農(nóng)村小學(xué)低成本STEM課程開發(fā)與實(shí)施

張素文

隨著中國教育科學(xué)研究院發(fā)布《2017中國STEM教育白皮書》（以下簡(jiǎn)稱“白皮書”）以來，全國各地積極推進(jìn)STEM教育，一些學(xué)校引進(jìn)3D打印、機(jī)器人等科技創(chuàng)新項(xiàng)目，投資建設(shè)學(xué)生創(chuàng)客教室，讓農(nóng)村小學(xué)和資金短缺的學(xué)校望而止步。其實(shí)農(nóng)村小學(xué)周邊有著豐富的自然資源和傳統(tǒng)工藝人才資源，只要結(jié)合STEM教育理念，利用民間的傳統(tǒng)藝術(shù)、傳統(tǒng)玩具，也可以開發(fā)出低成本的STEM課程，推進(jìn)農(nóng)村小學(xué)STEM教育。

一、農(nóng)村小學(xué)低成本STEM課程的目標(biāo)

低成本STEM課程是指在實(shí)施STEM課程教育中所需要投入的資金比較少，選用的工具和材料較為常見，具有可持續(xù)實(shí)施與發(fā)展的特點(diǎn)。農(nóng)村小學(xué)進(jìn)行低成本STEM課程開發(fā)時(shí)應(yīng)注意達(dá)成以下目標(biāo)：一是選用的材料和工具的成本要低，提高學(xué)生的接受度、參與度；二是課程要富含趣味性、有吸引力，培養(yǎng)小學(xué)生對(duì)STEM課程的興趣；三是要富有探究性，可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思考能力、創(chuàng)造力等；四是要盡量做到規(guī)則少、有挑戰(zhàn)、需團(tuán)隊(duì)合作，可以培養(yǎng)學(xué)生與人溝通、合作的能力等。

二、開發(fā)步驟

我校地處廣州市增城區(qū)北部山區(qū)，周邊種植了很多竹子，這些竹子是農(nóng)村小學(xué)STEM課程的理想材料，利用竹子可以開發(fā)橋梁搭建、竹篾編織、民間傳統(tǒng)玩具制作等STEM課程。下面以“竹蜻蜓的設(shè)計(jì)與制作”為例，介紹農(nóng)村小學(xué)低成本的STEM課程開發(fā)步驟。

第一步：編寫課程學(xué)材——“竹蜻蜓”閱讀知識(shí)卡

白皮書指出，STEM教育是跨學(xué)科、跨學(xué)段的連貫課程群。一個(gè)項(xiàng)目要面對(duì)不同能力層次、不同學(xué)段的學(xué)生，編寫課程學(xué)材尤其重要，可以普及項(xiàng)目相關(guān)的基本知識(shí)，形成連貫的課程群，為合作開展STEM學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

竹蜻蜓是一種中國傳統(tǒng)的民間兒童玩具，由兩部分組成，一是竹柄，二是“翅膀”。玩時(shí)，雙手一搓，手一松，竹蜻蜓就會(huì)飛上天空。為了提高小學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，設(shè)計(jì)閱讀知識(shí)卡時(shí)應(yīng)做到圖文并茂、以圖為主，文字淺顯易懂、言簡(jiǎn)意賅。主要圍繞竹蜻蜓的簡(jiǎn)介、簡(jiǎn)單的科學(xué)原理、設(shè)計(jì)制作的技術(shù)、正確使用工具、實(shí)驗(yàn)調(diào)試等方面進(jìn)行編寫。閱讀知識(shí)卡的呈現(xiàn)方式有很多：可以用小海報(bào)張貼于社團(tuán)活動(dòng)室；制作成小冊(cè)子，方便學(xué)生帶回家拓展學(xué)習(xí)；還可以通過學(xué)校微信公眾號(hào)、學(xué)校門戶網(wǎng)站等方式呈現(xiàn)。

第二步：配備必要的制作工具和材料

制作竹蜻蜓最基本的工具和材料是手工鋸、刻刀、竹片。有條件的學(xué)校建議增加配備小電鉆或手動(dòng)鉆、打磨砂紙、竹篾刀、學(xué)生專用機(jī)床等小型機(jī)械與傳統(tǒng)工具，滿足校內(nèi)簡(jiǎn)單機(jī)械技術(shù)的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練需要。

第三步：設(shè)計(jì)STEM實(shí)踐活動(dòng)

STEM實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)不能過于繁雜，否則會(huì)影響學(xué)生的熱情。如竹蜻蜓項(xiàng)目的完成標(biāo)準(zhǔn)是省力、好操作又飛得高，學(xué)生在制作竹蜻蜓時(shí)需要在重量、角度、面積之間尋找平衡點(diǎn)，不斷地進(jìn)行調(diào)試改進(jìn)，富有挑戰(zhàn)性。

三、實(shí)施方式

高質(zhì)量的STEM課程實(shí)施離不開教師的有效指導(dǎo)，因此它需要在校學(xué)習(xí)的課時(shí)保證。農(nóng)村小學(xué)可以充分利用綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)學(xué)生開展STEM課程學(xué)習(xí)，既可以保證STEM課程學(xué)習(xí)的可持續(xù)性，也可以豐富綜合實(shí)踐活動(dòng)的課程內(nèi)容。白皮書指出，STEM教育大致分成驗(yàn)證型、探索型、制造型和創(chuàng)造型等實(shí)踐模式?？梢耘c綜合實(shí)踐活動(dòng)的主要實(shí)施方式相融合，設(shè)計(jì)以下幾種類型的實(shí)踐活動(dòng)：

（一）探索型的考察探究活動(dòng)

為了激發(fā)學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)玩具的興趣，在本STEM課程實(shí)施之初，指導(dǎo)學(xué)生開展以“家鄉(xiāng)傳統(tǒng)的民間兒童玩具調(diào)查”為主題的考察探究活動(dòng)。讓學(xué)生采訪祖父母、父母及身邊的同伴，了解家鄉(xiāng)兒童玩具更新?lián)Q代的演變過程；向祖父母、父母學(xué)習(xí)制作他們兒時(shí)最喜歡的玩具，感受親手制作玩具的喜悅，獲得積極的價(jià)值體驗(yàn)。

（二）創(chuàng)造型的設(shè)計(jì)制作活動(dòng)

學(xué)生親歷竹蜻蜓的設(shè)計(jì)與制作的所有過程，是本STEM課程學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生將根據(jù)“明確的結(jié)果和模糊的任務(wù)”，做出設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行測(cè)試，創(chuàng)造出最終的設(shè)計(jì)原型?；顒?dòng)程序大致如下：

1.明確設(shè)計(jì)與制作的結(jié)果：設(shè)計(jì)前明確提出制作的竹蜻蜓要省力好操作又飛得高。

2.設(shè)計(jì)規(guī)劃：在使用材料之前，要求先畫出竹蜻蜓設(shè)計(jì)草圖，包括設(shè)計(jì)規(guī)格、簡(jiǎn)單的操作說明：蜻蜓翅膀的長度、寬度、厚度和角度，使用的工具，如何完成削刨，手柄的粗細(xì)、長度，鉆孔的位置、大小、工具，如何組裝等。

3.解釋論證：嘗試用了解到的各學(xué)科知識(shí)解釋自己的設(shè)計(jì)方案，并形成初步的實(shí)驗(yàn)論證。

4.勞動(dòng)技能訓(xùn)練：教師要舍得使用課時(shí)進(jìn)行勞動(dòng)技能的訓(xùn)練，確保學(xué)生掌握竹蜻蜓制作工具的安全使用方法，最終制作出成品。

5.展示交流：總結(jié)學(xué)習(xí)所得，建構(gòu)后經(jīng)驗(yàn)。

（三）驗(yàn)證型的問題解決學(xué)習(xí)活動(dòng)

開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)是STEM教育的主要特征，學(xué)生在開展竹蜻蜓的設(shè)計(jì)與制作活動(dòng)時(shí)，對(duì)某個(gè)或某些問題的研究往往需要利用不同學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行解釋，才能合理地設(shè)計(jì)與調(diào)整制作方案。

本STEM課程中，竹蜻蜓是怎么飛起來的？怎樣才能讓竹蜻蜓省力、好操作、飛得高？這些問題是促使學(xué)生積極開展問題解決學(xué)習(xí)的原動(dòng)力。學(xué)生要制作省力、好操作、飛得高的竹蜻蜓，需要不斷地進(jìn)行調(diào)試和改進(jìn)，應(yīng)用科學(xué)原理、工程知識(shí)和數(shù)學(xué)方法展開驗(yàn)證，不斷完善工藝與技術(shù)，以獲得最佳的方案。在這個(gè)過程中，學(xué)生會(huì)不自覺地進(jìn)入到學(xué)科的深度學(xué)習(xí)之中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與技能的轉(zhuǎn)化，提高其綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。

以上幾種類型活動(dòng)先是循序漸進(jìn)依次地組織實(shí)施，隨著學(xué)生活動(dòng)的不斷深化，各個(gè)實(shí)踐活動(dòng)之間的相互作用不斷增多，形成知識(shí)螺旋，直到學(xué)生制造出自己滿意的竹蜻蜓為止。

四、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

白皮書對(duì)STEM課程的評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)多元評(píng)價(jià)主體、形成性評(píng)價(jià)、面向?qū)W習(xí)過程的評(píng)價(jià)。因此“竹蜻蜓的設(shè)計(jì)與制作課程”的評(píng)價(jià)可以分為兩部分進(jìn)行，一是以競(jìng)技比賽的形式對(duì)其結(jié)果進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)，看誰制作出來的竹蜻蜓更符合省力、好操作、飛得高這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；二是面向?qū)W習(xí)過程進(jìn)行反思性評(píng)價(jià)，活動(dòng)結(jié)束后，教師應(yīng)積極組織學(xué)生開展經(jīng)驗(yàn)分享和活動(dòng)總結(jié)，指導(dǎo)有余力的學(xué)生形成項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究報(bào)告，為學(xué)生本人、同伴、教師對(duì)其學(xué)習(xí)過程中的態(tài)度、興趣、參與度、任務(wù)完成情況等方面開展評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

總之，STEM學(xué)習(xí)不應(yīng)該是貴族課程，農(nóng)村地區(qū)及經(jīng)濟(jì)薄弱的學(xué)校需要樹立課程信心，讀懂白皮書對(duì)小學(xué)STEM教育的基本要求，充分利用竹、木、沙、石等豐富的自然資源及其民間傳統(tǒng)工藝等，注入STEM課程元素，開發(fā)各種低成本的STEM課程，指導(dǎo)學(xué)生積極開展STEM學(xué)習(xí)，加快教育教學(xué)內(nèi)容的更新，實(shí)現(xiàn)新一輪教學(xué)方式的改革。