基于STEM教育理念的 N141項目導(dǎo)學(xué)模式開發(fā)與實踐

張斌

[摘? ?要]“N141”項目導(dǎo)學(xué)模式是一種基于STEM教育理念的課程開發(fā)與設(shè)計模式。它通過建設(shè)問題庫、確定研究問題、解決問題三大步驟，在多個問題中確定一個研究問題，通過轉(zhuǎn)化、破解、解決、拓展環(huán)節(jié)完成項目，并可對項目進行完善。這一模式可促進STEM問題的生成，并提高課程的實施效果。

[關(guān)鍵詞]N141;STEM教育;項目;導(dǎo)學(xué)模式;問題庫

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，其中科學(xué)在于認(rèn)識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術(shù)和工程試圖在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界，實現(xiàn)與自然界的和諧共處，解決社會發(fā)展過程中遇到的難題;數(shù)學(xué)則是技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。STEM教育重點要加強對學(xué)生四個方面的培養(yǎng)：一是科學(xué)素養(yǎng)，即運用科學(xué)知識（如物理、化學(xué)、生物科學(xué)和地球空間科學(xué)等）理解自然界并參與影響自然界的過程;二是技術(shù)素養(yǎng)，即使用、管理、理解和評價技術(shù)的能力;三是工程素養(yǎng)，即對技術(shù)工程設(shè)計與開發(fā)過程的理解;四是數(shù)學(xué)素養(yǎng)，即發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決多種情境下的數(shù)學(xué)問題的能力。STEM已進入國家課程標(biāo)準(zhǔn)，成為課程改革的亮點。

一、問題庫的建設(shè)

教育改革提倡以學(xué)生為主體，采取自主合作探究的教學(xué)方式，培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才。STEM課程符合這一原則。小學(xué)階段開展的STEM課程，必須符合小學(xué)生活潑愛動、好奇心強、思考問題以具體形象思維為主的特點。山東省肥城市實驗小學(xué)基于學(xué)校的實際情況和學(xué)生特點，結(jié)合STEM教育理論，初步明確了STEM教育導(dǎo)學(xué)模式的三大步驟：建設(shè)問題庫—確定研究問題—解決問題。

在建設(shè)問題庫時，問題的主要來源有三個：一是學(xué)生感興趣的話題;二是生活實際問題;三是課堂產(chǎn)生的問題。通過從這三種途徑搜集問題，建立了問題資源庫。但是這些問題五花八門，并非都值得解決或適合在課程中解決。因此，在收集了問題之后，還要對其進行篩選。為此，學(xué)校STEM項目核心團隊的教師們又專門召開了一次問題庫研討會，并達(dá)成了三點共識：一是小學(xué)生的理解能力有限，本著知識來源于生活又要應(yīng)用于生活的原則，應(yīng)選取大部分學(xué)生熟悉的來自生活和學(xué)習(xí)中的問題;二是問題要直觀化，要能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生“跳一跳”能夠解決;三是鑒于學(xué)生觀察和思考的角度不同，對同一事物提出的問題五花八門，需要教師引導(dǎo)學(xué)生選擇更有意義、有價值的問題來研究。由此，教師們對每個問題的研究價值進行了審定，確定了“最高價值評五星，逐級類推，無研究價值則無星”的六級評定標(biāo)準(zhǔn)，形成了星級指標(biāo)問題庫。

二、“N141”STEM項目導(dǎo)學(xué)模式解讀

STEM教育的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，那么只有圍繞解決問題的過程開展STEM教育才能更加有效。學(xué)生通過動手動腦解決現(xiàn)實問題，在建構(gòu)解決方法的過程中學(xué)習(xí)和發(fā)展思維。為此，學(xué)校開發(fā)了“N141”STEM項目導(dǎo)學(xué)模式。

其中“N”指的是發(fā)現(xiàn)多個生活問題。由任課教師引導(dǎo)學(xué)生從生活中感興趣的話題、亟待解決的實際問題、社會焦點等多方面入手，提出自己想研究的多個問題，以班級為單位進行匯總。由于這樣獲得的來源于實際生活的問題會有很多，所以用代號“N”表示。

“1”指的是確定一個研究問題。需要五個步驟：一是由任課教師把此前匯總的多個問題推送給學(xué)生，組織學(xué)生以小組為單位展開討論交流，篩選出有價值的問題;二是組織學(xué)生對這些有價值的問題進行分類;三是根據(jù)問題分類在班里進行投票選舉，選定問題類別;四是學(xué)生以小組為單位在選定的類別中選擇一個本組最想研究的問題，準(zhǔn)備將其推薦給全班;五是分組對所選問題進行推薦，由全班公投，確立唯一的一個研究問題。

“4”指的是通過“轉(zhuǎn)化—破解—解決—拓展”四個環(huán)節(jié)，解決選定的研究問題。其中，轉(zhuǎn)化是指由任課教師引導(dǎo)學(xué)生把確定的研究問題轉(zhuǎn)化為研究項目;破解是指教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位對研究項目進行深入分析，將其破解以安排到課程中;解決即學(xué)生應(yīng)用多門學(xué)科知識，通過“自主、合作、探究”為主的學(xué)習(xí)方式逐步解決此項問題;拓展是指學(xué)生解決該項目中的問題后，再深入探究這一問題還體現(xiàn)在生活中哪些其他方面，或這一問題的解決方法還可以應(yīng)用于解決生活中哪些其他問題。

最后一個“1”指的是修改完善這個項目。在初步完成一個項目后，要對該項目的解決過程進行詳細(xì)梳理，尋找不足，最后將其修改成一個更完善的項目。

三、基于“N141”模式的課例：

探究鋼筆墨囊的奧秘

1.課程源起

這一課例的設(shè)計，源于學(xué)生們在使用鋼筆時發(fā)現(xiàn)并提出的很多問題。如：為什么鋼筆尖易壞？鋼筆寫字時為什么自動出水？一段時間不用鋼筆，再寫字時為什么不易出水？為什么鋼筆寫字時經(jīng)常出水不流暢？鋼筆墨囊為什么能吸墨水？鋼筆墨囊的種類有多少？為什么鋼筆墨囊會分這么多種？哪種類型的鋼筆尖最適合我們（小學(xué)生）應(yīng)用？鋼筆尖為什么在中間分成左右兩部分？鋼筆殼為什么會摔壞？……針對這一系列問題，筆者引導(dǎo)學(xué)生開展了“探究鋼筆的秘密”的STEAM項目。

這是STEAM課程項目的發(fā)起環(huán)節(jié)，教師采用問題引導(dǎo)的方式建立了問題庫（即“N”）。問題來源于學(xué)生在生活中發(fā)現(xiàn)的各種現(xiàn)象，旨在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出問題的意識。

2.主題驅(qū)動

教師讓學(xué)生把提出的關(guān)于鋼筆的問題寫在信紙上，根據(jù)問題是否有價值對問題進行篩選、轉(zhuǎn)化、匯總;教師向?qū)W生推送篩選后的關(guān)于鋼筆的有研究價值的問題;學(xué)生小組合作交流確定自己小組最感興趣的一個問題;班級匯報交流，全班公投確定了一個最感興趣的研究問題，并將其轉(zhuǎn)化為研究主題“鋼筆墨囊為什么能吸墨水”。

3.多科助學(xué)

本項目涉及的學(xué)科包括科學(xué)、數(shù)學(xué)、語文、信息技術(shù)。以下將按照“轉(zhuǎn)化—破解—解決—拓展”四個環(huán)節(jié)完成，即“N141”中的“4”。

一是轉(zhuǎn)化。教師引導(dǎo)學(xué)生把“鋼筆墨囊為什么能吸墨水”這一問題轉(zhuǎn)化為研究“鋼筆墨囊的奧秘”項目。

二是破解。針對此項目，教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位進行深入探討，破解出以下五項研究內(nèi)容。

（1）在班級內(nèi)及附近商店尋找，看看鋼筆墨囊的種類有哪些。

（2）墨水是怎么進入墨囊的？

（3）墨水是如何從墨囊傳到筆尖的？

（4）墨囊為什么是圓柱形的？

（5）有些墨囊里面為什么有圓珠？

以上五項研究內(nèi)容，都要求學(xué)生記錄自己的研究過程，并用PPT展示自己的研究成果。

三是解決。教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位認(rèn)領(lǐng)本組的研究內(nèi)容。探究過程如表1所示。

四是拓展。針對研究內(nèi)容的其中幾項，進行了拓展應(yīng)用。其一，鋼筆墨囊的種類。學(xué)生通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)膠皮墨囊最少，一次性墨囊最多，于是產(chǎn)生了新的研究問題：膠皮墨囊為什么會減少？一次性墨囊大量生產(chǎn)是否會對環(huán)境有危害？哪種墨囊最合理？其二，吸墨水的秘密。學(xué)生通過研究吸墨水的秘密，發(fā)現(xiàn)生活中很多物品都在巧妙地利用大氣壓。其三，墨水傳入筆尖的秘密。學(xué)生發(fā)現(xiàn)鋼筆尖蘊含著大學(xué)問，并探究生活中還有哪些地方用到了這個原理。其四，墨囊形狀的奧秘。學(xué)生通過研究了解了物品在哪種情況下適合使用圓形，并思考生活中的物品為什么會使用不同的形狀。

4.完善項目

在完成項目后，師生梳理并反思了教學(xué)實施過程，進一步改進和完善了教學(xué)設(shè)計。

四、對“N141”課程模式的反思與展望

實踐證明，“N141”模式是一種便于教師操作的STEM課程開發(fā)與建設(shè)模式，且有利于課程的高效實施。它使學(xué)生在自主探究的過程中產(chǎn)生了創(chuàng)新的興趣，發(fā)展了創(chuàng)造能力，提升了STEM綜合素養(yǎng)，也鍛煉了團隊合作與解決問題的能力，較好地彌補了傳統(tǒng)學(xué)校教育的薄弱環(huán)節(jié)。

基于STEM理念的“N141”項目導(dǎo)學(xué)模式還存在很多不足，如課程開發(fā)與設(shè)計還需不斷修改與完善;不同學(xué)科間的深入融合還需要進一步加強;學(xué)生素養(yǎng)雖有所提升，但解決綜合問題的能力還有待提高;教師的相關(guān)理論支撐不足，歸納總結(jié)能力不強，工作反思過于單薄，經(jīng)驗有待進一步提煉;STEM課程的多樣化評價體系還需要進一步完善。為此，需要進一步引導(dǎo)教師圍繞“STEAM教育教學(xué)策略、教學(xué)案例研發(fā)、評測體系研制”等專題開展研究和學(xué)習(xí)，通過培訓(xùn)、公開課、研討課、學(xué)術(shù)報告等形式進行交流與研討，在實踐研究中提升教師的專業(yè)素養(yǎng)，積極探索STEAM教育師資的培養(yǎng)機制，做好“授人以漁”的理論與實踐準(zhǔn)備。

（責(zé)任編輯 郭向和? ?校對 姚力寧）