基于小學科學課程標準的STEM項目的課程開發與研究

江蘇張家港市江帆小學 陸 惠

一、理論為基石，推動STEM教育前行

2017年新修訂的小學科學新課標中首次將技術與工程以獨立學科領域的方式納入科學課程，這意味著科學教育發展的一次飛躍。新課標指出，技術與工程領域的學習可以使學生有機會綜合所學的各方面知識，體驗科學技術對個人生活和社會發展的影響，實踐活動則可以使學生體會到“做”的成功和樂趣，并養成通過“動手做”解決問題的習慣。

STEM教育是一種傾向于融合式學習的教育觀，它以教學項目為核心，引導學生綜合運用STEM領域知識解決實際問題，弱化傳統教學中對知識內容的記憶，實現了對科學、技術、工程、數學知識的整合，將原本分散的知識內容按照課程邏輯重新架構，形成一個運行良好的有機整體，有助于學生全面認知事物，學生在實踐活動中不斷地學習新知識，掌握新技能。不同學科的交叉聯系豐富了教學的深度和層次，為不同能力素質的學生提供了多維的目標追求，學生在多樣化課程的學習中獲得多種自我發展的可能，實現知識向能力的轉化。

STEM教育強調的是知識和技能的應用，在科學教學過程中，教師可以根據課程內容設計具體的任務項目，讓學生在實踐中學習知識。學習知識和技能的最終目的是要解決實際問題，所以，要注重任務項目的真實性，課程教學任務緊貼生活實際才能體現知識的價值，才能激發學生的學習興趣。要建立科學的教學評價標準，科學課程主要是幫助學生掌握一定的應用技能，傳統考分評價方式只是檢驗學生對理論知識的掌握情況，STEM教育讓學生參與具體教學任務，通過分組實驗、頭腦風暴、校外調查研究等方式，讓學生更多地參與教學活動，對學生在項目全程中的表現進行評價更為全面、客觀。

二、實踐為主體，夯實STEM教育陣地

（一）課程開發

STEM中科學（Science）的獨特之處在于為學生創造模擬科學探究和認知的過程，它教給學生的是一種科學的思維方法和科學探究方式，而不是單純地接受式學習。將工程思想和實踐引入科學課程，結合科學教材開發STEM課程學習項目，有“自制樂器”“做一個熱水器”“制作灌溉工具”等。

【案例一】“自制樂器”項目是利用魚線、鐵釘、木板、橡皮筋、剪刀，或者吸管、橡皮泥等材料，結合與聲音有關的知識，設計、制造出一個能有規律發聲的樂器。

【案例二】“制作太陽能熱水器”為的是引導學生對光的傳播與光的能量等物理知識進行探索，讓學生在動手實踐活動中構建物理科學知識體系。借助關于光的傳播與吸收，以及光的能量的保存等知識，制作熱水器，通過試驗熱水器功能以及對其進行評價，完成STEM項目學習。

【案例三】借助我校課程實踐基地“小農莊”“小花房”，引導學生觀察植物的生長環境，學習植物的生長習性，結合“小農莊”“小花房”需要定期澆水的實際，制作一個智能灌溉工具。

在傳統的認知里，人們往往會把STEM教育與普通科學實驗課，甚至勞技課混為一談，但其實二者在教育理念和教育方式上有著本質的區別。一項完整的STEM課程不僅僅是一次學習知識的過程，更多的是引導學生綜合運用各學科知識，模擬科學家探索世界、認知世界，從而在大腦中建構自己的認知。讓學生在科學課上經歷科學探究活動，同時有機會拓展以下STEM課程實踐活動（見圖1）。

（二）課程實踐

我校“一帆”微創意課程自主開發的STEM學習項目設計包含科學、技術、工程和數學四個方面的要素，強調學生在設計任務情境中運用已學知識，通過開發解決方案、檢驗設計合理性、權衡方案、討論修正等過程發展學生工程設計能力。下面以橋為例，呈現開展STEM項目研究的過程。

1.以生活為導向，確定研究任務

在一節完整的STEM課堂上，教師通常從真實的生活情境入手，提出一個具體的問題，引導學生思考解決問題的方法，逐步展開探究的活動。橋梁是生活中常見的一種建筑，小學科學課程中有所涉及，課程內容來源于小學科學課程標準中材料與結構的相關內容。這次橋梁探究的活動以港珠澳大橋的通車為契機，課程的工程任務是選用材料設計一座橋，制作的橋梁不僅要美觀，而且要能夠承受指定條件的重量。

2.以項目為載體，制定研究方案

在STEM課程的實施過程中，教師要引導學生綜合運用已經掌握的學科知識和完善的STEM研究方法，解決基于真實情境的問題。在實踐活動基礎上提出科學問題、界定技術難題、發展和使用模型、計劃和實施研究、分析和闡釋數據，發展數學、信息、計算機技術和計算思維，形成解釋（針對科學）、設計解決方案(針對工程)，獲取評估和交流。在《橋梁》這個課程設計中，教師通過港珠澳大橋，引入學校附近的沙洲湖大橋，進入環球橋之旅，感受橋梁中的科學知識，體驗工程與技術，將“建橋”這個核心工程任務拆分成科學、技術、工程、數學等多個方面，通過動手活動掌握工程任務中所運用的知識和方法，并進行設計、制作、檢驗，一步步提煉出研究的主題，逐步制定相應的研究計劃和方案。我們將網絡與實地考察相結合，認識這兩座有特殊意義的橋梁，了解橋的發展歷史、橋的類型、橋的各部分名稱，以及橋的功能、橋梁的結構、橋梁的形狀等。從科學角度界定作用在結構上的力，設計紙質的或其他材料的橋，并繪制了圖紙，選用一次性筷子的簡單黏合制作、撲克牌搭建、紙板搭建等進行簡單的橋梁搭建，用強度和穩定性評價標準測試和改善橋的設計構造，一步步完成對橋梁的認知與探索（見圖2）。

3.以過程為主線，展示研究成果

經過背景經驗活動的鋪墊，學生已經掌握了設計橋梁的基礎知識，教師以過程為主線，引導學生完成工程任務，讓學生重新經歷一次完整的工程流程。STEM教育理念很重要的一點是學生對于自己成果的展示，presentation是很關鍵的一環。但是這種展示不是單純地展示研究成果，而是將自己研究的思路和研究過程展示出來，同時也是學生邏輯思維能力、語言組織能力、自信心等綜合素養的體現。在橋的環球之旅中，學生要用思維導圖的形式展示對橋的整個思維過程，此外還需要提交工程建議書，作為本次STEM課程的最終總結。工程過程、工程任務、橋梁背景經驗活動、工程建議書，一個個不同的任務將橋梁這一主題用科學、技術、工程、數學等知識串聯、融合在一起，構成完整的STEM的橋梁主題活動課程。

4.以評價為契機，研究問題拓展

每一個主題的STEM課程結束之后，需要對學生的學習展開評價。學習評價有多種不同的方式，就小學科學課而言，主要有過程性評價和終結性評價兩種。這樣的評價也可以運用于橋梁制作的STEM活動中，評價內容包括：學生對建橋任務和目標是否有清晰的認識；是否有強烈的動機和足夠的努力；是否掌握相應的橋梁科學知識；小組活動是否體現合作；是否有完整的作品呈現，等等。評價可以采取質性描述的方法，讓學生較為具體地了解自己項目學習的情況，找到努力的方向，同時對自己研究的整個過程進行反思，找出研究方法的不足之處，在原課程的基礎上提出新的問題，并能夠自主地實施新一輪的研究探索。

較之傳統的科學課學習，開放式、應用性工程任務給學生帶來了身臨其境的體驗。學生從初始嘗試，到通過探究建立科學理解，再優化設計，進一步檢驗，整個過程滲透了工程設計的“迭代”理念，充分體現了科學與工程的相互促進，為學生創新思維與實踐能力的發展提供了更為廣闊的天地。