校外科技教育STEM課程模式實(shí)踐探究

薛丹

摘要：本文結(jié)合廣州市Y區(qū)少年宮科技特色和區(qū)域?qū)W校特點(diǎn)，以“入校體驗(yàn)—入宮提高—宮校聯(lián)合培優(yōu)拓展”的設(shè)計(jì)思路，確立了“三級(jí)階梯式”的STEM課程模式（一級(jí)是在學(xué)校開展的“宮校融合”課程;二級(jí)是在少年宮開展的“科技教育”課程;三級(jí)是在少年宮和學(xué)校開展的“培優(yōu)拓展”課程），做到了宮校賽三位一體，普及提高兼顧，并結(jié)合案例進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：校外科技教育;STEM;課程模式

中圖分類號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2022）01-0067-04

在小學(xué)科學(xué)新課改背景下，校外科技教育需探索一種操作性強(qiáng)、切實(shí)可行的教育模式，制訂合理的活動(dòng)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維方法，通過真實(shí)的項(xiàng)目實(shí)踐，調(diào)動(dòng)多個(gè)學(xué)科知識(shí)主動(dòng)建構(gòu)新知識(shí)，培養(yǎng)青少年熱愛科學(xué)、敢于探索的創(chuàng)新意識(shí)和理性思維，提高其科學(xué)實(shí)踐能力，培養(yǎng)適應(yīng)未來社會(huì)發(fā)展的人才。本文以廣州市Y少年宮為例，介紹校外科技教育STEM課程模式。

● 校外科技教育STEM課程模式的確立

1.確立的背景

廣州市Y青少年科技教育工作主要是依托廣州市Y少年宮（下文簡(jiǎn)稱少年宮）的資源，面向全區(qū)青少年開展推普，少年宮開設(shè)有四模一電、模擬飛行、機(jī)器人、小發(fā)明、生物等科技項(xiàng)目。少年宮科技教育堅(jiān)持普及與提高相結(jié)合的原則，開展集思想性、科學(xué)性、知識(shí)性和趣味性于一體的教育教學(xué)活動(dòng)。通過科技興趣小組活動(dòng)和群眾性科學(xué)技術(shù)普及活動(dòng)，全面提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，幫助學(xué)校開發(fā)特色項(xiàng)目，為學(xué)校培養(yǎng)更多的科技人才。

2.課程模式和案例分析

為實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)學(xué)校科技教育水平的均衡發(fā)展，少年宮深挖已有的科技教育項(xiàng)目與STEM教育相關(guān)的內(nèi)容，以“入校體驗(yàn)—入宮提高—宮校聯(lián)合培優(yōu)拓展”的設(shè)計(jì)思路，確立“三級(jí)階梯式”的STEM課程模式（如圖1）。

（1）一級(jí)課程

一級(jí)課程是在學(xué)校開展的“宮校融合”課程。依托區(qū)教育局支持的“科技大篷車進(jìn)校園”活動(dòng)，每學(xué)期進(jìn)入10所科技薄弱學(xué)校開展STEM體驗(yàn)課程。課程包括4D思維空間構(gòu)建、無線電通信、紙飛機(jī)、無線電測(cè)向、創(chuàng)客體驗(yàn)、直升飛機(jī)、紙船承重等趣味科學(xué)實(shí)驗(yàn)，以體驗(yàn)和培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維為主，以點(diǎn)（少年宮）帶面（學(xué)校）。

“宮校融合”課程基于學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)要求較低、材料簡(jiǎn)單易得、學(xué)校易于開展的特點(diǎn)，以少年宮科技特色項(xiàng)目為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)了學(xué)校與少年宮互融的STEM體驗(yàn)課程。以初級(jí)的科技課程內(nèi)容為核心載體，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、閱讀、測(cè)量、計(jì)算和表達(dá)等讓學(xué)生初步具有科學(xué)思維的意識(shí)。通過科學(xué)方法的實(shí)踐與體驗(yàn)，學(xué)生學(xué)會(huì)用科學(xué)的方法描述現(xiàn)象。

以“紙船承重”課程為例，課程主要面向小學(xué)三、四年級(jí)學(xué)生，學(xué)時(shí)是1課時(shí)（40分鐘）?；谛W(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，教師精選和設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)學(xué)科的探究問題：為什么船能浮在水面上？（科學(xué)）如何繪制紙船結(jié)構(gòu)圖？（技術(shù)）怎么折疊出承載最多硬幣的紙結(jié)構(gòu)？（工程）如何測(cè)量和記錄紙船的強(qiáng)度？（數(shù)學(xué)）將探究主題融合細(xì)化成三維目標(biāo)：知識(shí)與技能目標(biāo)（知道浮力與質(zhì)量的關(guān)系，知道紙船形狀、重物放置方法等因素影響紙船承重效果，知道砝碼疊加增加質(zhì)量）;過程與方法目標(biāo)（能繪制出紙船的形狀，能通過改變紙張的形狀增強(qiáng)紙張強(qiáng)度）;情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)（體會(huì)迭代優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)過程，培養(yǎng)批判性思考和綜合解決問題的能力）。為更加清晰地凸顯探究主題內(nèi)涉及的學(xué)科內(nèi)容，教師通過思維導(dǎo)圖以可視化形式展現(xiàn)（如圖2）。

在這節(jié)體驗(yàn)課中，學(xué)生以解決“紙船承重”真實(shí)情境問題為線索，觀察和分析身邊的事物“船”，了解浮力，并通過制作模型驗(yàn)證自己的猜想。通過記錄和分析數(shù)據(jù)，總結(jié)分享自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在收集資料、分析問題、繪制模型和制作調(diào)試模型的同時(shí)，調(diào)用已有知識(shí)建構(gòu)新的學(xué)科概念，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的迭代，激發(fā)對(duì)不同學(xué)科的興趣，學(xué)會(huì)用科學(xué)的方法來描述和解決問題，初步提高分析能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。

（2）二級(jí)課程

二級(jí)課程是在少年宮開展的“科技教育”課程。通過統(tǒng)整少年宮科技教育的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，以“科技教育”為主線梳理課程內(nèi)容，構(gòu)建具有系統(tǒng)性、整體性的課程體系，力圖多維度地打造課程架構(gòu)，開設(shè)豐富多元的可選擇課程，讓學(xué)生領(lǐng)略科技的廣闊性、豐富性和系統(tǒng)性。

以“洗滌劑污水大作戰(zhàn)”為例，課程主要面向小學(xué)三、四年級(jí)學(xué)生，學(xué)時(shí)是5課時(shí)（90分鐘/課時(shí)）。本案例中的教師根據(jù)主題“洗滌劑污水”，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容（如下頁表1），并通過表格展示教學(xué)的實(shí)施過程（如下頁表2）。

本項(xiàng)目以“洗滌劑”為探究線索，充分挖掘其與實(shí)際生活情境的聯(lián)系，將其轉(zhuǎn)化為能激發(fā)學(xué)生探究興趣，同時(shí)貼近學(xué)生生活有助于學(xué)生理解的驅(qū)動(dòng)性問題串，設(shè)計(jì)具有銜接性和梯度性的教學(xué)內(nèi)容。

學(xué)生觀察和分析身邊各類洗滌劑，了解表面活性劑、羽毛的結(jié)構(gòu)和功能、溶解氧等科學(xué)知識(shí)，掌握使用顯微鏡和數(shù)字化感應(yīng)器的方法，并通過設(shè)計(jì)制作模型，設(shè)計(jì)了3個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)方案。在教學(xué)實(shí)施過程中，不僅要求學(xué)生理解學(xué)科概念，更要將知識(shí)內(nèi)化并融入解決真實(shí)問題之中，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維、計(jì)算思維和工程思維等高階思維的不斷形成與發(fā)展。相比一級(jí)課程，二級(jí)課程對(duì)學(xué)生的綜合能力要求更高更全面，培養(yǎng)了學(xué)生善探究、愛思考、重實(shí)踐的能力。

（3）三級(jí)課程

三級(jí)課程是在少年宮和學(xué)校開展的“培優(yōu)拓展”課程。根據(jù)各項(xiàng)目的特點(diǎn)，結(jié)合上級(jí)各類比賽的要求，為學(xué)生搭建展示平臺(tái)，以提升學(xué)生的創(chuàng)新思維為主，兼顧增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、問題解決能力，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力，在發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的同時(shí)提高學(xué)生的工程素養(yǎng)。其中進(jìn)一步劃分為三個(gè)梯度的活動(dòng)，均可在少年宮和學(xué)校開展。第一梯度為啟蒙類比賽，面向所有學(xué)生，通過跨學(xué)科、跨學(xué)段的主題性創(chuàng)作，培養(yǎng)綜合素質(zhì)人才;第二梯度為專業(yè)類比賽，需要有一定的科技基礎(chǔ)，結(jié)合校內(nèi)外的知識(shí);第三梯度為綜合類比賽，由學(xué)校及少年宮挑選優(yōu)秀學(xué)生，參加市、省、全國各類青少年科技教育競(jìng)賽，為學(xué)校培養(yǎng)優(yōu)秀的科技教師和學(xué)生。同時(shí)挑選優(yōu)秀的科技學(xué)子組建“青少年科技表演隊(duì)伍”，為學(xué)生創(chuàng)造展現(xiàn)自我的平臺(tái)，打造少年宮科普公益活動(dòng)品牌。

以在少年宮開展的“紙結(jié)構(gòu)模型承重比賽”為例，該比賽主要面向模型班的學(xué)生，比賽時(shí)長(zhǎng)為1小時(shí)。該活動(dòng)分現(xiàn)場(chǎng)模型制作和承重測(cè)試兩個(gè)階段，分小組賽和個(gè)人賽兩個(gè)組別。學(xué)生通過2張A4（70g）紙、1支鉛筆、1把直尺、1個(gè)普通膠棒，在半小時(shí)內(nèi)完成單體模型的設(shè)計(jì)和制作，模型的結(jié)構(gòu)形式不限，實(shí)際結(jié)構(gòu)高度>12.5cm。承重測(cè)試要求學(xué)生在1分鐘內(nèi)在模型上放置承重托盤。測(cè)試時(shí)間為3分鐘/人，放置成功后開始計(jì)時(shí)，學(xué)生自行選擇重物（約350毫升的小瓶礦泉水）進(jìn)行承重，3分鐘內(nèi)重物數(shù)量最多者勝?；顒?dòng)中涉及的學(xué)科知識(shí)如表3所示。

該活動(dòng)注重引導(dǎo)學(xué)生在生活中發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)動(dòng)在二級(jí)課程學(xué)習(xí)模型制作過程中學(xué)到的知識(shí)，發(fā)揮學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力和探究精神，提升學(xué)生觀察事物、信息收集、歸納分析、活學(xué)活用的綜合能力，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)。

● 結(jié)束語

少年宮構(gòu)建的校外科技教育STEM課程模式和體系，逐漸得到轄區(qū)內(nèi)學(xué)校、教師、家長(zhǎng)和學(xué)生的一致認(rèn)可，連續(xù)3年，每學(xué)期為區(qū)內(nèi)10所學(xué)校送教下校，2020年還走出廣州市，送教到清遠(yuǎn)市。2018—2021年，報(bào)名參與少年宮科技培訓(xùn)的人數(shù)逐年上升，續(xù)報(bào)率也逐年上升，說明少年宮開設(shè)的科技課程內(nèi)容符合社會(huì)需求，受到青少年的喜歡。

展望未來，少年宮將不斷深化課程改革，以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)五育并舉為教育目標(biāo)，構(gòu)建具有整體性、連貫性的STEM課程體系，開設(shè)豐富多元的STEM課程供學(xué)生選擇，真正將自主教育、快樂和興趣教育變成現(xiàn)實(shí)。

參考文獻(xiàn)：

斯賓塞.斯賓塞的快樂教育[M].甘慧娟，譯.北京：北京理工大學(xué)出版社，2018.

基金項(xiàng)目：2021年廣州市STEM實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成果（編號(hào)：KP市202101）。