基于產(chǎn)品導(dǎo)向STEM教育理念的小學(xué)數(shù)學(xué)課例建構(gòu)行動(dòng)研究

文/廣州市教育研究院 侯煜群

廣州市白云區(qū)棠溪小學(xué) 李志勇

基于STEM理念促進(jìn)小學(xué)數(shù)學(xué)課程與其它課程有效地融合，是數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育的重要內(nèi)容之一?？茖W(xué)探究取向和產(chǎn)品制作取向是當(dāng)前STEM教育的兩個(gè)重要的發(fā)展方向。為更好地開展研究，下面將只討論基于產(chǎn)品導(dǎo)向的STEM教育如何融入小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中。由于相關(guān)的實(shí)證研究較少，我試圖以行動(dòng)研究為方法，探討基于產(chǎn)品導(dǎo)向STEM教育理念的小學(xué)數(shù)學(xué)課例應(yīng)如何建構(gòu)。

一、課例一：筆袋設(shè)計(jì)與制作

（一）課程導(dǎo)入階段

首先借助“工程設(shè)計(jì)”的動(dòng)畫引入工程設(shè)計(jì)的概念和流程。

（二）問題確認(rèn)階段

1.需求分析。創(chuàng)設(shè)設(shè)計(jì)筆袋的情境，教師指導(dǎo)學(xué)生明確目標(biāo)是什么？客戶是誰？客戶需求是什么？筆袋設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是什么？筆袋制作的限制是什么？

2.實(shí)際調(diào)研。教師讓學(xué)生分析概括現(xiàn)有筆袋的特點(diǎn)，從而遷移到即將設(shè)計(jì)的筆袋的標(biāo)準(zhǔn)。

（三）概念設(shè)計(jì)階段

教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧工程設(shè)計(jì)流程后，提出繪制設(shè)計(jì)圖的要求：1.用多種視角繪制設(shè)計(jì)圖，清晰準(zhǔn)確的表示出筆袋的外觀，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)立體到平面的轉(zhuǎn)換。學(xué)生應(yīng)用四年級(jí)所學(xué)三視圖（主視圖、左視圖、俯視圖）的數(shù)學(xué)知識(shí)完成設(shè)計(jì)圖的繪制。2.用比例尺標(biāo)記設(shè)計(jì)圖，用形象的語言與直觀的實(shí)物進(jìn)行引導(dǎo)，有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)比例尺的理解。教師提出工程上常用的比例尺的概念。3.在設(shè)計(jì)圖上寫出設(shè)計(jì)制作需要的材料及數(shù)量。在設(shè)計(jì)前，將材料價(jià)目單與設(shè)計(jì)圖紙一并發(fā)放給學(xué)生，提出產(chǎn)品預(yù)算的概念，幫助學(xué)生加深對(duì)情境學(xué)習(xí)的認(rèn)知。

（四）制作實(shí)施階段

完成產(chǎn)品的制作是考查學(xué)生數(shù)學(xué)與科學(xué)、技術(shù)等知識(shí)整合情況的標(biāo)準(zhǔn)。在制作實(shí)施階段，關(guān)鍵是如何組內(nèi)分工合作？如何運(yùn)用技術(shù)手段優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品？如何憑借科學(xué)知識(shí)改進(jìn)材料？本階段的重點(diǎn)是制作工具的選取和使用，難點(diǎn)則是使平面到立體的轉(zhuǎn)化。

（五）測(cè)試改進(jìn)階段

教師對(duì)制作完成的筆袋提出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，去極值取平均分進(jìn)行評(píng)分。各小組代表展示產(chǎn)品，匯報(bào)本組的設(shè)計(jì)制作理念，并從產(chǎn)品的性能、外觀等方面進(jìn)行闡述，匯報(bào)后完成產(chǎn)品測(cè)試。教師歸納總結(jié)，提出如何改進(jìn)筆袋的要求，學(xué)生思考后再設(shè)計(jì)制作。

（六）二次循環(huán)階段

1.再設(shè)計(jì)與制作

本階段學(xué)生應(yīng)更加關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量的提升。學(xué)生分組討論，重新繪制設(shè)計(jì)圖。教師要求學(xué)生在設(shè)計(jì)圖上寫出改進(jìn)的地方以及運(yùn)用的科學(xué)原理。學(xué)生前往老師處領(lǐng)取制作材料后完成再制作。

2.再測(cè)試與反思

本階段中產(chǎn)品的評(píng)價(jià)仍由各小組成員采取去極值取平均分的方式評(píng)分。本階段學(xué)生測(cè)試完產(chǎn)品后，對(duì)比本次測(cè)試結(jié)果與上次測(cè)試結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品的二次設(shè)計(jì)制作的改進(jìn)之處進(jìn)行闡述。

二、行動(dòng)結(jié)果與研究結(jié)論

1.行動(dòng)結(jié)果

產(chǎn)品導(dǎo)向型STEM教育融入到小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，通過讓學(xué)生動(dòng)手參與工程任務(wù)，使學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的樂趣，對(duì)解決實(shí)際問題也有極大的幫助。在課例《筆袋的設(shè)計(jì)與制作》中，應(yīng)用科學(xué)、數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)解決問題，應(yīng)用技術(shù)學(xué)科知識(shí)提供策略，應(yīng)用工程學(xué)科知識(shí)整合知識(shí)工具。在制作筆袋這一真實(shí)情境中，學(xué)生需要了解制作筆袋所涉及的相關(guān)的學(xué)科知識(shí)，學(xué)科知識(shí)與真實(shí)情境實(shí)現(xiàn)了整合；在完成筆袋的承重力測(cè)量過程中，科學(xué)與技術(shù)等學(xué)科知識(shí)實(shí)現(xiàn)了整合；在考慮何種大小、形狀的筆袋受力最為均勻過程中，數(shù)學(xué)與科學(xué)等學(xué)科知識(shí)實(shí)現(xiàn)了整合；將工程設(shè)計(jì)的流程貫穿于設(shè)計(jì)制作中，工程設(shè)計(jì)與實(shí)施策略更加具有科學(xué)性。設(shè)計(jì)制作筆袋的整個(gè)流程將相應(yīng)的科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程等學(xué)科知識(shí)實(shí)現(xiàn)了較好的整合。學(xué)生在動(dòng)手制作筆袋之后，不僅學(xué)會(huì)了使用測(cè)量工具進(jìn)行精確測(cè)量，而且學(xué)會(huì)了將數(shù)學(xué)知識(shí)中的比例尺應(yīng)用到工程的繪圖中，還學(xué)會(huì)了借助數(shù)學(xué)知識(shí)中的多種視角繪圖呈現(xiàn)筆袋各面。

2.研究結(jié)論

通過對(duì)課例《筆袋的設(shè)計(jì)與制作》的行動(dòng)研究，筆者將基于產(chǎn)品導(dǎo)向的STEM教育理念較好地融入到了小學(xué)教學(xué)中，為更好地指導(dǎo)小學(xué)一線教師進(jìn)行相應(yīng)的課例開發(fā)。課堂是推進(jìn)STEM教育的主陣地，但STEM教育對(duì)于教師們來說比較陌生，如何在課堂上有效實(shí)施STEM課程，是教師們的難題。以設(shè)計(jì)制作為主要活動(dòng)形式、以工程設(shè)計(jì)為框架的項(xiàng)目學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)步驟，建構(gòu)作為產(chǎn)品制作為取向的STEM課堂的基本范式，并以此為突破點(diǎn)，創(chuàng)建研究性學(xué)習(xí)課程體系下的課堂教學(xué)范式是未來可期的方向。