STEM教育背景下《制作太陽能小臺燈》項目式教學(xué)模式探索

查嘉雯

〔摘? ? 要〕? STEM教育背景下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)，更多的是項目式教學(xué)，以項目式教學(xué)為載體，以項目式學(xué)習(xí)為方式。小學(xué)科學(xué)課程中“技術(shù)、工程與社會”內(nèi)容中有一些項目，符合STEM教育理念，適合開展STEM活動。教師可以開發(fā)一些項目，引導(dǎo)學(xué)生基于跨學(xué)科思維和方法，制造產(chǎn)品，借助創(chuàng)意作品進行實驗探究。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；STEM教育；項目式教學(xué)模式；太陽能技術(shù)

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 16? ? 070-072

STEM教育是一種源于美國的教育理念。STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)英文首字母的縮寫，它主張將科學(xué)教育、技術(shù)教育、工程教育、數(shù)學(xué)教育融為一體，運用多學(xué)科知識解決復(fù)雜的問題，強調(diào)教學(xué)的跨學(xué)科性、實踐性、探究性。STEM教育對我國的教育產(chǎn)生了一定的影響，推動了科學(xué)等學(xué)科教學(xué)的革新與發(fā)展。廣大科學(xué)教師應(yīng)積極嘗試，將其融入科學(xué)課程教學(xué)，以優(yōu)化科學(xué)教學(xué)方法，提升科學(xué)教學(xué)質(zhì)效，促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展。STEM教育背景下的科學(xué)教學(xué)是一種跨學(xué)科主題教學(xué)，是一種多學(xué)科的實踐探究活動，教學(xué)中主張借助跨學(xué)科概念，加強工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)與科學(xué)的融合，整合探究式、體驗式、項目式等教學(xué)方式。STEM教育背景下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)更多的是一種項目式教學(xué)，以項目為載體，以項目式學(xué)習(xí)為方式。

小學(xué)科學(xué)課程中的“技術(shù)、工程與社會”內(nèi)容中有一些項目，符合STEM教育理念，適合開展STEM活動，教師可以開發(fā)一些項目，引導(dǎo)學(xué)生基于跨學(xué)科思維和方法制造產(chǎn)品，借助創(chuàng)意作品進行實驗探究。譬如，“制作太陽能小臺燈”就是一個很好的項目，是以“太陽能技術(shù)”為核心概念，將科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等內(nèi)容高度整合的創(chuàng)意實踐活動。教師可以借助太陽能小臺燈的制作，引導(dǎo)學(xué)生展開探究學(xué)習(xí)，在科學(xué)課堂上滲透STEM教育。筆者以《制作太陽能小臺燈》一課為例，談?wù)凷TEM教育背景下的小學(xué)科學(xué)項目式教學(xué)模式。

一、情境導(dǎo)入，引出項目

小學(xué)科學(xué)課程標準在“技術(shù)、工程與社會”內(nèi)容中做出教學(xué)提示，建議教師通過創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中體感受工程與技術(shù)的基本特點。情境是項目的生發(fā)土壤，是科學(xué)探究的載體。教師可以立足現(xiàn)實世界，創(chuàng)設(shè)生活情境，在具體生動的場景中，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，從而引出研究項目，啟動科學(xué)探究。

項目式教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)，要具有真實性、趣味性、可操作性。要激發(fā)學(xué)生的興趣愛好，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，充分喚醒學(xué)生的主體意識，促使學(xué)生變?yōu)閷W(xué)習(xí)的主人，積極主動地投入項目研究中去。

在《制作太陽能小臺燈》一課教學(xué)中，我出示了一張小區(qū)路燈圖片，請學(xué)生觀察并說說圖片中的路燈與普通路燈有何不同。熟悉的場景一下子吸引了學(xué)生的注意力，喚起學(xué)生的生活回憶：“我見過，這是太陽能路燈?！薄八抢锰柲軄碚彰鞯??！薄吧厦娴难b置是太陽能光電板?！薄疤柲芄怆姲蹇梢詫⑻柲苻D(zhuǎn)換成電能。”學(xué)生你一言我一語，太陽能路燈引起了他們的興趣?！澳銈兌目烧娑?！你們知道生活中還有哪些地方用到太陽能嗎？利用太陽能有什么優(yōu)點呢？”我邊表揚邊向?qū)W生提出問題，引導(dǎo)他們進一步認識太陽能。在引導(dǎo)學(xué)生初步了解了太陽能的應(yīng)用和價值后，我給學(xué)生出示了一盞小臺燈，并向?qū)W生求助說：“我做了一臺太陽能小臺燈，可是覺得不夠亮，你們能幫我想想辦法嗎？”我的求助再次引發(fā)學(xué)生的思考和討論。有的學(xué)生建議：“換一個大一點的燈泡，這樣亮度就會變大?！庇械膶W(xué)生說：“換一塊大一點的太陽能光電板，讓太陽光照射的面積大一點?！薄皳Q一塊大一點的蓄電池，使儲存的電能多一點?！薄澳銈兊南敕烧娑?，但是這些方法到底行不行呢？太陽能燈的亮度受哪些因素影響呢？”我邊耐心地聆聽學(xué)生的回答，邊對學(xué)生的觀點提出疑問，同時激勵學(xué)生說：“你們愿意親手做一盞太陽能小臺燈來研究研究嗎？”學(xué)生聽說我讓他們制作太陽能小臺燈，一個個歡呼雀躍。就這樣，既提出了科學(xué)探究問題，又引出了科學(xué)研究項目，還激發(fā)了學(xué)生探究興趣，可謂一舉三得。

二、跨界思考，設(shè)計方案

“工程設(shè)計與物化”是科學(xué)課程的一個重要內(nèi)容，也是STEM教育的重要載體?！霸O(shè)計與物化”是STEM活動的兩個重要環(huán)節(jié)，其中“設(shè)計”是工程的關(guān)鍵，也是項目式教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。“設(shè)計”是設(shè)計問題解決方案的過程，是為產(chǎn)品或模型制作準備的過程。設(shè)計方案也是跨界思考的過程，是訓(xùn)練學(xué)生思維的一個重要途徑。部分科學(xué)教師對設(shè)計教學(xué)不太重視，很少組織引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計方案，往往直接把作品的制作方法、步驟告知學(xué)生，讓學(xué)生“依葫蘆畫瓢”，機械地模仿制作。這樣的操作，往往束縛了學(xué)生思維，導(dǎo)致學(xué)生失去思考分析的機會，失去綜合運用知識、方法解決問題的機會，也使STEM教育與科學(xué)探究失去了意義。

STEM教育背景下的工程設(shè)計，是跨學(xué)科融合的過程，是跨界思維的過程。教師引導(dǎo)學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識，引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)思維、工程思維、技術(shù)思維、數(shù)學(xué)思維去思考和解決問題，整合科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)知識和方法去設(shè)計工程問題的規(guī)范和流程，優(yōu)化并形成合適的方案。

教學(xué)《制作太陽能小臺燈》一課時，在提出“制作太陽能小臺燈”的任務(wù)后，我讓學(xué)生分組討論，合作探討“太陽能小臺燈的制作方案”。在學(xué)生設(shè)計制作方案時，我給學(xué)生提供了助學(xué)單，為學(xué)生搭建了學(xué)習(xí)支架，給學(xué)生提供了設(shè)計思路：制作太陽能燈需要哪些部件？每個部件分別起到什么作用？怎樣組裝部件將線路串聯(lián)起來？畫出示意圖闡明自己的思路和創(chuàng)意。

各組學(xué)生圍繞助學(xué)單上的幾個問題展開討論，從科學(xué)、工程、技術(shù)等角度進行構(gòu)思。他們運用科學(xué)中的電路知識和方法，選擇太陽能光電板、燈泡、開關(guān)、導(dǎo)線等電路連接的主要材料，并且繪制出零部件的連接草圖。他們還從技術(shù)與工程視角出發(fā)，選擇了一個底板當(dāng)臺燈的底座，選擇了一個燈泡座安裝燈泡，選擇了雙面膠固定連接部件。在方案設(shè)計過程中，他們有商量也有爭議，有針對電路如何設(shè)計的問題，有關(guān)于燈泡亮度的影響因素，有關(guān)于太陽能光電板的安裝要求，有關(guān)于如何對接接口確保電路接通。在學(xué)生爭議時，我適時介入，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑碰撞，幫助他們發(fā)現(xiàn)問題，探討解決方法，通過集思廣益，不斷優(yōu)化改進方案，提高方案的合理性與可操作性。

三、通力合作，制作作品

“實踐是檢驗真理的唯一標準?！睂嵺`體驗是科學(xué)教學(xué)、STEM教育的重要途徑和方法，在項目式科學(xué)教學(xué)中，自然也少不了實踐體驗。工程活動的本質(zhì)是創(chuàng)造人工實體，也就是人們常說的“物化”的過程，是實施設(shè)計方案和檢驗方案的過程。制作作品也是項目式教學(xué)模式的第三步，是訓(xùn)練學(xué)生工程實踐能力與創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。在這一步中，學(xué)生親手操作，親身體驗。

制作作品的過程并非“依葫蘆畫瓢”，并非原封不動地照搬設(shè)計方案，而是“做思結(jié)合”的過程，是“做中學(xué)”的過程。在制作作品時，學(xué)生要動手操作，要觀察，要思考，要融入多元思維，調(diào)整操作方法、步驟。在制作作品時，需要團隊分工與合作，小組成員相互配合支持，教師與學(xué)生共同合作。

學(xué)生制作作品的過程，往往是學(xué)生最為活躍的時候，此時的組織紀律比較差，需要教師的管控和指導(dǎo)。在學(xué)生動手制作之前，教師要明確紀律要求，提出注意事項。在學(xué)生制作過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些意外狀況，如有爭搶器材不守紀律的，有不按要求任意操作的，有遇到困難無法完成的。因此，教師要巡視，適時干預(yù)調(diào)控，或提醒學(xué)生注意秩序，或介入小組予以指導(dǎo)?？傊?，在學(xué)生制作作品過程中，教師要當(dāng)組織者、服務(wù)者與合作者，要為學(xué)生助力、賦能，確保方案的有效實施，確保任務(wù)的圓滿完成。

四、測試評估，深入探究

從科學(xué)探究的角度看，適當(dāng)利用實物模型或者工具有助于科學(xué)探究。產(chǎn)品制作讓科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)成為密切相關(guān)的整體。科學(xué)作品的制作有兩大作用：一是給學(xué)生提供應(yīng)用科學(xué)知識、方法、原理的平臺；二是可以借助作品深入探究，更好地理解科學(xué)原理。作品的制作完成，并不代表教學(xué)活動的結(jié)束，教師應(yīng)當(dāng)充分利用學(xué)生制作的作品，繼續(xù)組織開展相關(guān)教學(xué)活動：可以組織學(xué)生展示交流作品；可以組織測試評估作品；可以利用作品進行相關(guān)實驗。

測評是項目式教學(xué)模式的第四步，對作品進行測試評估，以了解學(xué)生產(chǎn)品的質(zhì)量和項目的完成情況。這既是對作品的檢驗，也是對學(xué)業(yè)質(zhì)量的評價。測評是在作品制作活動結(jié)束后，教師為學(xué)生搭建一個平臺，讓學(xué)生展示作品，交流觀點，分享經(jīng)驗，相互學(xué)習(xí)。

在檢測過程中，我還組織學(xué)生展開深入探究，引導(dǎo)學(xué)生比較各組小臺燈的亮度，分析造成不同亮度的原因，找出影響太陽能燈亮度的因素。有的學(xué)生通過觀察比較，發(fā)現(xiàn)光電板小的臺燈暗較，光電板大的臺燈較亮，從而得出“受光面積越大，燈亮度越大”的結(jié)論；有的學(xué)生通過猜想和實驗，發(fā)現(xiàn)光電板的受光角度也會影響太陽能燈的亮度；有的學(xué)生還利用制作的太陽能臺燈反復(fù)實驗，通過研究得出新的結(jié)論：“光電板的受光角度越大，燈就越亮，當(dāng)受光角度達到90°時最亮。”測評過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生檢測作品，感受成功；引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，深入探討；引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑碰撞，創(chuàng)新提升。在評價過程中，我們不僅要評價作品，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，還要評價學(xué)生的表現(xiàn)，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，讓他們懂得過程和結(jié)果同樣重要。在評價過程中，我們要面向全體，對每一組的作品都要予以認可，要采取賞識性評價，以提高學(xué)生的獲得感與自信心。

五、改進優(yōu)化，迭代升級

科技的創(chuàng)新發(fā)展促進了產(chǎn)品的迭代更新，迭代升級反過來催生學(xué)生深度學(xué)習(xí)和思維創(chuàng)新。學(xué)生制作的作品不可能十全十美，或多或少會存在某些方面的不足。有的可能是設(shè)計時就存在缺陷，有的可能是制作時精度不準，在作品測評中，這些問題就會暴露出來。因此，在測評結(jié)束后，教師要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，改進完善有缺陷的作品，鼓勵學(xué)生聽取同學(xué)提出的合理意見，借鑒他人的經(jīng)驗，有針對性地進行修改。

改進優(yōu)化是項目式科學(xué)教學(xué)中非常重要的一個環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)不僅是為了讓產(chǎn)品迭代升級，也是為了提高學(xué)生的能力和經(jīng)驗，幫助學(xué)生養(yǎng)成積極上進的品格和不斷學(xué)習(xí)提升的習(xí)慣。例如，教學(xué)《制作太陽能小臺燈》一課中，我在組織學(xué)生對制作的太陽能小臺燈進行“測試評估”后，引導(dǎo)學(xué)生對出現(xiàn)的問題進行分析，對學(xué)生提出的一些建議進行取舍，以改進優(yōu)化小臺燈的性能，提高小臺燈的亮度與美感。有的小組發(fā)現(xiàn)自己的臺燈不如別的小組臺燈亮，于是就更換大的光電板，以嘗試提高亮度。有的小組還創(chuàng)新想法：根據(jù)向日葵等植物的向光性，讓太陽能光電板隨著太陽移動而轉(zhuǎn)動，通過智能化轉(zhuǎn)動自動調(diào)節(jié)受光角度，保證受光角度時刻達到最優(yōu)，以使太陽能燈亮度一直最大。這種創(chuàng)新思路雖然暫時未能實現(xiàn)，卻可大大提高產(chǎn)品的性能，給學(xué)生提供了新的研究課題。

產(chǎn)品的改進與優(yōu)化，促進了學(xué)生深度思考，幫助學(xué)生實現(xiàn)了從低階學(xué)習(xí)向高階學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了自我進階與升級。我們要借助改進優(yōu)化環(huán)節(jié)，在不斷迭代升級的過程中，培養(yǎng)學(xué)生“問題—改進—新問題—再改進”的習(xí)慣。

六、回顧總結(jié)，拓展延伸

項目式教學(xué)是一根完整的閉環(huán)鏈條，從項目的引出到項目結(jié)束，中間經(jīng)歷了方案設(shè)計、作品制作、測試評估、改進優(yōu)化等四個環(huán)節(jié)，最后一環(huán)是總結(jié)延伸。所謂總結(jié)延伸，是指對整個項目式學(xué)習(xí)活動過程的回顧梳理、反思總結(jié)，從而建構(gòu)完整的知識體系，形成基本的活動經(jīng)驗。與此同時，教師還要將學(xué)習(xí)內(nèi)容予以拓展，給學(xué)生提出新的研究項目。

回顧總結(jié)時，教師應(yīng)以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生回顧學(xué)習(xí)過程、自我歸納總結(jié)所學(xué)到的知識、技能和方法，對得失成敗予以全面分析和反思。在教學(xué)結(jié)束前，教師還可以創(chuàng)設(shè)新情境，提出新問題，布置新任務(wù)。

參考文獻

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[2]張文君.STEM課堂中基于元認知發(fā)展的評價策略[J].實驗教學(xué)與儀器，2023（7）：92-94