滲透STEM教育理念 組織項(xiàng)目式教學(xué)

◇陳喜燕（江蘇：張家港市實(shí)驗(yàn)小學(xué)）

項(xiàng)目式教學(xué)活動(dòng)，是指在教師監(jiān)督指導(dǎo)下，師生共同圍繞一個(gè)完整的項(xiàng)目工作或任務(wù)而進(jìn)行的綜合實(shí)踐活動(dòng)。本文以STEAM 課程教育理念為理論基礎(chǔ)，從學(xué)生科學(xué)技能、科學(xué)思維、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力發(fā)展角度出發(fā)，概述了項(xiàng)目引領(lǐng)下的小學(xué)科學(xué)課開發(fā)與實(shí)踐路徑，以期通過探究、開放、體驗(yàn)的項(xiàng)目活動(dòng)方案設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力和解決問題能力，讓學(xué)生在科學(xué)項(xiàng)目活動(dòng)的假設(shè)、猜想、驗(yàn)證與實(shí)施中，獨(dú)立辨別問題本質(zhì)，領(lǐng)悟科學(xué)知識(shí)技能，逐步實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維、探究精神與創(chuàng)造能力的鍛煉與發(fā)展。

STEM 由（Science）科學(xué)、（Technology）技術(shù)、（Engineering）工程、（Mathematics）數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域?qū)W科共同構(gòu)成。不難理解，STEM強(qiáng)調(diào)知識(shí)跨界與技術(shù)能力的自主建構(gòu)，反映了課程教學(xué)回歸社會(huì)、回歸生活的本質(zhì)訴求。教師在項(xiàng)目式教學(xué)中，要有針對(duì)性地將多學(xué)科理論知識(shí)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生探究精神和創(chuàng)造潛能，讓他們?cè)趯?shí)踐經(jīng)歷中，體驗(yàn)科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生。新課標(biāo)指出，小學(xué)科學(xué)是學(xué)生認(rèn)識(shí)世界、理解自然界客觀規(guī)律的啟蒙課程。教師要以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、科學(xué)思維、實(shí)踐能力為目標(biāo)，組織他們?cè)谏罨⒂腥?、真?shí)的學(xué)習(xí)中質(zhì)疑探索，具備運(yùn)用科學(xué)知識(shí)分析、解決問題的能力。因此，教師基于STEM 理念設(shè)計(jì)項(xiàng)目活動(dòng)，要為學(xué)生提供發(fā)揮潛力的空間，組織他們?cè)诶碚撝R(shí)與技術(shù)工作的協(xié)作體驗(yàn)中，理解科學(xué)理論概念，掌握技術(shù)實(shí)踐知識(shí)，發(fā)展創(chuàng)造精神與實(shí)踐能力。

一、目標(biāo)情境驅(qū)動(dòng)，巧妙構(gòu)思猜想

STEAM 理念認(rèn)為，課程教學(xué)不是簡(jiǎn)單的知識(shí)疊加，而是科學(xué)、數(shù)學(xué)等先進(jìn)技術(shù)的綜合實(shí)踐與運(yùn)用。任何事物的創(chuàng)造都需要科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、計(jì)算等多學(xué)科知識(shí)和多種能力，單一技能、知識(shí)的應(yīng)用，已經(jīng)無法支撐未來社會(huì)的發(fā)展。所以，教師在項(xiàng)目教學(xué)中，運(yùn)用整合科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)的方法，開展人人都能參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生像科學(xué)家一樣，自主運(yùn)用科學(xué)的、工程的思維，自主收集信息、制訂方案、完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)、創(chuàng)造與評(píng)估。

例如，教學(xué)《我們來做“熱氣球”》《空氣和我們的生活》時(shí)，學(xué)生已初步了解“空氣具有熱脹冷縮的性質(zhì)”，知道“熱空氣在同等體積下，比冷空氣體積輕”的科學(xué)原理。因此，教師抓住“空氣受熱會(huì)膨脹”“空氣受熱會(huì)上升”“熱空氣的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)”核心內(nèi)容，提出“設(shè)計(jì)走馬燈”的項(xiàng)目任務(wù)，目的讓學(xué)生在實(shí)踐中探尋科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，通過觀察、想象、實(shí)驗(yàn)、收集、記錄、分析、制作等方式，學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)融合的制作方法，感受科學(xué)技術(shù)的力量。教師在課內(nèi)要把整個(gè)實(shí)踐過程分解為一個(gè)個(gè)具體事件，同時(shí)以向?qū)?、顧問的身份，協(xié)助學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)踐研究，啟發(fā)他們運(yùn)用工程思想設(shè)計(jì)解決方案。教師提出問題：“觀察電飯鍋、熱氣球、冰箱的共同特征，聯(lián)系生活說明冷、熱空氣的流動(dòng)方向?！比缓螅寣W(xué)生觀看制作走馬燈的視頻，查找關(guān)于走馬燈相關(guān)信息。教師在項(xiàng)目式教學(xué)中，賦予學(xué)生“小小發(fā)明家”的身份，讓學(xué)生在情境框架中，自主明確走馬燈設(shè)計(jì)要求，根據(jù)活動(dòng)實(shí)踐過程準(zhǔn)備制作器材，對(duì)走馬燈草圖進(jìn)行繪制、美化、創(chuàng)新，輔助他們?cè)凇白唏R燈”性能、結(jié)構(gòu)原理的不斷改進(jìn)中，發(fā)現(xiàn)問題，尋找方法，掌握“走馬燈”“熱空氣上升，冷空氣下降”的科學(xué)應(yīng)用方法，形成應(yīng)用多學(xué)科、多領(lǐng)域知識(shí)解決實(shí)際問題的思維與能力。

二、收集資料信息，討論設(shè)計(jì)方案

項(xiàng)目教學(xué)主張先學(xué)后教，先練后講，教學(xué)重點(diǎn)不能放在特定學(xué)科上，而是要利用特定的重點(diǎn)問題，引導(dǎo)學(xué)生以更廣泛的視角，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)新知識(shí)，掌握新內(nèi)容。原則上，教師在明確項(xiàng)目任務(wù)目標(biāo)后，要將整個(gè)項(xiàng)目工作交給學(xué)生獨(dú)立完成，讓學(xué)生在環(huán)環(huán)相扣的方案設(shè)計(jì)、信息收集、項(xiàng)目實(shí)施中利用多學(xué)科理論知識(shí)，解答疑難，追求真理。因此，教師搭建項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，明確任務(wù)要求后，要將項(xiàng)目交由學(xué)生自主制訂計(jì)劃，分析設(shè)計(jì)流程，相互協(xié)作交流，完成對(duì)整個(gè)工作過程的設(shè)計(jì)勾畫。

例如，教學(xué)《形狀與抗彎曲能力》《做框架》《拱形的力量》時(shí)，教師開發(fā)“橋梁建筑師”項(xiàng)目課程，引導(dǎo)學(xué)生沿著項(xiàng)目主線，融合數(shù)學(xué)幾何原理，綜合考慮結(jié)構(gòu)、拱形、拉索、物態(tài)變化等元素，合作繪制工程草圖，“研究搭建各種不同形狀的橋梁”。教師提問：“欣賞橋的形狀、結(jié)構(gòu)美。揚(yáng)州二十四橋、長(zhǎng)江三峽山谷橋、西藏鐵路大橋、法國(guó)古代石拱橋等不同橋的形狀、結(jié)構(gòu)有哪些不同？”用“水泥直立橋、連續(xù)石拱橋、鋼框架梁橋”情境畫面啟動(dòng)項(xiàng)目，任務(wù)要求：“用生活材料建造一架結(jié)構(gòu)完整的橋梁，承重至少50 個(gè)回形針?！备餍〗M組長(zhǎng)控制項(xiàng)目進(jìn)度，測(cè)試橋梁性能，小組成員分工合作收集信息，準(zhǔn)備材料，選定橋梁模型。

材料石料水泥鋼鐵鋼筋水泥形狀連續(xù)石拱橋水泥直立橋鋼框架梁橋鋼索斜拉橋結(jié)構(gòu)拱形結(jié)構(gòu)條形結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)鋼索結(jié)構(gòu)用途行人引水行車行車拱與橋面關(guān)系橋面在拱上方橋面在拱下方

教師：“平面橋、石拱橋、斜拉橋哪個(gè)更能夠承力？可能會(huì)用哪些技術(shù)的處理方法？”定義需要解決問題：“橋梁作用是什么？橋梁基本結(jié)構(gòu)包括哪些？什么會(huì)導(dǎo)致橋梁的承受力不同？提高抗彎曲能力的方法有哪些？抗彎曲能力強(qiáng)的形狀是哪種？”然后，由學(xué)生自主收集信息，商討、估算所需的木棍、紙板材料，確定需要搭建平板橋、拱橋、斜拉橋的形狀與結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生能基于風(fēng)力、地形、結(jié)構(gòu)等因素，測(cè)算橋墩之間的距離，統(tǒng)計(jì)稱重?cái)?shù)據(jù)，提高綜合知識(shí)技能應(yīng)用，感受建造橋梁的艱辛與快樂。

三、調(diào)動(dòng)高階思維，協(xié)作改進(jìn)釋疑

STEM 理念，以提升學(xué)生創(chuàng)新能力、理性思維、科學(xué)精神為教育目標(biāo)。教師在項(xiàng)目課程開發(fā)中，要科學(xué)整合資源內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生高階思維，驅(qū)動(dòng)他們利用所學(xué)知識(shí)思考、執(zhí)行、改進(jìn)、調(diào)整和創(chuàng)造。因?yàn)椋W(xué)科學(xué)包含生物、氣象、環(huán)境、天文、自然、物理多領(lǐng)域、多學(xué)科知識(shí)內(nèi)容，項(xiàng)目任務(wù)就是要讓學(xué)生在求解的過程中產(chǎn)生一些“奇思妙想”，基于學(xué)習(xí)內(nèi)容，自覺整理出與問題解決相關(guān)聯(lián)的知識(shí)，并創(chuàng)造性地解決問題。

例如，教學(xué)“計(jì)量時(shí)間”這一單元時(shí)，教師開發(fā)項(xiàng)目課程“做一個(gè)鐘擺計(jì)時(shí)器”，目的讓學(xué)生在“創(chuàng)造”計(jì)時(shí)工具的實(shí)踐過程中，比較、理解人類計(jì)時(shí)工具的演變、用途、需求，運(yùn)用測(cè)量、比較、統(tǒng)計(jì)的方法，研究擺繩長(zhǎng)度對(duì)鐘擺快慢的影響。目標(biāo)：鐘擺外形美觀，環(huán)保節(jié)約，30 秒擺動(dòng)30 次。材料準(zhǔn)備：木架臺(tái)、秒表、50cm 長(zhǎng)尺、剪刀、棉繩、膠繩、回形針。高階思維是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)觀察、更新、反饋的發(fā)展過程，所以，教師要在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，提出研討話題：“擺繩長(zhǎng)短有什么特點(diǎn)？”“擺繩長(zhǎng)短與擺的快慢有什么關(guān)系？”指導(dǎo)學(xué)生在反復(fù)測(cè)試、記錄、測(cè)量、反思中分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，修正自己的預(yù)測(cè)，得出結(jié)論。

擺錘輕重25g 50g 75g 90g擺動(dòng)次數(shù)95 95 95 95發(fā)現(xiàn)擺錘輕重與擺動(dòng)快慢無關(guān)

在測(cè)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)：擺錘輕重與擺動(dòng)快慢無關(guān)。這時(shí)嘗試采用遞減法、倍減法、遞增法、倍增法，依此類推，把擺繩長(zhǎng)度減少或增加，統(tǒng)計(jì)擺動(dòng)的頻次會(huì)不會(huì)相應(yīng)減少。

擺繩長(zhǎng)度10cm 15cm 20cm 25cm擺動(dòng)次數(shù)95 78 66 60發(fā)現(xiàn)擺繩越長(zhǎng)，擺動(dòng)越慢擺繩越短，擺動(dòng)越快

結(jié)論：“擺的快慢與擺錘輕重?zé)o關(guān)，與擺繩長(zhǎng)度有關(guān)，擺繩越短，擺動(dòng)越快?！?/p>

項(xiàng)目評(píng)價(jià)表

數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有力證據(jù)，“控制變量”是搜集證據(jù)的重要方法，有了數(shù)據(jù)，就有了比較、發(fā)現(xiàn)、結(jié)論。因此，教師向?qū)W生出示項(xiàng)目評(píng)價(jià)量表，要求學(xué)生按照指令，進(jìn)行交叉分組測(cè)試，展開數(shù)據(jù)“可視化”分析、調(diào)整、記錄，讓學(xué)生通過前后數(shù)據(jù)的計(jì)算、對(duì)比，認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)中的重要性，形成嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度，在實(shí)踐中不斷追求1 分鐘擺動(dòng)60 次，知道時(shí)間的常用單位及換算關(guān)系，深刻認(rèn)識(shí)到技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的作用。

項(xiàng)目式教學(xué)是以知識(shí)、技能、行動(dòng)發(fā)展為導(dǎo)向的教學(xué)方法。教師在課上要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，為學(xué)生提供自主改進(jìn)、完善的空間，讓他們能在項(xiàng)目活動(dòng)的回顧、評(píng)價(jià)中，相互交流、展示、反思成果，對(duì)科學(xué)原理和自然事物規(guī)律進(jìn)行歸納、分析、解釋。因?yàn)?，學(xué)生在生活中，見過各種不同類型的鐘擺，對(duì)鐘擺原理、材料理解難度不大，但學(xué)生一般不會(huì)深入思考擺錘重心至固定點(diǎn)距離的關(guān)系?！袄K長(zhǎng)、擺錘相同，為什么相同時(shí)間擺動(dòng)次數(shù)不一樣？”結(jié)論：“擺錘改變重心，也改變了鐘擺長(zhǎng)度。”項(xiàng)目課程開發(fā)不能單純演繹知識(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生在問題、設(shè)計(jì)、制作、評(píng)測(cè)、完善、回顧、總結(jié)中，學(xué)會(huì)運(yùn)用理性思維和不同方法探索問題，促使學(xué)生在尋求合理證據(jù)的過程中，能以更為廣泛的技術(shù)思維、工程視角，進(jìn)行邏輯推理，精準(zhǔn)計(jì)算數(shù)據(jù)、尺寸，對(duì)復(fù)雜問題的相互關(guān)系做出科學(xué)解釋，讓學(xué)生在創(chuàng)新思維、科學(xué)精神、實(shí)踐能力不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，具備運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)、方法解決問題的能力。

總之，STEM 教育理念下的項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)，要融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域、多學(xué)科知識(shí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在富有挑戰(zhàn)性與思考性的學(xué)習(xí)環(huán)境中，能基于項(xiàng)目實(shí)踐需求，自主運(yùn)用科學(xué)的思想和方法，分析問題、解決問題，理解科學(xué)概念，掌握綜合知識(shí)技能、項(xiàng)目課程開發(fā)的目的是更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新實(shí)踐能力，教師要合理利用項(xiàng)目任務(wù)，拓展延伸資料背景，驅(qū)動(dòng)學(xué)生在猜測(cè)、設(shè)計(jì)、構(gòu)想與創(chuàng)造的過程中，相互啟發(fā)、相互協(xié)作，深刻理解科學(xué)本質(zhì)與科學(xué)原理，提高創(chuàng)造能力，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維與科學(xué)精神的綜合發(fā)展。