STEM引入中學選修課的思考與實踐
——以“升降梯”課程為例

(江蘇省南京外國語學校,江蘇 南京 210000)

STEM是科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)和數學(Mathematics)四個首字母的縮寫，在各國教育實踐中表明：STEM教育有助于培養學生的科學探究能力、創新意識、批判性思維、信息技術能力等未來社會必備的技能與能力，并有可能在學習者的未來生活和工作中持續發揮作用。

“升降梯”課程是美國康涅狄格科學中心向中國青少年科技輔導員協會提供的3個STEM案例之一，它巧妙地將科學、技術、工程、數學四者相融合，依據美國《新一代K-12科學教育標準》，課程內容基于現實情境，有助于培養學生的問題解決能力與批判性思維，具有較高的實踐價值。筆者利用18課時對該課程進行實踐，現將課程實施情況說明如下。

1 “升降梯”課程內容與特點分析

1.1 課程內容

“升降梯”課程內容主要包括三個部分：“問題引入““背景知識學習”“解決工程問題”，其中“背景知識學習”主要包括力、能量、簡單機械、輪軸。

1.2 課程特點分析

(1) 關注現實問題，注重在真實情境中學習

該課程的“問題引入”建立在現實問題基礎之上，在學習之初，給學生創設真實問題情境，學生在真實問題解決中學習。

(2) 以學生為中心，倡導自主實踐

學生在學習“升降梯”課程時，大多通過自主實踐來建構知識，了解相關知識及其應用，教師主要起到引導、點撥的作用，學生學習任務與自主實踐活動如表1所示。

表1 學習任務與自主實踐活動

(3) 過程與結果開放

該課程對學生制作的“升降梯”結構與外觀設計沒有明確要求，學生需要做的就是根據所學的知識與給定的器材設計、制作模型，這樣可以充分發揮學生的想象力與創造力。對于模型的評價也是多方面的，如：穩定性、成本、外觀設計、機械效率等，學生結合自己的設計，撰寫工程建議書，最后在班級交流、討論。

(4) 科學、技術、工程、數學有機融合

在對該課程實施之后，筆者將該課程中涉及的科學、技術、工程、數學內容整理如表2所示。

表2 科學、技術、工程、數學學習內容

該課程將科學、技術、工程、數學進行有機融合，剛開始制作時，學生需要上網查閱相關資料(技術)，從而了解電梯的基本結構(工程)以及其中包含的物理原理(科學)，最后需要將模型以設計圖的方式呈現出來(數學)。

2 “升降梯”課程實施情況與反思

2.1 課程實施情況介紹

筆者在南京外國語學校高一年級以選修課形式對該課程進行實踐，參加選修的學生共18人，將學生分為5組，進行了為期18課時的實踐，每次上課為兩課時，每課時40分鐘，具體實踐時間與內容如表3所示。

表3 實踐內容與課時安排

2.2 課程實施中可能出現的問題

(1) 教師隨意將學生分組

“升降梯”課程以項目的形式開展，學生以小組為單位進行學習與制作，這樣的安排，有利于培養學生的合作、交流能力，但是筆者在實踐中發現，學生在小組合作學習過程中存在一些問題，比如：成員分工不明確、有學生無所事事等。教師在分組前應盡量了解學生，遵循“組間同質，組內異質，優勢互補”的分組原則，為小組合作學習奠定基礎，繼而在課程上合理引導，保證該課程的有序進行。

(2) 學生隨意處理成本與穩定性之間的關系

在學生制作升降梯模型前，教師需要講解制作升降梯模型的成本問題，即從工程角度出發考慮制作成本，從而讓學生建立起成本意識。但是從學生實際制作情況來看，很多學生片面追求低成本，導致升降梯很不穩定，從工程角度來看，這樣的模型是極其危險的，不能成為合格的升降梯。由此可以看出，學生雖然有了成本意識，但是對于如何在成本與穩定性之間做到合理的權衡，是許多學生容易忽略的問題。

(3) 學生不習慣繪制設計圖

在學生制作模型之前，教師應要求學生畫出模型的設計圖，但是從實踐情況來看，很多學生對于設計圖的重要性認識不足，大多數學生都是習慣于一邊做一邊調整設計圖。這與書面作業不同的是，動手制作類的調整比較麻煩，有時候需要從頭開始動手制作，這樣不僅浪費課堂時間，而且影響學生制作積極性。所以，教師在學生制作前，一定要讓學生先畫好相關設計圖，再進行制作。

2.3 “升降梯”課程校本化的思考

在對該課程實施結束之后，結合我校“STEM+”課程理念，筆者認為該課程可以進行以下兩方面的拓展。

(1) 融入信息技術

“升降梯”課程中的知識對于學生來講，應該是很容易接受的，學生最終基本都可以實現手動升降。受“互聯網+”理念的啟發，筆者覺得該課程可以適當加入電動機與編程內容，從而實現自動升降。由此將該課程與信息技術相結合，拓展該課程內容，可讓更多的學生參與進來。

(2) 融入藝術

本次課程實施最后學生做出來的升降機，雖然外形各不一樣，但是結構與色彩方面比較單調，筆者覺得該課程可以適當融入藝術元素，在學生加工制作的過程中，融入空間設計、外觀美化等內容，實現技術與藝術的融合，同時注重學生審美素養的培養。

3 “升降梯”課程對中學開展STEM教育的啟示

3.1 重視技術、工程課程的學習

STEM所包含的四個要素相輔相成，在開展STEM教育時，技術和工程課程應該有與科學課程同等重要的地位。STEM教育研究者普遍意識到在實際的社會分工中從事技術和工程的人數要遠遠高于從事科學和數學的工作人數，在開展STEM教育的過程中，要重新審視技術、工程課程的重要性。

3.2 通力合作，做到學科間融合

我國現行中小學有數學課程、科學課程、技術課程，但是這些課程都主要是分科課程，而非STEM所提倡的跨學科課程。我們的科學教師對科學知識(數學、物理、化學、生物等)了解得較多，但是對于STEM教育項目中涉及的技術、工程方面的內容可能不是很熟悉，這就需要不同學科教師之間多交流，互相學習。筆者在實踐“升降梯”課程時，對科學知識比較熟悉，但是工程方面的知識就需要向相關教師請教，只有正確認識該課程中科學、技術、工程和數學之間的相互關系，教師才能更好地理解課程框架，從而實現課程目標。

3.3 勤于思考，積極開發STEM項目

我們現有的STEM項目大多來源于國外，雖然這些項目設計相對比較成熟，但其教學進度與教學內容等并不完全適用于國內。比如，在“升降梯”課程中用一節課的時間，讓學生分析靜止物體受力情況，而國內學生對該知識大多比較熟悉，所以一般不需要用這么長時間；該課程中關于“機械效率”的定義與國內物理學習的也不太一樣。基于上述原因，筆者覺得廣大科學教師應勤于思考，開發適合國內教學的STEM項目，讓更多的學生參與進來，建議可以從下面三方面進行考慮。

(1) 在現有的課程基礎上開發

教師可以在已有的課程基礎上，思考、分析不同知識點之間的聯系，整合其他學科相關知識，以項目的形式進行開發。

(2) 聯合校內其他學科教師進行開發

可以與校內其他學科教師討論、商量，找出不同學科之間的聯系，以此為切入點，然后思考如何進行課程設計，嘗試開發。

(3) 聯合校外社會力量進行開發

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》明確指出：要“充分調動全社會力量關心和支持教育，完善社會力量出資興辦教育的體制和政策，不斷提高社會資源對教育的投入”，以開放的教育辦學理念，聯合社會上非盈利的教育組織，充分發揮社會參與STEM教育的功能。