基于STEM有趣有料的項目式學(xué)習(xí)設(shè)計

孫瑜珊

摘 要：小學(xué)階段STEM教育是一種跨學(xué)科的項目式學(xué)習(xí)，通過運用科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程技術(shù)等多學(xué)科知識解決真實的問題，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和綜合素養(yǎng)。STEM教育的實施方式很多，而項目式學(xué)習(xí)被認為是目前最有效的一種實施途徑，即利用項目來開展STEM學(xué)習(xí)。本文將通過《設(shè)計護膝》為例，從項目的實施模式、組織實施、項目評價、教學(xué)反思四點來談?wù)動腥び辛系腟TEM項目式學(xué)習(xí)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：STEM教育; 項目式學(xué)習(xí); 有趣有料

中圖分類號：G623.6? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）5-076-003

STEM教育不同于傳統(tǒng)的分學(xué)科教學(xué)，它是一種跨學(xué)科、綜合性的教育，以提升學(xué)生解決問題的實踐能力和綜合素養(yǎng)。STEM教育的實施方式很多，而項目式學(xué)習(xí)被認為是目前最有效的一種實施途徑，即利用項目來開展STEM學(xué)習(xí)。項目式學(xué)習(xí)倡導(dǎo)以學(xué)習(xí)者為中心，以顯示問題和項目任務(wù)驅(qū)動，以小組協(xié)作的方式開展，經(jīng)過問題提出、方案設(shè)計、創(chuàng)建實施、測試改進等步驟，最終輸出學(xué)習(xí)成果。學(xué)生在項目實踐過程中，掌握相關(guān)知識技能，體驗溝通和協(xié)作，培養(yǎng)分析問題和解決問題的方法。

本文中筆者以三年級《設(shè)計護膝》為例，通過“為受傷同伴制作護膝”的項目化學(xué)習(xí)設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的方法，像工程師一樣解決客觀問題，喚醒學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識點的求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和創(chuàng)新實踐能力。

一、項目實施模式及設(shè)計

（一）師生合力：提升板塊層次性

《設(shè)計護膝》課程是基于生命科學(xué)領(lǐng)域的STEM項目式學(xué)習(xí)課程，選擇瓦楞紙、海綿墊、棉布、毛氈、雙腳釘、橡皮筋、美紋膠帶、膠布、雪糕棒、毛根、魔術(shù)扣等多種常見材料作為制作護膝的主體材料，展開系列項目學(xué)習(xí)活動。學(xué)生面對的問題，是他們可以看到、感覺到甚至在現(xiàn)實生活中可能遇到的——為膝蓋受傷的人設(shè)計護膝。通過對人體運動的觀察，學(xué)生收集真實的數(shù)據(jù)，進而像生物醫(yī)學(xué)工程師那樣思考，最終解決一個生物醫(yī)學(xué)工程問題。

從教學(xué)目標上看，《設(shè)計護膝》STEM項目，側(cè)重讓學(xué)生像生物醫(yī)學(xué)工程師一樣能夠解決與人體有關(guān)的問題。所以，筆者將整個項目式學(xué)習(xí)活動分為項目前期、項目實施和項目后續(xù)三個環(huán)節(jié)，項目實施階段是教學(xué)活動的核心環(huán)節(jié)，教師和學(xué)生主要在這環(huán)節(jié)中開展制作模型、數(shù)據(jù)整理和分享交流。

從學(xué)生“學(xué)”的角度看，主要經(jīng)歷“測量數(shù)據(jù)→繪制草圖→制作測試→交流展示→反思總結(jié)”這五個核心環(huán)節(jié)（見圖1）。測量數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，需要學(xué)生對健康膝蓋和受傷膝蓋的活動范圍進行測量，通過對比數(shù)據(jù)，知道護膝的制作指標是什么;繪制草圖環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)已有的生活經(jīng)驗和課內(nèi)外的知識儲備設(shè)計出護膝的草圖，幫助受傷膝蓋恢復(fù)到健康的活動范圍;制作測試環(huán)節(jié)，學(xué)生選擇合適的制作材料，學(xué)習(xí)運用制作技能，把繪制出的護膝草圖變成護膝模型，并進行護膝的功能指標測試，同時借助我們提供的測試單和記錄單，指導(dǎo)學(xué)生數(shù)據(jù)記錄，引導(dǎo)他們盡可能多地呈現(xiàn)出制作細節(jié);交流展示環(huán)節(jié)，學(xué)生要上臺展示作品匯報制作方法和過程，吸取別人的建議和經(jīng)驗從中獲得啟發(fā);反思總結(jié)環(huán)節(jié)，是學(xué)生在整個項目學(xué)習(xí)活動中的提升環(huán)節(jié)，更是將學(xué)習(xí)過程得以提煉，形成較為統(tǒng)一的科學(xué)認識。

從教師“教”的角度看，要對學(xué)生的學(xué)習(xí)活動進行多種合理預(yù)測，設(shè)計有趣有料的探究活動，促進班級學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)，指導(dǎo)學(xué)生查找和整理分類的信息資料，同時有效地管理課堂紀律和秩序，最后與學(xué)生歸納形成科學(xué)結(jié)論。

（二）理清思路：優(yōu)化項目設(shè)計

通常在STEM學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生會經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題→提出問題→設(shè)計→制作→測試→交流→改進等環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)總時長是1-2個課時。筆者發(fā)現(xiàn)，在短短的一堂課中，學(xué)生對每個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)是粗淺的，往往還沒有吃透問題，就要提出解決方案，用班級統(tǒng)一的方案進行制作?；谏鲜鏊伎?，筆者在設(shè)計《設(shè)計護膝》項目式學(xué)習(xí)的系列活動，安排1-2個課時的活動時間（見表1）。每個學(xué)習(xí)活動都從學(xué)生的認知和生活經(jīng)驗以及相應(yīng)學(xué)段的學(xué)習(xí)能力為基礎(chǔ)進行設(shè)計，始終突出學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，引導(dǎo)學(xué)生自主經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題→提出問題→研究問題→解決問題的全過程，不走環(huán)節(jié)形式，完整地經(jīng)歷一次發(fā)現(xiàn)和解決生活中的真實問題的實踐過程。

二、有趣有料：扎實推進項目實施

（一）激趣求新：喚醒求知欲望

1.有趣的學(xué)習(xí)內(nèi)容：觀察人體膝蓋仿真模型。首先通過情景引入，講述艾瑞克和同伴在森林里遇到了危險，導(dǎo)致同伴受傷，為膝蓋受傷的同伴設(shè)計一個臨時膝關(guān)節(jié)支架——護膝。如果通過單純的講述肌肉和骨骼系統(tǒng)，如此抽象遠離生活經(jīng)驗的知識，學(xué)生并不能理解，這樣就使得無法將教學(xué)活動同實際生活間建立起有效的聯(lián)系。筆者讓學(xué)生觀察人體膝蓋仿真模型，讓學(xué)生觸摸肌肉、肌腱、韌帶、骨骼等部位，感受膝蓋運動時人體各部分結(jié)構(gòu)如何協(xié)調(diào)工作，并記錄活動單。通過實實在在的觀察活動（圖2），展開趣味十足的學(xué)習(xí)活動，達到學(xué)習(xí)知識目的。在真實的課堂情境中，學(xué)生可以快速地進入學(xué)習(xí)狀態(tài)，激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性。

2.有趣的學(xué)習(xí)活動：測量健康膝蓋的活動范圍。利用測角儀，在小組內(nèi)開展測量組內(nèi)同學(xué)健康膝蓋的活動范圍。知道測量方法后，學(xué)生開始在組內(nèi)測量，有模特，有測量員，有觀察員，有記錄員，測量活動十分“熱鬧”有趣。（圖4、圖5）

好玩的測量活動一下子激起了學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣，不少小組得出健康膝蓋的活動范圍只能向后彎曲，不能向前、內(nèi)側(cè)、外側(cè)彎曲。班級內(nèi)也會有1-2組同學(xué)測量結(jié)果不一樣，如有的小組測量結(jié)果能向內(nèi)側(cè)彎曲，顯然，這樣的測量結(jié)果是錯誤的。此時，筆者把問題拋給學(xué)生，學(xué)生因親身體驗過測量活動，分析出在測量時大腿的方向發(fā)生了轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致測量結(jié)果不正確。再次詢問每個小組向后彎曲程度為什么會有差異，學(xué)生也能用自己直接感受分析出每個人的身體柔韌性不同。這樣的有趣的學(xué)習(xí)方式，將知識、技能、態(tài)度整合性地包裹在挑戰(zhàn)性的情景中，讓每個學(xué)生都沉浸在學(xué)習(xí)的樂趣中，促進學(xué)生將它們遷移到新情境，最終遷移到真實世界中。

（二）豐富素材：培養(yǎng)實踐能力

項目制學(xué)習(xí)并不是簡單地讓學(xué)生完成活動做出的成果，而是要讓學(xué)生經(jīng)歷有意義的學(xué)習(xí)實踐歷程。要鍛煉學(xué)生在復(fù)雜情境中的靈活的心智轉(zhuǎn)換，是一個包含知識、行動和態(tài)度的“實習(xí)實踐”，而不是按部就班地讓學(xué)生完成探究流程。認知維度保證了學(xué)生進行高階思維的可能。因此，筆者在學(xué)生如何參與實踐進行許多設(shè)計。

例如學(xué)習(xí)活動：認識材料的屬性。

師：你們認識這些材料嗎？

生：認識，這是瓦楞紙、海綿墊、棉布、毛氈、……

師：請你們觀察他們，試著在受傷膝蓋上比一比，能起到什么作用？

生：觀察、記錄

師：我請一個小組來交流，結(jié)合材料的屬性，說一說在制作護膝的時候起到什么用途？

生1：出示記錄單（圖6），進行交流，最后詢問：大家有什么建議嗎？

生2：你們用雙腳釘來固定材料，雙腳釘要怎么使用呢？

生1：我給你演示一下吧?。ú僮鳎┻€有問題嗎？

生3：我們發(fā)現(xiàn)海綿很容易破，如果制成護膝，你們有沒有想過怎么用海綿？

生1：因為海綿能起到緩沖作用，這樣可以保護受傷膝蓋。我們可以放在里層里。

生3：可是最里層還是一碰就會破（這小組在嘗試時，已經(jīng)有破損情況）

師：其他小組有辦法嗎？（底下學(xué)生鴉雀無聲）如果一種材料有缺陷，能怎么樣改變它的屬性？（引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考）

生4：能夠在海綿的上面附一層棉布，這樣就不容易破，棉布比較耐用。

師：你還能想到耐用，真是了不起！

在學(xué)習(xí)材料的環(huán)節(jié)中，學(xué)生知道這個材料可以做什么，但不知道如何做？如魔術(shù)扣，知道可以用來固定護膝，調(diào)節(jié)大小，但是并不清楚如何讓其在護膝上起到調(diào)節(jié)松緊的作用。如果沒有細致的深入學(xué)習(xí)，往往會在實踐制作過程中，導(dǎo)致作品無法完成，從而喪失學(xué)習(xí)的興趣。基于此，筆者讓學(xué)生嘗試去畫護膝草圖，三年級學(xué)生通過充分學(xué)習(xí)材料屬性后，完成的草圖出人意料的精彩?。▓D7、8）

上述設(shè)計綜合在這個項目中整體呈現(xiàn)，如此讓整個學(xué)習(xí)項目具有足夠的張力，拓展學(xué)習(xí)和深化學(xué)生的思維，前期的鋪墊活動把握住關(guān)鍵的知識點。在制作護膝的實踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生將獲得的知識轉(zhuǎn)化為實踐技能，通過小組合作，裁剪材料，固定組合材料，制作綁帶，測試護膝指標等等。有一組學(xué)生在交流成果中，說道：“我們小組的護膝達到了健康膝蓋的活動范圍，但是不能向后彎曲了，你們能幫我們分析一下原因嗎？”其他小組提出這樣的建議：“是不是你們在后面設(shè)計的魔術(shù)扣固定在關(guān)節(jié)彎曲部位，應(yīng)該是卡住了?！贝藭r，其他學(xué)生也紛紛舉手幫助他們，提出將魔術(shù)扣分成上下2條，避開活動部位。筆者引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考、對其他小組進行提問，生生交流出現(xiàn)誤解、針鋒相對時進行及時補充、調(diào)節(jié)。教師的退讓，體現(xiàn)“生本課堂”，讓學(xué)生在課堂上碰撞出思維的火花。

三、項目評價

項目式學(xué)習(xí)的評價與成果的產(chǎn)生、公開的成果匯報緊密相連的。完整的成果設(shè)計包含成果的量規(guī)設(shè)計。此外，《設(shè)計護膝》項目學(xué)習(xí)活動還對學(xué)生學(xué)習(xí)實踐的整個過程進行評價，引發(fā)學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)和理解。

（一）優(yōu)化體系：多元化的項目評價框架

在學(xué)習(xí)活動中的評價是多元且豐富的。筆者在設(shè)計評價過程時，用過程性評價和總結(jié)性評價策略及多元主體參與的評價方法來促進學(xué)生真正投入學(xué)習(xí)（表2）。

在每個學(xué)習(xí)活動中都設(shè)計與之對應(yīng)的學(xué)習(xí)單和教師評價表，來評估學(xué)生的學(xué)習(xí)實踐情況。最后的成果展示評價，請生物醫(yī)學(xué)工程師（骨科專家）來評判，鼓勵學(xué)生展示自己的努力過程中所取得的成績，給學(xué)生提供了一個和專家面對面交流的機會和展示的平臺，同時也得到同伴的肯定和專家對的評價意見。

四、項目的教學(xué)反思

本課程共8課時，讓學(xué)生經(jīng)歷了有趣有料的多項實踐活動。綜合起來，筆者以下幾點反思：

（一）情境趨向真實：側(cè)重決策力的培養(yǎng)

STEM教育中的探究主題，是面向現(xiàn)實世界，解決真實問題。問題要源于現(xiàn)實世界，這就是具有一定的復(fù)雜性，現(xiàn)實世界的問題可以讓學(xué)習(xí)者更快融入情境。問題要聚焦于“真實”問題，即此問題的設(shè)計要關(guān)注應(yīng)用哪些知識，獲得哪些技能，要從學(xué)習(xí)者的認知角度出發(fā)，關(guān)注學(xué)習(xí)者的意義建構(gòu)和能力生成過程，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的決策力。

（二）有機整合四大領(lǐng)域課程：實現(xiàn)高階能力的培養(yǎng)和遷移

STEM教育的本質(zhì)是跨學(xué)科教育，是在傳統(tǒng)分科教育的基礎(chǔ)上誕生的。其本意就是利用分科教育學(xué)到的知識和原理與解決問題。STEM教育項目式學(xué)習(xí)主要通過科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程設(shè)計與應(yīng)用于一體的融合式項目設(shè)計教學(xué)，組織實施跨學(xué)科學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中融合應(yīng)用各領(lǐng)域的學(xué)科知識，進行整合性的深度學(xué)習(xí)。從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展操作實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新探索精神，全面提高學(xué)生的智力發(fā)展，以此培養(yǎng)學(xué)生高階能力。

參考文獻：

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