基于STEM理念的活動開發

羅佳美 嚴文法 馬圓

摘要：作者基于STEM教育理念，綜合科學知識、計算機技術、工程思想和數學統計分析等多學科領域，開發出一套完整的STEM活動——“制定一日食譜”。該活動以高中化學選修I第一章“關注營養平衡”為核心知識，并利用計算機軟件“營養計算器”來進行一日食譜編制，體現了STEM教育的多學科融合和問題式項目式學習的特點，培養高中生的合作意識和實際問題的解決能力。

關鍵詞：STEM教育;活動開發;制定食譜;化學教學

文章編號：1008-0546（2018）10-0016-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

一、STEM的源起及價值

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）的簡寫，作為教育研究中的一個熱點議題，備受國內外教育研究者的關注川。STEM教育不是簡單地把科學、技術、工程和數學知識進行疊加，而是強調將原本分散的四門學科組成新的整體[2]。

它是1980年代美國為提升國家競爭力和勞動力創新能力而提出的一項國家教育戰略，旨在掃破學科領域邊界，培養學生的科技理工素養[3]。我國的STEM教育起步較晚，在基礎教育階段還沒有建立起完整的STEM教育體系。鑒于美國發展STEM教育所取得的巨大成就，重視并發展我國的STEM教育基葫深遠意義[4]。

化學學科作為一門科學課程，不只是單純地傳授給學生一些理論知識，而應該是讓大多數將來很可能不從事化學研究的普通學生通過化學課程的學習，對化學產生興趣，提高科學素養，并對他們今后的生存發展有所幫助[5]。2018年頒布的新課程標準更加關注社會現實生活，關注工程思想，強調學科之間的融合，要求學生了解化學與生活和社會發展的重要關系。STEM教育理念的興起為我國教育工作者提供了一條嶄新的思路。

二、活動設計

1.研究選題

高二學生正在學習化學選修教材，本活動正是以高二學生為研究對象，以化學選修一《化學與生活》第一章“關注營養平衡”為知識內容載體，開展STEM活動設計。在學生學習完第一章后進行該STEM活動，既可以鞏固所學知識，又可以提升綜合素養，還能指導飲食健康，一舉多得。

化學與生活的關系十分密切，在“關注營養平衡”這一章中，涉及有關生命基礎的一些重要物質，以及它們在人體內發生的一些化學反應，如糖類、油脂、蛋白質、維生素和微量元素等，這些知識不僅從屬于化學領域，同時也是生物學領域、營養學領域的交叉知識，非常適合作為跨學科跨領域活動設計的選題。因此，我們設計了基于本章知識的STEM活動——“制定一日食譜”，通過活動，學生可以更加全面地認識化學與健康飲食的關系，養成良好的飲食習慣，關注生活健康，將化學知識活學活用，培養學習化學的興趣。

2.設計思路

在科學知識層面上，以化學知識為主，同時融合其他學科知識。化學知識涉及糖類、油脂、蛋白質、維生素和微量元素的性質、結構、作用、體內化學反應等，生物學知識涉及各類營養素對于人體的重要生理作用及維持人體健康的最低、最高攝人量，營養學知識涉及《中國居民膳食指南（2016）》。

在技術層面，主要涉及計算機操作及軟件輔助技術。本課程中的一日食譜編制依托計算機軟件——“營養計算器V2.6標準版”來實現，此軟件操作簡潔、功能強大，既節省時間又兼具科學性，是制定食譜的得力助手。學生在學習完食譜制定的原理和步驟之后，觀摩老師操作軟件，再集中上機制定食譜，感受計算機輔助技術在實際問題解決中的作用。

在工程層面，以評估身邊同學及老師的營養狀況為切人點，引起學生學習興趣，并引出工程設計問題“究竟怎么吃才能科學又健康呢？”體現了工程學中從明確問題到制訂方案，最后測試和優化改進的系統性步驟。在活動過程中，學生還可能會遇到更加細節的問題：每種食物的具體攝人量設為多少？怎樣兼顧各項營養素指標？怎么評估食譜質量？……一個又一個的問題推動項目的深入和優化，體現了問題式學習的STEM理念。

在數學層面，涉及到各項營養素指標的攝人量計算，以及與標準范圍的對比，通過數據分析，不僅可以提高學生對于數字計算的敏感度，還可以據此不斷調整食譜內容，優化食物配比，以達到工程問題解決的目的。

3.教學過程

（1）創設情境激發興趣

教師通過PPT呈現幾位任課老師及匿名同學的全身生活照及他們日常的飲食習慣（包括早、中、晚餐、加餐，好惡食物等），讓同學們粗略評估他們的營養狀況。并且進一步引出問題：怎樣有針對性地對各類人群進行個性化食譜編制？

設計意圖：利用生活中的真實人物例子，吸引學生注意力，激發學習興趣，使之沉浸在情景中思考，順理成章引出STEM活動中的工程問題，體現工程思想。

（2）知識回顧整合梳理

教師采用概念圖的形式回顧第一章“關注營養平衡”的主要知識點（見圖1）。

設計意圖：此處主要涉及STEM中的科學知識部分，以化學選修1第一章的主要知識點為切入點，一方面可以復習剛剛學習完的知識，一方面為接下來的工程設計打下知識基礎，用概念圖的形式可以幫助學生建立起知識網絡框架，構建整體概念。

（3）介紹食譜編制的步驟

以15～18歲青少年為研究對象，該年齡階段剛好對應高中階段的學生，具有很強的現實指導意義。為了兼顧科學性和簡便性，我們確定編制食譜的步驟如下：

①確定對象的年齡、性別及活動量;

②軟件操作：按照推薦攝人的總能量、糖類、脂肪、蛋白質、維生素等的量值從食物庫中添加食物，直到滿足大部分推薦量值的最佳范圍;

③調試優化，最終確定一日食譜，小組間分享，實際實施食譜一天，提交活動報告。

設計意圖：制定食譜編制步驟，并借助計算機輔助技術，簡便快捷，體現了工程領域中的優化流程，節約成本的思想。同時研究對象的選擇具有代表性，對于學生日常生活具有很強的指導意義。

（4）教師演示軟件操作

①打開軟件“營養計算器V2.6標準版”。

②設置對象信息，以18歲輕體力女性勞動者為例進行設置，如圖2所示。

③錄入食物信息，點擊右側“早餐”，再點擊左下角“錄入菜肴”，彈出豐富的食物庫，雙擊庫中食物名稱即可添加進早餐食譜中，如圖3所示。

④同理錄入“午餐”“晚餐”“加餐”，如果食物庫中沒有想要的食物，也可以手動輸入。每加入一種食物，在上方顯示區中就會顯示食譜中已有食物的各項營養素數值總和，可以很清晰地與推薦攝人量進行對比。

⑤不斷調整優化食譜。軟件可以查詢相似食物、重點營養素食物等，便于有針對性地精細調整。最終應使得總能量、糖類、油脂、蛋白質、維生素（以VC為主）、微量元素（以鐵為主）等營養素基本達到標準。

設計意圖：體現STEM中的技術方面。計算機軟件輔助技術可以大大節約我們制定食譜的時間成本，并且精確度和科學性也得到了保證。由于該軟件對于學生來說是一個新鮮事物，所以需要教師先進行演示操作。

（5）學生合作自主設計

將學生分為若干小組，分別研究不同的對象，如：18歲輕體力女性勞動者、15歲輕體力男性勞動者等，按照本組的對象特征，有針對性地制定個性化食譜，注意兼顧各項營養素的范圍。最終確定食譜后，選定適宜的志愿者，進行一日食譜的試吃試驗，小組撰寫活動報告，討論交流評比。

設計意圖：活動的實踐設計洲降R。學生綜合運用STEM中的科學知識、計算和時支術、工程思想和數學統計分析方法進行如普編制，合作解決小組問題，項目式推進，工程式優化，全面提升綜合素養。

三、結語

“制定一日食譜”活動以化學選修1課本核心知識為載體，同時借鑒吸收了相關生物學、營養學的研究成果，涵蓋科學知識、計算機技術、工程思想、數理統計分析等多個領域，在保證科學性的前提下，適當調整相關步驟難度，簡化探究過程，使之適應高中生的STEM學習水平，切實提高高中生綜合素養和創新意識，培養學生化學學習興趣和學以致用的實踐理念。

參考文獻

[1]蔡慧英，顧小清.設計學習技術支持STEM課堂教學的案例分析研究[J].電化教育研究，2016，37（3）：93-100

[2]Morrison，J.Workforce and school[A]Briefing book.SEEK-6 Conference[C].Washington，D.C：National Academy ofEngineering，2005：4-5

[3]王旭卿.面向STEM教育的創客教育模式研究[J].中國電化教育，2015（8）：36-41

[4]周禮，章亞楠，朱悅衛，肖多聞，周青，李高峰.基于STEM理念的校本課程——以制作“天氣瓶”為例[J].化學教學，2016（10）：12-15

[5]肖敏，吳曉紅.基于美國K-12階段STEM理念的教學設計——以“‘設計一座硫酸廠”為例[J].化學教學，2016（2）：44-48