基于STEM教育理念的科學課教學設計

李夢婷

STEM教育起源于美國，它是集科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）于一體的跨學科教育。與傳統課堂相比，STEM教育更多地強調學科之間的融合，重在培養學生發現、表達、解釋和解決問題的能力以及創新能力，促進學生全面發展。

近年來，我國興起了STEM教育的熱潮，得到了越來越多人的關注和支持。2017年，教育部頒布了《義務教育小學科學課程標準》，明確指出：STEM教育是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，旨在通過科學、技術、工程和數學四門學科的有機融合來培養學生的創新意識和創新能力。由此可見，我國基礎教育對STEM教育的關注和重視。

通過查閱相關文獻資料，筆者發現現階段我國對STEM教育理念的理論研究比較多，而對STEM教育的實踐研究還不是很豐富。因此，本文立足于STEM教育理念，嘗試對融入STEM理念的科學課——“做一架紙飛機”進行探索，以期為一線科學老師提供更多的思考。

一、學習內容分析

投擲紙飛機是一種兒童經常玩的游戲，它貼近學生的生活、學生比較熟悉。本節課是基于STEM教育理念的教學設計，主要體現在以下幾個方面：

（一）一張簡單的紙，通過折疊，就能夠在空中飛起來，而且有的還可以飛很遠。這是為什么呢？其中一定蘊含了科學原理。（Science）

（二）在本節課中，學生會面臨這些問題：什么樣的紙飛機飛得遠？如何設計與制作紙飛機？需要用到什么工具？每名同學都扮演了工程師的角色，從這個角度來說，每個步驟都是技術的體現。（Technology）

（三）在活動中，學生要能夠根據要求設計、制作、測試和評價自己的紙飛機，這體現了工程的元素。（Engineering）

（四）折疊的紙飛機，每一部分都是一個幾何圖形，且都是對稱的，其中蘊含著數學知識;此外，在測量和統計紙飛機飛行的距離、分析數據的過程中也蘊含了數學知識。（Mathematics）

本節課的教學注重學生在面對真實問題時的思維方式的培養、解決方案的探索以及對研究過程的反思，進而提出新的問題，激發學生進行再一次的研究探索。

二、學習者分析

大部分學生在課間活動中都玩過紙飛機，學生會對這一活動主題產生強烈的興趣。尤其是小學高段的學生具有一定的分析及邏輯思維能力，注意力更加容易集中，學生在嘗試、猜測、記錄、驗證中，通過 “做中玩、玩中思、思中得”享受探究的樂趣。

三、設計思路

本節課的設計思路如下：在課前分發“紙飛機工程協議書”與相關材料，讓學生在課下完成紙飛機的第一次制作。課上先詢問學生的紙飛機飛行距離是否超過7米（7米是“紙飛機工程協議”中的數據標準）？大部分同學都說沒有超過7米，為什么會這樣呢？帶著這樣的困惑，學生進入本節課的學習。首先是“探索紙飛機”，分析影響紙飛機飛行距離的因素，學生通過設計實驗、測量紙飛機的飛行距離（課前完成）、分析數據，得出結論。接著讓學生通過剛剛總結出的知識完成紙飛機的設計與制作;然后是讓學生以小組為單位測量自己紙飛機的飛行距離;隨后，讓學生完成紙飛機的評估，填寫報告單;最后，播放《厲害了，我的國》中飛機的影像，讓學生了解到科學技術已成為社會與經濟發展的重要推動力量。

四、教學目標

（一）科學知識目標

學生能認識到不同形狀的紙飛機對飛行距離的影響。

（二）科學探究目標

1.制作一架能夠在無起飛加速的情況下飛行距離超過7米的紙飛機。

2.探究紙飛機機頭的尖平、機翼的寬窄對飛行距離的影響。

3.培養學生發現問題、分析問題、邏輯推理以及解決問題的能力。

（三）科學態度目標

1.激發學生探索知識的興趣，對自然現象保持好奇心和探究熱情，樂于參加觀察、實驗、制作等科學活動。

2.培養學生認真細致的科學態度以及合作精神。

（四）科學技術、社會與環境目標

了解科學技術已成為社會與經濟發展的重要推動力量。

五、教學重難點

（一）教學重點

制作一架能夠在無起飛加速的情況下飛行距離超過7米的紙飛機。

（二）教學難點

探究紙飛機機頭的尖平、機翼的寬窄對飛行距離的影響。

六、教學準備

紙飛機工程協議書、評估表、報告單、折紙、固體膠、教學視頻等。

七、教學過程

（一）情境導入

1.設置情境

師：近期，阿爾法航模公司在我校征選紙飛機模型。前天，老師已將紙飛機工程協議書和相關材料發給各位同學，相信同學們已經在課前做好了充足的準備。

生：對本節課的學習充滿了信心。

設計意圖：通過情境導入，激發學生的好奇心，并將學生迅速帶入課堂。

2.引出問題

師：同學們，你們的紙飛機飛行距離超過7米了嗎？

生：有的同學說超過了，有的同學沒有出聲。

師：有的同學說超過了，有的同學說沒有，可能離成功還有一點距離。沒關系，今天我們來改進方案，進一步探究。

設計意圖：通過簡單的對話，了解學生的課前準備情況。

（二）探索紙飛機

1.分析影響因素

師：你們覺得哪些因素會影響紙飛機的飛行距離呢？

生：紙張類型、紙飛機的大小、機頭的形狀、機翼的類型、空氣（阻力）。

師：PPT展示一些因素，今天我們選擇其中的兩個因素——“機頭類型（尖/平）”和“機翼類型（寬/窄）”進行探究。

設計意圖：聚焦問題，激發學生的思考。

2.設計實驗

師：我們先來看第一個實驗——研究機頭的尖平對紙飛機飛行距離的影響，可以提供的材料有：紙、固體膠、尺子。你會怎么設計這個實驗呢？請同學們以小組為單位，討論出設計方案。給大家2分鐘的時間。

生：開始討論。

師：好，時間到。誰來分享一下你們組探討出來的研究方案？

生：制作兩架紙飛機，一個是尖頭，一個是平頭，其他條件都相同，分別測量它們的飛行距離。

師：PPT展示實驗方案，強調控制變量的原則。

師：接下來，我們來看第二個實驗——機翼的寬窄對紙飛機飛行距離的影響，可以提供的材料有紙、固體膠、尺子。你會怎么設計這個實驗呢？

生：制作兩架紙飛機，一個是寬翼，一個是窄翼，其他條件都相同。用同樣大小的力和角度去試飛紙飛機，并記錄數據。重復多次試驗。

師：給予學生肯定的評價。展示實驗設計。實驗我們已經設計好了，接下來，我們該怎么做？

生：測量不同紙飛機的飛行距離。

設計意圖：學生通過設計實驗，培養他們的邏輯思維能力。

3.測試紙飛機

師：科學興趣小組在課前幫我們做了測試（由于時間和場地的限制，在課前做了測試），你們想不想知道他們的測試結果？

生：想。

設計意圖：通過測量紙飛機激發學生探索的熱情，體會探究的樂趣。

4.分析數據，得出結論

師：接下來，讓我們一起來看看他們的測量結果。這是第一個實驗——尖頭飛機和平頭飛機的飛行距離記錄。分析這兩組數據，你們發現了什么？請同學們獨立思考1分鐘，然后小組討論1分鐘。

生：以小組為單位討論。

師：請小組代表發言。

生：尖頭飛機比平頭飛機飛得遠。

師：給予學生評價。這是第二個實驗——窄翼飛機和寬翼飛機的飛行距離記錄。分析這兩組數據，你們發現了什么？請同學們獨立思考1分鐘，然后討論1分鐘。

生：以小組為單位討論。

師：請小組代表發言。

生：窄翼飛機比寬翼飛機飛得遠。

師：給予學生評價。

設計意圖：教師引導學生分析數據，培養學生的分析問題、解決問題的能力。

（三）紙飛機的再制作

師：分發材料包。請同學們根據剛剛所總結的知識再次制作一架紙飛機。溫馨提示同學們制作完成后不可以隨意飛紙飛機。

生：制作紙飛機。

設計意圖：提高學生動手操作的技能，加強其活學活用的意識。

（四）紙飛機性能測試

師：新的紙飛機我們已經制作好了，接下來我們該怎么做？

生：測試紙飛機的飛行距離。

師：很好，PPT展示測量的方法。請每組的1號、2號同學試飛紙飛機。（由于時間關系，沒有讓每組的5個同學都試飛）

生：有序地進行紙飛機的試飛并記錄紙飛機的飛行距離。

設計意圖：通過紙飛機的試飛，讓學生了解其性能。

（五）評估

師：請測試完的同學對照紙飛機評估表對自己的紙飛機進行評分。

生：對自己的紙飛機進行評估。

設計意圖：學生通過評估自己的紙飛機，了解其性能。

（六）小結

師：請同學們完成產品報告單。給大家3分鐘的時間。

生：填寫產品報告單。

師：播放《厲害了，我的國》中飛機的影像資料。

生：學生仔細觀看。

師：同學們，我國的飛機產業正在迅猛發展，自主研發的客機——C919已成功升空。今天我們是小小課堂里紙飛機的設計者，明天我們也許就是蔚藍天空中飛行器的工程師！

設計意圖：總結本節課的內容，激發學生繼續探索科學的熱情。

八、板書設計

做一架紙飛機

制作——探索——再制作——測試——評估——完成報告單

九、教學反思

本案例是基于STEM教育理念的小學科學教學設計。整個教學設計立足STEM教育理念，以紙飛機為主線，讓學生經歷了制作、探索、再制作、測試、評估、完成報告單等完整的過程，培養了學生發現問題、解決問題的能力，動手操作能力，分析數據的能力，邏輯推理的能力，促進了學生核心素養的發展。

大部分學生在課間活動中都玩過紙飛機，學生會對這一活動主題產生強烈的興趣。但是學生對什么樣的紙飛機飛行距離遠沒有思考過。另外，小學高段的學生具有一定的分析與邏輯思維能力，注意力更加容易集中，他們在嘗試、猜測、記錄、驗證中，通過“做中玩、玩中思、思中得”享受到了探究的樂趣。

本節課我設計了幾個版本，在不同的年級試教過，遇到過一些問題，如給每個小組分發幾張紙？如果發1張，只有1個同學能折紙飛機，其他同學的參與度不夠。試飛過程中，同學們讀數比較慢，效率比較低。幾個小組試飛紙飛機？如果安排的小組太少，其他同學的參與度也會下降，如果班上50多個同學每人試飛一次，需要較長的時間。

針對試教過程中出現的問題，同事們給我提出了許多寶貴的建議。根據同事們的建議和自己的一些思考，我對教學設計進行了一系列的調整，才得到現有的教學設計。

對本課的教學細細回味，我覺得有以下幾點是可取的：本節課緊貼STEM教育理念，重難點突出;教學環節清晰流暢;注重學生愛國情感教育;注重對學生動手操作能力的培養;注重對學生的評價。

當然，本節課還存在一些不足，如：課上應該讓學生親自測量尖頭、平頭、寬翼、窄翼飛機的飛行距離，但是由于場地和時間的限制，測量放在了課前。最后的環節中，由于時間的關系，每組只測試了2架紙飛機。

【作者單位：武漢市光谷第一小學? 湖北】