樹立STEM教育理念 實(shí)踐項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

〔摘" "要〕" 隨著教育改革的不斷深入，STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教育中的應(yīng)用日益受到重視。本文旨在探討基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐，通過跨學(xué)科融合與實(shí)踐應(yīng)用，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。文章首先分析了STEM教育理念的內(nèi)涵與價(jià)值，然后結(jié)合小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，提出了基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐策略，并通過具體案例進(jìn)行了實(shí)證分析。最后，總結(jié)了STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐中的成效與啟示。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；STEM教育理念；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；跨學(xué)科融合；科學(xué)素養(yǎng)

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）20" " 0094-03

STEM模式教育強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)等多學(xué)科的融合與實(shí)踐應(yīng)用，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、問題解決能力與科學(xué)素養(yǎng)。在進(jìn)行小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中，引入STEM模式教育理念，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐，能夠有效提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。本文旨在探討基于STEM模式教育理念的小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐，為小學(xué)科學(xué)教育改革提供參考。

一、STEM教育理念的內(nèi)涵與價(jià)值

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科英文首字母的縮寫。STEM模式教育理念強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合與實(shí)踐應(yīng)用，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、問題解決能力與科學(xué)素養(yǎng)。通過STEM模式教育，學(xué)生能夠更好地適應(yīng)未來社會(huì)的發(fā)展需求，具備解決復(fù)雜問題的能力與創(chuàng)新精神。其價(jià)值體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

提升問題解決能力：STEM模式教育通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、動(dòng)手實(shí)踐等方式，讓學(xué)生聯(lián)系實(shí)際問題并在解決的過程中學(xué)習(xí)和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)：它打破了一直以來在教學(xué)中各個(gè)學(xué)科知識(shí)互相不聯(lián)系的常態(tài)，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試將不同學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成綜合性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，盡可能促進(jìn)學(xué)生對(duì)各學(xué)科知識(shí)的融會(huì)貫通及運(yùn)用。

強(qiáng)調(diào)實(shí)踐操作：STEM模式教育注重學(xué)生的實(shí)踐操作，通過動(dòng)手操作、項(xiàng)目制作等活動(dòng)，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問題的能力。

培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神：STEM模式項(xiàng)目往往需要團(tuán)隊(duì)合作，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的溝通技巧、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和領(lǐng)導(dǎo)能力。

總之，STEM模式教育理念以其獨(dú)特的跨學(xué)科性和實(shí)踐性，為科學(xué)課程教育注入了新的活力和動(dòng)力，有助于培養(yǎng)具備科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的復(fù)合型人才。

二、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)

小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)情境中通過完成項(xiàng)目以掌握科學(xué)知識(shí)、提升問題解決能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)具有以下特點(diǎn)：一是跨學(xué)科性，涉及多個(gè)學(xué)科的知識(shí)與技能；二是實(shí)踐性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)與應(yīng)用知識(shí)；三是自主性，鼓勵(lì)學(xué)生自主探究與合作學(xué)習(xí)；四是創(chuàng)新性，培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新思維和問題解決能力。

三、樹立STEM理念實(shí)踐項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的策略

（一）明確項(xiàng)目目標(biāo)

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，首先要明確項(xiàng)目目標(biāo)，確保項(xiàng)目?jī)?nèi)容涉及多個(gè)學(xué)科的知識(shí)與技能。例如，在設(shè)計(jì)“制作太陽能小車”項(xiàng)目時(shí)，需融合物理學(xué)中的太陽能轉(zhuǎn)化原理、工程學(xué)中的車輛設(shè)計(jì)與制作技術(shù)、數(shù)學(xué)中的計(jì)算與優(yōu)化等知識(shí)。

（二）注重實(shí)踐與觀察過程

STEM模式教育理念強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性與觀察性。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生親歷探究的過程，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律，同時(shí)注重觀察過程中的現(xiàn)象與問題。例如，在制作太陽能小車的過程中，學(xué)生需觀察太陽能板的轉(zhuǎn)化效率、小車的行駛速度與穩(wěn)定性等，以便進(jìn)行后續(xù)的優(yōu)化與改進(jìn)。

（三）鼓勵(lì)學(xué)生自主探究與合作學(xué)習(xí)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)鼓勵(lì)學(xué)生自主探究與合作學(xué)習(xí)。在教學(xué)中，教師應(yīng)以學(xué)生為主，把時(shí)間還給學(xué)生，引導(dǎo)他們自主探究，鼓勵(lì)學(xué)生從多方面獲取資料、在小組里集思廣益，從而得到解決問題的方法。同時(shí)，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)與他人合作，共同完成項(xiàng)目任務(wù)。

（四）實(shí)施多元化評(píng)價(jià)體系

在進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師實(shí)施的評(píng)價(jià)體系可以多一些，需關(guān)注學(xué)生的全過程表現(xiàn)。評(píng)價(jià)內(nèi)容應(yīng)包括學(xué)生的知識(shí)技能掌握情況、問題解決能力、創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面。通過多元化評(píng)價(jià)，教師能夠更全面地了解學(xué)生的表現(xiàn)，為后續(xù)教學(xué)提供參考。

四、案例分析

以“制作太陽能小車”項(xiàng)目為例，本項(xiàng)目旨在通過跨學(xué)科融合與實(shí)踐應(yīng)用，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)能力以及創(chuàng)新能力。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，教師首先引導(dǎo)學(xué)生了解太陽能轉(zhuǎn)化原理、車輛設(shè)計(jì)與制作技術(shù)等知識(shí)，然后鼓勵(lì)學(xué)生分組設(shè)計(jì)并制作太陽能小車。在制作過程中，學(xué)生需關(guān)注細(xì)節(jié)，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保小車能夠正常運(yùn)行。在完成這些后，教師要及時(shí)組織學(xué)生把成果展示出來并且互相評(píng)價(jià)，關(guān)注學(xué)生的全過程表現(xiàn)與創(chuàng)新能力。親歷了本項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程，學(xué)生獲得了相關(guān)的知識(shí)，能力也在一定程度上得到了提升。

（一）項(xiàng)目背景

在教科版（2017年版）科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)《用氣球驅(qū)動(dòng)小車》一課的教學(xué)中，課上制作了以氣球?yàn)閯?dòng)力的小車，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中初步經(jīng)歷了簡(jiǎn)單小車的設(shè)計(jì)與組裝，對(duì)動(dòng)力有所了解。氣球小車的優(yōu)點(diǎn)是不污染環(huán)境，當(dāng)然缺點(diǎn)也很明顯，跑的距離很短。鑒于這種情況，我啟發(fā)學(xué)生展開對(duì)關(guān)于能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重問題的思考，尋找能夠替代石化能源的清潔動(dòng)力源，讓小車不僅能動(dòng)起來還能比氣球小車跑更遠(yuǎn)。太陽能作為一種清潔、可再生能源，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。本?xiàng)目旨在通過制作太陽能小車，讓學(xué)生了解太陽能的轉(zhuǎn)換和利用原理，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及創(chuàng)新思維。

（二）項(xiàng)目目標(biāo)

讓學(xué)生掌握太陽能電池板的工作原理和電能轉(zhuǎn)換過程。

學(xué)習(xí)小車的設(shè)計(jì)和組裝技巧。

培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和問題解決能力。

（三）所需材料

太陽能電池板每組一塊；直流電機(jī)（學(xué)生用）；智能控制模塊；車輪四個(gè)和底盤一個(gè)；導(dǎo)線、螺絲等連接材料若干。

（四）項(xiàng)目實(shí)施步驟

理論學(xué)習(xí)。介紹太陽能電池板的工作原理，包括光電效應(yīng)和電能轉(zhuǎn)換過程。太陽能電池板的原理主要基于光伏效應(yīng)，即光照射到半導(dǎo)體材料時(shí)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。以下是關(guān)于太陽能電池板工作原理的詳細(xì)解釋。第一，光吸收。當(dāng)太陽光照射到太陽能電池板表面時(shí)，光子（太陽光的基本粒子）被光伏電池中的半導(dǎo)體材料（如硅）吸收；電子激發(fā)：半導(dǎo)體材料的原子結(jié)構(gòu)使它們能夠吸收特定能量的光子。第二，電子分離與電流產(chǎn)生：太陽能電池通常由兩層不同類型的半導(dǎo)體材料組成。由于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體中的載流子濃度不同，在PN結(jié)處會(huì)形成一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)。這個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)使自由電子和空穴在PN結(jié)處發(fā)生分離，并分別向N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體移動(dòng)。當(dāng)太陽能電池的兩端通過外部電路連接時(shí)，自由電子會(huì)通過外部電路從N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體，形成電流，為外部負(fù)載提供電能。第三，電壓與電流的調(diào)整：?jiǎn)蝹€(gè)光伏電池產(chǎn)生的電能有限，因此太陽能電池板通常由多個(gè)光伏電池組成；太陽能電池板產(chǎn)生的直流電通常需要通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，才能為大多數(shù)家庭和工業(yè)設(shè)備供電。另外，如果需要儲(chǔ)存電力，則可以通過蓄電池系統(tǒng)將多余的電能存儲(chǔ)起來，供夜間或陰天時(shí)使用?？偟膩碚f，太陽能電池板通過光伏效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，整個(gè)過程簡(jiǎn)單、環(huán)保且可再生，是一種非常清潔的能源轉(zhuǎn)換方式。

講解小車的驅(qū)動(dòng)原理，包括電機(jī)的工作原理和控制方式。以下是電機(jī)的工作原理和控制方式的詳細(xì)解答。第一，電機(jī)工作原理。電機(jī)是一種可將電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置。通過電磁轉(zhuǎn)矩的作用，發(fā)電機(jī)從機(jī)械系統(tǒng)吸收機(jī)械功率，電動(dòng)機(jī)向機(jī)械系統(tǒng)輸出機(jī)械功率。根據(jù)建立磁場(chǎng)方式的不同，形成了不同種類的電機(jī)。第二，電機(jī)控制方式。電機(jī)有多種控制方式，以下是幾種常見的方法。一是直接電壓控制：這是最基本的電機(jī)控制方式之一，適用于直流電機(jī)，具有控制簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但維護(hù)成本可能較高。二是速度閉環(huán)控制：通過測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速并將其與設(shè)定的速度進(jìn)行比較，然后調(diào)整控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的閉環(huán)控制，通常使用編碼器、傳感器等裝置提供轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，具有較高的控制精度和穩(wěn)定性。三是矢量控制：又稱矢量變量控制，主要針對(duì)交流電機(jī)，適用于交流電機(jī)在復(fù)雜工況下的需求，如電梯、風(fēng)電等的應(yīng)用。四是步進(jìn)電機(jī)控制：將輸入的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械角度或直線位移的控制方式，步進(jìn)電機(jī)每收到一個(gè)脈沖信號(hào)，就會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度或移動(dòng)一個(gè)固定的距離，具有定位精度高、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。五是無傳感器控制：通過推斷和估計(jì)電機(jī)的位置和轉(zhuǎn)速，而無須使用傳感器進(jìn)行反饋的控制方式，它利用電機(jī)的后電勢(shì)和電流等信號(hào)進(jìn)行估計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

設(shè)計(jì)小車。學(xué)生分組討論，設(shè)計(jì)小車的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；繪制小車的設(shè)計(jì)圖紙，確定各部件的尺寸和位置。

組裝小車。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，準(zhǔn)備所需材料；將太陽能電池板、電機(jī)、車輪等部件組裝在一起，形成小車的主體結(jié)構(gòu)；連接電路，確保太陽能電池板能夠正常為電機(jī)提供電能。

測(cè)試與優(yōu)化。在陽光下測(cè)試小車的行駛速度和穩(wěn)定性；根據(jù)測(cè)試結(jié)果，調(diào)整小車的結(jié)構(gòu)或電路，以優(yōu)化性能。

展示與評(píng)價(jià)。各組展示自己制作的太陽能小車，并分享制作過程中的經(jīng)驗(yàn)和收獲。

教師和學(xué)生共同評(píng)價(jià)各組作品，提出改進(jìn)建議。

（五）項(xiàng)目成果

通過本項(xiàng)目，學(xué)生制作出能夠利用太陽能行駛的小車，并在此過程中掌握太陽能電池板的工作原理、小車的驅(qū)動(dòng)原理以及組裝技巧。親歷了全部的過程，學(xué)生之間配合越來越好。

（六）拓展活動(dòng)

為了進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)新能源的理解，可以組織一些拓展活動(dòng)，如：研究其他類型的新能源（如風(fēng)能、水能等），并嘗試將其應(yīng)用于小車制作中。探討新能源的優(yōu)缺點(diǎn)以及未來的發(fā)展趨勢(shì)。

這個(gè)STEM模式案例不僅讓學(xué)生了解了太陽能的利用原理，之后學(xué)生再遇到需要?jiǎng)邮植僮鞯膬?nèi)容會(huì)更熟練，完成起來會(huì)更順暢。

五、結(jié)論與啟示

基于STEM模式教育理念的小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐，能夠有效提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。通過跨學(xué)科融合與實(shí)踐應(yīng)用，學(xué)生能夠更好地掌握科學(xué)知識(shí)，提升問題解決能力。同時(shí)，親歷了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生獲得了親身體驗(yàn)，提升了與伙伴之間的默契，自己的動(dòng)手能力也更強(qiáng)了。未來，應(yīng)繼續(xù)深化STEM模式教育理念在小學(xué)科學(xué)教育中的應(yīng)用，探索更多有效的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力貢獻(xiàn)力量。

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