基于真實情景的STEM 課堂探索與實踐

錢生來

浙江省嵊州市甘霖鎮(zhèn)東湖小學(xué) 浙江 嵊州 312400

一、關(guān)注真實世界

學(xué)生面對的真實世界,是由家庭生活、學(xué)校生活、社會生活相融匯的世界。這就決定了STEM 課堂的活動必須避免空、虛、假,其活動對象來源于真實世界、服務(wù)于真實世界。因此,課堂實施主題的確定、項目的設(shè)計、內(nèi)容的選擇都應(yīng)結(jié)合國家課程標準,因地制宜地從真實世界中去尋找。

1.崇尚真實的情境。本課中學(xué)生所處的真實情境是：第34次南極科考,我國首次在南極海域發(fā)現(xiàn)微塑料。這則真實的消息,透露出的是塑料對海洋生物甚至人類的威脅。學(xué)生的思維在這個真實情境中被觸發(fā),他們開始思考白色污染給環(huán)境、動物、人類帶來的影響。

2.面對真實的問題。本課由真實情境引出的真實問題是：面對最常見的白色污染,以塑料袋為例,我們作為工程師如何來解決這個問題?再問：用紙袋替代塑料袋的過程中,我們需要克服哪些材料上的缺陷?這兩個基于真實情境的問題,使學(xué)生思維開始遞進,令其積極地調(diào)動生活經(jīng)驗以及所學(xué)知識,遷移到課堂中來。

二、經(jīng)歷真實的實踐過程

面向真實世界的STEM 課堂應(yīng)注重讓學(xué)生具有真實的技術(shù)任務(wù),經(jīng)歷真實的學(xué)習(xí)實踐過程,以便使STEM 教育在課堂中真實發(fā)生。

1.具有真實的工程技術(shù)任務(wù)。本課用紙袋代替塑料袋需要克服的缺陷有很多,如牢固度、防水性、耐用性等。而作為一節(jié)課的任務(wù),聚焦單個因素展開研究較為有利。因此本課的任務(wù)是克服紙袋不夠牢固這一因素,用三張報紙、透明膠和剪刀做一個有提手的牢固紙袋,承重目標是能放下15袋鹽(約5千克)。

這個任務(wù)是面對真實情境下的問題自然提出的,包含或隱含著這樣的信息：①工具的使用：剪刀、手；②材料的選擇加工：報紙、透明膠；③作品的組裝：袋子主體與提手的連接；④實踐中可能出現(xiàn)的問題：袋子連接處和底部易斷。這樣真實可靠的任務(wù)目標明確,學(xué)生看得見摸得著,能引發(fā)學(xué)生自主建構(gòu)的內(nèi)在動力,激發(fā)學(xué)生研究熱情。

2.經(jīng)歷真實的實踐過程。面向真實世界的STEM 課程主張學(xué)生像工程師和技術(shù)專家那樣經(jīng)歷實實在在、地地道道的問題解決過程,遷移到課堂中,其環(huán)節(jié)如下：①發(fā)現(xiàn)問題與明確任務(wù)：用牢固的紙袋替代塑料袋。②制定設(shè)計方案：結(jié)合STEM 中的科學(xué)要素,即改變形狀、寬度、厚度能提高紙張的抗彎曲能力,討論、設(shè)計一只牢固的紙袋。③制作模型或原型：發(fā)揮STEM 中的工程技術(shù)要素,分工明確、合理利用三張報紙和膠帶制作紙袋。④測試、評估：以一袋鹽為標準,測試、評估紙袋的牢固程度,既模擬作品的實用性(能實際承載多少物品),又給出一個量化的評估標準(最大承重量)。⑤依據(jù)測試優(yōu)化設(shè)計：優(yōu)化是整個環(huán)節(jié)的重點,學(xué)生在優(yōu)化改進這一環(huán)節(jié)中,才能明白工程師制作的產(chǎn)品不是一蹴而就的,而是歷經(jīng)多次的改進—測試—優(yōu)化等迭代過程。本課在測試的過程中往往出現(xiàn)連接處和底部易破裂、載物空間不大等問題。而在各種條件的制約下,課堂對學(xué)生的容錯率不高。學(xué)生在測試評估中遇到問題,很難將方案推倒重來或做出較大調(diào)整。面對這個問題,將修改思路記錄下來放在最后的反思交流中是一個較好的應(yīng)對策略。⑥交流成功或失敗的方案：無論作品成功或失敗,結(jié)果是開放的,都是可以接受。重要的是學(xué)生能據(jù)此交流,相互評價,反思失敗的環(huán)節(jié),總結(jié)成功的經(jīng)驗。這樣的收獲才是真實的,源自學(xué)生本身的。

在真實的實踐中,學(xué)生需要權(quán)衡、比較、決策,經(jīng)歷不斷優(yōu)化和改進的過程。此時,教師是一個引導(dǎo)者。當學(xué)生在設(shè)計作品缺乏思路時,提供相應(yīng)參考；當學(xué)生制作作品時,教師需要提醒時間的長短與成本因素。教師扮演引導(dǎo)者角色,是基于將實踐過程原原本本地交給學(xué)生去體驗、去創(chuàng)造、去優(yōu)化的理念。

三、注重真實的能力發(fā)展

學(xué)習(xí)評價的目的在于了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)及其存在的問題。STEM 課堂可以從形成真實的成果和提煉真實的經(jīng)驗兩方面來評價。

1.形成真實的成果。面向真實世界的STEM 課堂注重學(xué)生的成果具有實用價值,主張學(xué)生的成果具有實用性。本課的真實成果是通過團隊合作,經(jīng)歷設(shè)計、制作、改進最終做出了一件產(chǎn)品——牢固的紙袋。雖然一堂課的設(shè)計制作難以讓紙袋完美,但恰恰可以以此為起點,為后續(xù)的一系列課程開放做鋪墊,如設(shè)計制作既牢固又防水的紙袋、設(shè)計制作牢固的布袋等。

2.提煉真實的經(jīng)驗。總結(jié)學(xué)生解決問題的過程,提煉學(xué)生解決問題的經(jīng)驗比制造一件產(chǎn)品更為重要。STEM 課堂可借助項目報告書,著重引導(dǎo)學(xué)生在交流時提煉真實經(jīng)驗：

①科學(xué)本質(zhì)。科學(xué)本質(zhì)是支撐STEM 向外發(fā)展的內(nèi)核。本課的科學(xué)內(nèi)核為：改變紙的形狀、改變寬度與厚度,能提高紙的抗彎曲能力即牢固程度。本課的實踐,是對課本知識的實際應(yīng)用與拓展,也是學(xué)生對科學(xué)知識的重新認識。

②迭代思維。迭代思維是指不斷用變量的舊值遞推新值的思維。以本課制作紙袋為例,團隊成員在最短時間做出紙袋1.0版,通過測試的反饋再次進行優(yōu)化升級,迅速推出紙袋2.0版,再次測試反饋。優(yōu)化,反饋,再優(yōu)化,再反饋,這樣的過程就是迭代。經(jīng)過幾次迭代之后,紙袋就能達到相對完美的狀態(tài)。在STEM 活動中引入迭代思維,有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和開發(fā)效率,增強STEM 活動的針對性、規(guī)范性、科學(xué)性和創(chuàng)新性。

③成本意識。設(shè)計制作一件真實的產(chǎn)品,必須考慮它的材料成本、制作成本、銷售成本等。形成這種真實的成本意識,不僅能促使學(xué)生有效利用材料,更有利于學(xué)生對產(chǎn)品的進一步優(yōu)化。

總而言之,面向“真實”的STEM 課堂回歸了教育的初心與技術(shù)的本質(zhì),可以提高科學(xué)課程對學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新潛能、工匠精神培養(yǎng)的貢獻,促進學(xué)生發(fā)展邏輯、科學(xué)學(xué)科邏輯與真實世界邏輯三者統(tǒng)一。