽的或者是不被關(guān)注的，需要學(xué)生重新學(xué)習(xí)，并舉一反三、觸類旁通地應(yīng)用于新的真實(shí)問題情境中。

（3）有限的課堂學(xué)習(xí)時間：學(xué)校的STEM教育的課時有限，一般最多一周2課時，學(xué)生既要學(xué)習(xí)大量的知識與技能，還要運(yùn)用知識來解決問題，顯然無法達(dá)成活動目標(biāo)。

（4）學(xué)生缺乏現(xiàn)實(shí)生活相關(guān)真實(shí)任務(wù)場景和過程的經(jīng)歷或體驗(yàn)：STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)主要目的包括幫助學(xué)生未來能盡快地適應(yīng)社會，經(jīng)驗(yàn)的缺乏往往是造成STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)障礙的主因，而缺乏理解的教學(xué)是無法促進(jìn)學(xué)生自主發(fā)展的。

顯然，STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中遇到的這些實(shí)際問題有賴于對學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)，即遵循四個基本原則：讓內(nèi)容容易習(xí)得——啟發(fā)學(xué)生的思維，為學(xué)生探究搭建腳手架；讓思維具有可見性；幫助學(xué)生向他人學(xué)習(xí)；促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)。

靜態(tài)展示性范例——提供參考借鑒，啟發(fā)學(xué)生思維

此類范例的作用主要起到示范性作用，一般選擇具有代表性的典范樣例，可以為學(xué)生提供參考標(biāo)準(zhǔn)，幫助他們反復(fù)揣摩，在仔細(xì)比對與分析歸納的過程中促進(jìn)對知識的逐層深入理解乃至應(yīng)用于新的問題情境中。

案例1：為即將開發(fā)的產(chǎn)品建立《產(chǎn)品規(guī)格》，如多功能運(yùn)動水袋

任務(wù)內(nèi)容：請根據(jù)顧客需求明確你們期望待開發(fā)產(chǎn)品能達(dá)到的性能要求，制定出具體的、可行的目標(biāo)規(guī)格，作為你們即將努力的目標(biāo)。

要求：根據(jù)確定的顧客需求制定相應(yīng)的度量指標(biāo)，并注明該指標(biāo)的重要程度；產(chǎn)品規(guī)格應(yīng)包括理想值和臨界值，其表達(dá)格式必須有具體的數(shù)值范圍以及相對應(yīng)的度量單位。

案例分析：“產(chǎn)品規(guī)格是指產(chǎn)品功能的詳細(xì)信息，代表了開發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該努力達(dá)成的共識。產(chǎn)品規(guī)格由度量指標(biāo)和數(shù)值構(gòu)成。數(shù)值有多種表現(xiàn)形式，包括特定數(shù)字、范圍或不等式，且數(shù)值后面一般都會帶有單位。”學(xué)生面對這些具有較強(qiáng)專業(yè)性的術(shù)語明確表示感到“云里霧里”“不知所云”。而讓學(xué)生產(chǎn)生理解障礙的主要是產(chǎn)品規(guī)格與度量指標(biāo)的含義；更讓他們感到棘手的是如何用合適的度量指標(biāo)表達(dá)產(chǎn)品規(guī)格；另外對數(shù)值的表達(dá)形式缺乏直觀清晰的認(rèn)識。

鑒于學(xué)生的反應(yīng)，提供范例幫助學(xué)生理解產(chǎn)品規(guī)格的含義及其建立方法（見右表）。

學(xué)生通過對表格的自主分析與歸納，以及教師的答疑解讀，在理解產(chǎn)品規(guī)格的相關(guān)術(shù)語的基礎(chǔ)上構(gòu)建它們之間的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系（如圖1）。

建立產(chǎn)品目標(biāo)規(guī)格的現(xiàn)實(shí)意義是明確產(chǎn)品開發(fā)的目標(biāo)，是產(chǎn)品開發(fā)時的約束條件。下面是學(xué)生在建立多功能運(yùn)動水袋的目標(biāo)規(guī)格后，為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)規(guī)格而設(shè)計(jì)產(chǎn)品概念圖以及據(jù)此制作的實(shí)物模型（如圖2）。

本設(shè)計(jì)中，水袋用綁帶扣接在手腕上，抬手即能將吸嘴用牙齒咬合裂開，水從導(dǎo)管中流進(jìn)嘴巴，整個過程只需抬手、咬合、松口，3個步驟不超過3秒鐘即能實(shí)現(xiàn)在運(yùn)動中免開蓋快速喝水的需求。具有擦汗功能的超細(xì)纖維毛巾采用魔術(shù)貼的方式直接貼合在水袋的外表面，只需撕下臟的、貼上干凈的2個步驟，10秒內(nèi)即能實(shí)現(xiàn)擦汗巾清潔更換需求。保證運(yùn)動中有充分水喝的容量250毫升是通過實(shí)驗(yàn)測試和調(diào)查訪問得出，并推算出水袋的尺寸，再通過實(shí)驗(yàn)測試觀察是否影響人體運(yùn)動而得出。

通過對《多功能運(yùn)動水袋》范例的解析學(xué)習(xí)，一方面促使學(xué)生領(lǐng)悟產(chǎn)品規(guī)格就是產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)期望實(shí)現(xiàn)顧客需求的具體量化目標(biāo)，掌握產(chǎn)品規(guī)格的一般表達(dá)方式。另一方面幫助學(xué)生模仿范例建立自己團(tuán)隊(duì)開發(fā)產(chǎn)品的目標(biāo)規(guī)格，也讓學(xué)生在模仿建立自己開發(fā)產(chǎn)品的規(guī)格時逐漸理解度量指標(biāo)、理想值、臨界值、單位在真實(shí)情境中的現(xiàn)實(shí)意義，領(lǐng)悟到科學(xué)源于生活，并服務(wù)于生活。

靜態(tài)展示性范例一般選擇具有典范性的具有標(biāo)桿作用的樣例，方便學(xué)生隨時參閱，并經(jīng)得起揣摩。此類范例適應(yīng)于方案策劃、表格繪制、文案規(guī)劃、圖樣表達(dá)等生成文稿類學(xué)習(xí)成果。如繪制思維導(dǎo)圖、產(chǎn)品概念圖、造型圖等，通過具有典范性的樣例展示即可啟發(fā)學(xué)生觸類旁通、舉一反三，達(dá)到事半功倍的效果。

動態(tài)觀摩類范例——診斷癥結(jié)，及時反饋，突破難點(diǎn)

活動性是STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的基本特點(diǎn)，包括語言表達(dá)的討論、演講、溝通，肢體行為的操作、表演、觀察等多種形式。這些活動通常具有動態(tài)生成性和即時性，通常要求學(xué)生掌握一定的技能技巧。通過范例觀摩后再進(jìn)行自我演練可以幫助學(xué)生快速掌握技巧，促使他們學(xué)以致用。

案例2：用戶訪談——收集顧客需求的原始數(shù)據(jù)

任務(wù)內(nèi)容：采用用戶訪談法對顧客需求進(jìn)行市場調(diào)查。在團(tuán)隊(duì)內(nèi)進(jìn)行角色分工，一部分同學(xué)扮演顧客（用戶），其余同學(xué)扮演產(chǎn)品概念開發(fā)團(tuán)隊(duì)成員，采用訪談法為一個待開發(fā)的產(chǎn)品（機(jī)會）收集原始數(shù)據(jù)，并歸檔整理后轉(zhuǎn)化為顧客需求。

要求：各個小組輪流展示“用戶訪談”過程，其余各小組同學(xué)觀摩后進(jìn)行交流評價，要求能說出用戶訪談中亮點(diǎn)與存在的問題，并能給出中肯的意見與建議。

案例分析：確定顧客需求是產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，而能否收集到真實(shí)、全面的顧客需求則依賴于訪談?wù)吒叱行У脑L談技巧。訪談技巧包括禮儀、提問引導(dǎo)、觀察力、節(jié)奏控制、合作溝通與應(yīng)變能力等，具體體現(xiàn)在用戶訪談的眾多細(xì)節(jié)中。同時訪談是一個動態(tài)的生成性過程，各種情況都有可能出現(xiàn)，因此各種訪談技巧、注意事項(xiàng)只有在訪談中能恰當(dāng)?shù)貞?yīng)對各種情況時才算掌握。所謂旁觀者清，學(xué)生在觀摩他人的用戶訪談活動時是最容易發(fā)現(xiàn)他人的優(yōu)勢與不足之處的，認(rèn)識理解各種訪談技巧方法，在借鑒別人的成功之處的同時提醒自己避免出現(xiàn)類似的錯誤，最后在反復(fù)的演練中鞏固提升訪談技巧。

圖3是學(xué)生在用戶訪談中準(zhǔn)備提問的訪談指南。師生交流評價意見：校服訪談指南中的問題②③④其實(shí)都是訪談?wù)吒鶕?jù)顧客對校服的體驗(yàn)提出的問題，答案指向是與非，缺乏開放性，限制了顧客的思維，無法獲取顧客對校服真實(shí)的需求。這是學(xué)生在設(shè)計(jì)問題時普遍存在的現(xiàn)象，這份樣例為大家提供了反面參考。師生共同商討后將校服訪談指南修改為：②請問：您對校服在是否適于運(yùn)動方面有何要求？或者對校服的寬松程度是否有特別的需求？具體需求是什么？③請問：你對冬季校服的期待主要是什么？還有其他要求嗎？④請問：你是否介意校服的輕重問題？為什么？

圖4所示是學(xué)生在進(jìn)行耳機(jī)用戶訪談時的記錄，師生交流評價意見：主持人能緊緊圍繞挖掘顧客的需求展開訪談，氛圍輕松愉悅，尤其應(yīng)用了追問的技巧，如“產(chǎn)品使用有何不方便？”時追問“希望有什么改進(jìn)”“如果滿分是10分可以打幾分”，進(jìn)一步確定顧客的需求，體現(xiàn)了靈活機(jī)變的訪談技巧。作為訪談新手普遍欠缺的技能，值得大家學(xué)習(xí)模仿并多加練習(xí)。同時這份訪談記錄也向大家展示了記錄顧客的陳述（原始數(shù)據(jù)）時應(yīng)遵循的不篡改、不遺漏、不添加、如實(shí)記錄的原則。在將原始數(shù)據(jù)（顧客的陳述）轉(zhuǎn)化顧客需求時，做到了準(zhǔn)確理解顧客的真實(shí)意圖，語言表達(dá)簡潔扼要。

但此次訪談中出現(xiàn)一個顧客對產(chǎn)品價格的需求問題，這是很多同學(xué)在訪談中非常喜歡提問而又容易被大家混淆誤解的觀念——價格是否屬于顧客需求。師生在此共同探討后澄清觀念：價格不屬于顧客需求。顧客需求指的是人們期待產(chǎn)品所具備的性能用途，是產(chǎn)品固有的屬性；而價格是產(chǎn)品使用價值的體現(xiàn)，而非產(chǎn)品本身具有的屬性。

動態(tài)觀摩類范例的特點(diǎn)是生成性與開放性，使學(xué)生的思維可視化，有助于學(xué)生之間的互相學(xué)習(xí)，同時也能通過診斷問題及時反饋學(xué)生對技能、技巧和關(guān)鍵知識的掌握情況，幫助他們及時調(diào)整學(xué)習(xí)策略，促進(jìn)他們自主發(fā)展。動態(tài)觀摩類范例優(yōu)先選擇具有普遍性、情境性的、源于學(xué)生生活的真實(shí)樣例，診斷問題要及時、精準(zhǔn)，同時針對其生成性與開放性的特點(diǎn)，可以選擇多組范例展示觀摩，以解決各種可能出現(xiàn)的情況或問題。

實(shí)踐操作類范例——思維可視化，指導(dǎo)學(xué)習(xí)路徑，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的基石是融入真實(shí)情境體驗(yàn)的工程設(shè)計(jì)。學(xué)生需要綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的知識來解決現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜問題。構(gòu)建解決問題的工程知識體系，包括關(guān)鍵知識與必要技能、流程設(shè)計(jì)等，均與實(shí)踐操作高度相關(guān)，因此實(shí)踐操作類范例是STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的重要形態(tài)。

案例3：產(chǎn)品模型制作——以小車模型為例

任務(wù)內(nèi)容：請根據(jù)提供的小車設(shè)計(jì)圖紙與材料、工具等，合理選用適當(dāng)?shù)牟牧现谱饕惠v小車模型。

要求：至少選用3種以上不同的材質(zhì)，能充分利用材料特性表達(dá)產(chǎn)品概念。

案例分析：本案例的背景是學(xué)生要根據(jù)團(tuán)隊(duì)前期設(shè)計(jì)的產(chǎn)品概念進(jìn)行物化——制作產(chǎn)品模型。這是一個兼具開放性與生成性的課題，一方面每一個小組的概念設(shè)計(jì)都是不一樣的，另一方面產(chǎn)品模型的類型有很多種，涉及的相關(guān)知識復(fù)雜，且學(xué)生在模型制作方面的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及所需知識技能幾乎空白。

在此情況下，學(xué)生需要通過一個具有“隱含著本質(zhì)因素、根本因素、基礎(chǔ)因素的典型事例”來幫助他們獲取產(chǎn)品模型制作的關(guān)鍵知識，形成必要的基本技能，積累工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，掌握基本方法?！爸谱餍≤嚹Ｐ汀闭菫橥黄飘a(chǎn)品模型制作瓶頸而設(shè)計(jì)的范例。

通過小車模型的制作，學(xué)生體驗(yàn)了如何進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，并提煉出了制作模型的一般流程：準(zhǔn)備圖紙—確定比例—選材下料—準(zhǔn)備工具—測量放樣—裁片—加工修整—組裝調(diào)整—裝配涂飾。

同時學(xué)生在小車模型的制作中學(xué)習(xí)并體驗(yàn)了紙質(zhì)模型、木質(zhì)模型、PVC發(fā)泡板、黏土、金屬絲、塑料等常見材料的材質(zhì)特性以及各具特點(diǎn)的加工工藝，包括常用工具及操作技能等工業(yè)流程，為制作產(chǎn)品模型打下知識與技能基礎(chǔ)。

小車模型的制作無論工藝技術(shù)還是材料的材質(zhì)都是比較簡單易學(xué)的，參與制作的學(xué)生都能順利完成任務(wù)，但其制作及思維過程包含了一般產(chǎn)品模型制作的工藝流程及所需的關(guān)鍵知識與基本技能，促使學(xué)生舉一反三，觸類旁通。

真正的教育都是由經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生的，而經(jīng)驗(yàn)都是實(shí)踐后的產(chǎn)物。實(shí)踐操作類范例強(qiáng)調(diào)做中學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，唯有經(jīng)歷過、體驗(yàn)過、實(shí)踐過才能深刻領(lǐng)會，才能勇于創(chuàng)新。實(shí)踐操作類范例一般適用于流程設(shè)計(jì)、技能操作學(xué)習(xí)。

范例教學(xué)應(yīng)根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要靈活應(yīng)用，不可生搬硬套，既可以樹立對的范例，提供標(biāo)桿，指明學(xué)習(xí)方向與方法，也可以樹立錯的范例幫助學(xué)生解除誤解，解決學(xué)習(xí)中存在的問題，發(fā)展批判性思維。同時選擇的范例要真實(shí)有趣，能打動學(xué)生，這樣才能促使其經(jīng)歷“模仿—理解—應(yīng)用”的過程，突出范例教學(xué)的功能與作用。

（基金項(xiàng)目：無錫市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“STEAM理念下的學(xué)習(xí)任務(wù)單系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究——以系列綜合實(shí)踐活動校本課程為例”，項(xiàng)目編號：D/ D/2018/017。）