面向全體學生的情境驅動式中長期STEM項目實踐研究

劉陽丹

摘要：作者基于常規課時，聚焦航空情境，挖掘了“制作肺活量計”的現有教學資源，并設計了8～10課時的STEM中長期項目課程。以期能夠讓學生理解與項目相關的科學、技術、工程和數學等學科知識，體驗運用系統思維跨學科解決復雜情境問題的過程。

關鍵詞：STEM;課程設計;面向全體

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2020）11-0000-03

STEM課堂的主體是學生，教師的主要任務是為學生提供理論及活動支撐、整合學科概念、激發學生發揮主觀能動性等。調查表明，師生對STEM教育的需求強烈，但在開展STEM課程時存在以下缺點：①授課時長非常規。無論是嘗試課、公開課，教師往往采用非常規教學課時，把常規課時延長至1～1.5小時，且難以常態化。②課程零碎化。以“壓縮式”的教學方式，教師試圖在一個課時讓學生綜合運用跨學科知識。教學時間大量地花費在教學流程上，具體的學習環節還沒來得及完全展開就匆匆收場。

在本項目中，筆者嘗試基于常規課時，以情境問題為任務驅動，設計了面向全體學生的中長期STEM項目“制作肺活量計”課程。

● 基于情境的中長期STEM項目

航空航天領域是我國科技領域發展最快、成果最為顯著的領域，也是少年兒童開展學科學、愛科學、用科學活動最為活躍的領域，開展校園航空航天教育有利于培養青少年的航空航天意識與科技創新能力。

“制作肺活量計”是蘇教版小學科學五年級上冊第四單元《呼吸和血液循環》中《肺和呼吸》一課的動手操作內容。筆者將“制作肺活量計”教學內容結合STEM跨學科理念進行教學設計，基于航空航天情境進行創設問題，在復雜問題情境中引導學生綜合運用科學、技術、工程、數學等跨學科知識解決一系列核心問題，使其體驗問題解決、技術制作和工程設計的全過程。

學生在體驗該項目的過程中所運用的跨學科知識與“生物醫學工程師”這一角色契合度較高，因此，在課程實施的過程中，筆者一方面以此職業角色激發學生持續研究中長周期項目的熱情，另一方面，結合項目內容，設計與該角色相關的拓展內容，如挑戰設計滿足更多需求的肺活量計，設計一種裝置來替代重傷的手臂等項目，加強學生學習STEM后的遷移應用能力，增強職業角色體驗。

● 教學資源有效整合，實現跨學科教學目標一體化

為實現不同學科知識與方法在不同情境中的整合、運用和遷移，凸顯技術制作和工程設計學科體驗，在STEM項目教學中，教師應有效整合現有教學資源，制訂清晰的長周期項目教學目標。讓學生理解與項目相關的科學、技術、工程和數學領域知識，體驗運用系統思維跨學科解決復雜情境問題的過程。

本項目，筆者結合“制作肺活量計”教學資源，以信息技術為依托，鼓勵學生在課外訪問航空航天網站，了解更多感興趣的航天科學知識。拓展學生利用信息技術進行自主探究學習的能力。在完成項目任務的過程中，實現相關學科知識一體化學習，跨越學科界限提高解決復雜問題的能力。

● 課程設計三點成面，落實面向全體的教學理念

1.組織形式多樣，整合小組交流

STEM教育不僅是多學科知識的整合，其項目開展的過程中還要突出不同觀點的整合，個體觀點充分交流，形成團隊最佳觀點。因此，在教學組織上，筆者采用個體、小組、班級多種教學組織方式，將教學活動落實到每一個個體，激發學生合作學習的動力。例如，制作肺活量計項目的方案設計，是先由每位學生獨立完成，然后在小組內討論交流，進行評估和分析，初步形成小組全體成員認可的設計方案。然后，以小組為單位在全班進行交流，教師引導學生從多方面評價作品設計的合理性，小組再次反思討論，形成迭代后再改進方案。

2.課程評價多層，反饋課堂實效

在教學實踐中，作品迭代、小組討論等教學環節，可引導學生進行組內自評和同伴互評，體現學生學習的自主性和反思性。此外，教師可對學生的思維能力、跨學科應用能力等進行表現性評價;并對學生的肺活量計設計方案、產品等進行展示性評價，且課程評價貫穿于課程始終。

使用的評價類型方面，筆者采用了形成性評價和總結性評價，如通過課堂觀察、作品展示、表達交流、紙筆評價、學生評價等方式實施形成性評價，對教學活動全過程進行反饋、調控;并借助紙筆評價和學生量表自評作為總結性評價，由教師在課后進行分析，以深化對項目課程的反思和改進。

3.學習材料開放，突顯工程應用

教師準備的制作肺活量計資源包提供了部分制作材料，其中吹氣嘴、軟管、量杯、記號筆為基礎材料，其他所需的材料可由學生自行在生活中尋找。由學生自行選取部分日常生活中常見的開放性材料來解決問題情境，一方面讓STEM課程適合全體學生，讓每個學生都有強烈的參與感。另一方面，材料的開放性也從一定程度上反映出學生的跨學科應用能力，如能否結合科學知識，選擇合適容量、合適材料的容器。學習材料易得，課程實施的可操作性強。

● 課程設計靈活可調，注重“迭代”工程思維實踐體驗

中長期STEM項目課程設計多以工程設計流程為指導，注重“迭代”工程思維的實踐體驗。通過“整合”個體和團隊的觀點，對作品進行“迭代”優化，深入體驗工程迭代設計過程。如對肺活量計方案設計的迭代，對肺活量計制作材料的迭代，對肺活量計產品制作的迭代等。

本項目以常規課時為教學單位，設計8～10課時STEM中長期項目課程（如下表）。涵蓋“太空旅行情境”等八個學習主題，其中兩個課時為拓展課程，可根據具體學情進行取舍。

● 課程實施建議

1.根據具體學情，調整課程實施

該中長期STEM項目強調學生的STEM體驗，適合在四～六年級開展。根據學生不同年齡特點、知識結構特點，可在相應學習主題有所側重。例如，四年級的學生動手能力較弱，教師可以重點指導“制作肺活量計”學習主題，解決核心問題需要涉及到較嚴謹的科學和數學思維，對于四年級的學生可以作為開放性、啟發性的學習主題加以指導，而對于五、六年級的學生則可以提出更高的學習要求。同時，課時的安排也可以根據學生具體的知識儲備，進行適當調整。

2.關注學習分享，促進生生互動

在STEM項目學習中，教師是項目的支持者、組織者，而學生才是項目學習的參與者、推進者。因此，需要特別關心學生在項目學習中的分享和交流，無論是課堂討論中的思維碰撞，還是“迭代”各相關作品過程中的個體和團隊思想整合，以及專題 “分享與交流發布會”，分享觀點、評價觀點都是貫徹項目學習始終的互動方式。STEM項目中每個小組的想法、產品都具有獨特性，教師要讓學生通過個性化的表達和交流中，形成用嚴謹的科學方法評價他人觀點、產品的思維能力。

3.鼓勵課后拓展，實現學習遷移

STEM課程著力培養學生的創新思維和科學探究能力，注重學習過程。在項目學習中，問題是STEM學習的起點，學生面臨的是復雜問題、真實問題，問題的解決方法具有多樣性，解決問題所需要的跨學科知識具有拓展性和延續性。因此，教師不但是學生在STEM項目學習中的組織者，更是學生在課后對相關衍生問題進行進一步研究的支持者，是學生在生活中借助STEM理念解決類似問題的鼓勵者。通過中長期STEM項目的深度體驗學習，促進學生實現STEM能力的遷移。

參考文獻：

鄒綺雯，梁斌.STEM跨學科視域下的項目設計分析[J].中國教育信息化，2019（14）：39-42.

本文為福建省教育科學“十三五”規劃2018年度常規課題“核心素養下培養小學生創新思維能力的實踐探索”的研究成果，課題號：FJJKXB18-583。