STEM教育理念下田園課程的探索與實施

吳凡

摘 要：STEM教育是集科學、技術、工程和數學于一體的教育方式，強調在真實生活情境下，將各個學科的基本概念、學科之間的連接點有機融合。基于學校實踐教育場域，在STEM教育理念下探索田園課程的實施路徑，旨在讓兒童親近自然，鼓勵其與生俱來的天性和好奇心，激發其求知欲和創造力，在感悟、探索自然現象的同時，解決生活實際問題，促進各學科知識的融會貫通。

關鍵詞：STEM教育;融合;田園課程;自然

STEM教育倡導將原本分散的科學、技術、工程、數學四門學科通過融合，形成一個新的整體，強調學生在基于真實情境的問題解決過程中提升知識遷移、工程設計、交流合作和實踐創新等高階思維能力。

科學源自生活，生活與自然息息相關。面對學校自然實踐園近一千平米的巨大場域，如何讓其發揮有效的教育價值，值得深思。在此，我將借本人自主研發的課例《果蔬發電站》，闡釋STEM教育運用于田園課程中的一點嘗試和思考。

一、巧設情境，激發探究

從生活中選擇課題更有利于學生對科學的探究學習，《果蔬發電站》的設計依托于蘇教版教材中科學五年級上冊《簡單電路》一課。考慮到教材內容僅能保證學生對電學知識最基礎的認識，遠不能滿足學生對電學世界更加深入的探索以及將所學知識在生活中遷移運用的能力，我設置了基于“果蔬發電”的任務情境：

問題1：暑假來了，你是怎樣抵御夏日的炎熱？（引出夏天用電緊張）

問題2：電是我們生活中不可缺少的重要能源，有沒有什么綠色環保的發電方式來緩解用電的負荷？（學生提到水果電池）

問題3：（引出問題）學校實踐園中的水果和蔬菜可以發電嗎？

任務出示——用水果蔬菜制作電池

【教學效果】STEM教育通常會提出一個與生活相關的真實情境，將問題鑲嵌于情境中。五年級學生對于實踐園中的水果和蔬菜再熟悉不過，對于電路的連接在課堂上也積累了一些經驗，但對蔬果電池制作和原理的了解大多來源于課外書籍，并沒有親身實踐。當面對這項富有挑戰和趣味性的任務時，學生表現出了很高的探究熱情。

二、討論設計，初具雛形

STEM學習以項目為基礎，針對學生在作品的設計過程中出現的問題，老師給予啟發和引導，學生進行修改再設計，最終完善作品。工程設計是貫穿整個學習過程的主線和驅動力。

問題1：你覺得做一個最簡單的果蔬電池，需要哪些材料？（教師歸納）

問題2：用這些材料做出的果蔬電池是什么樣的？討論，并畫出設計圖。

制作：（展示，全班研討后）小組根據設計方案領取相應的實驗材料，并按照設計圖制作蔬果電池。

檢測：了解耳機的檢測方法，并用它檢測是否有電流產生。

反思：（對比成功小組的設計）為什么失敗？討論果蔬電池的基本結構。

達成共識：果蔬發電的關鍵——兩種不同的金屬。

改進：不成功的小組修改方案，繪制新的設計圖，再次制作、檢測直至成功;成功的小組思考如何讓果蔬電池點亮LED。

【設計意圖】學生對于“果蔬電池的構造”并非一無所知，建立在先前所學知識和原有經驗的基礎上，根據老師所提供的支架，通過思考、討論和交流分享，形成最初的設計方案。此環節中，我讓學生自由表達，即使是錯誤的設計也無需干預。在后續檢測活動中，學生會在試誤的過程中對比、反思、改進自己的設計，不斷接近真相，逐步形成關于果蔬電池結構的共識。

三、探究原理，迭代升級

STEM教育中，工程和技術是在尊重自然規律的基礎上，改造世界、實現對自然界的控制和利用，解決社會發展過程中遇到的問題。而“科學”所扮演的角色，就是在認識世界的過程中解釋自然界的客觀規律。因此，科學與工程技術相輔相成，不可偏頗。因此，在任務進展過程中融合科學概念的滲透，對學習進程能夠起到承上啟下的推動作用，是很有必要的。

猜測：果蔬電池的原理。（小組討論，畫圖或文字解釋）

交流：學生充分表達，形成觀點碰撞。

揭示：結合動畫分析，理解果蔬電池發電原理（電勢差）。

任務：升級果蔬電池，能夠點亮LED燈，小組討論，并畫出設計圖。

交流：學生分組展示，介紹設計圖。

制作：小組根據設計方案領取相應的實驗材料，按設計圖連接蔬果電池。

檢測：檢測LED燈是否發光（滲透LED燈的單向導電性）。

迭代改進：觀察成功的設計，分析失敗原因，不斷完善，最終形成可行的方案并進行交流與反思。

【教學體會】任何一項專業領域的研究工作都是“迭代”的過程。通過升級挑戰任務，學生經歷完整的探究過程，對概念的理解也更加透徹。在概念建構過程中，交流與反思是學生語言、文字表達能力以及元認知得到提升的有效環節。給予學生足夠的開放度，鼓勵學生之間、小組之間、班級之間展開質疑和辯論，形成思維碰撞的氛圍。

四、設計實驗，滲透融合

所有學科的問題解決都離不開“科學、技術、數學、工程”。STEM課程的集成性和融合性有利于打破各學科之間的壁壘，學生在經歷設計、制作、測試、迭代改進的過程中并非被動地接受知識，而是主動且真切地體驗到知識如何被應用于解決實際問題中。

問題：發現各組的LED燈亮度不同，引導學生分析原因。

思考：果蔬電池的電流大小跟什么因素有關？

討論，提出猜想：果蔬酸度;果蔬與金屬接觸面大小;電解質的流動性;果蔬個數等。

設計實驗：根據教師提供的輔助器材（pH試紙、榨汁機、金屬片等），選擇小組感興趣的研究方向，并設計實驗方案。

交流：展示實驗方案（注意對比實驗單一變量原則）。

介紹電流表：教師出示電流表，介紹其原理、使用方法和讀數。

實驗：學生開展實驗，教師用電流表實施測量。

分享：小組匯報其研究成果，師生共同總結發現。

【設計意圖】基于對果蔬發電的原理有所了解，我嘗試突破學生認知的“舒適區”，走向更高階思維的培養。其中涉及新概念、新方法、新技能的學習和應用，我提供了相關的學習支架，并用儀器將結果量化。學科間的融合激發了學生探究的熱情，讓學生感悟到學科之間存在的緊密聯系。這種學習方式能夠有效地促進默會知識在學生頭腦中的浸潤，推動學生學習的內在動力，對其終身發展具有重要作用。

五、回歸田園，提升視角

田園課程的內容源于學生真實的生活場景，又回歸到比原來更豐富、更科學的生活中。這也是對“科學從生活中來，到生活中去”的有力回應。學生在校園中不再是單純的受教育，更是在參與活動和親身體驗中感受一種生活。田園不僅是生發問題的場域，更是研究和解決真實生活中問題的載體，這樣創設的課程必然是蘊含生命力、可持續發展的綠色課程。

交流：通過學習，你有什么收獲？

問題：每年夏天，學校實踐園里都有很多落果，你可以怎樣利用這些廢棄的果實，讓它們更有價值？

生1：可以用果蔬發電，開發綠色能源。

生2：可以制作更強大的果蔬電池驅動電子鐘。

生3：我還在網上看過用果蔬電池給手機充電。

課外延伸：嘗試用果蔬電池驅動其他設備工作。

【設計理念】“問題源于田園，研究依托田園，視角高于田園”是我對田園課程的見解。學生不僅要基于田園開展深入的實踐研究，更要讓田園成為社會的縮影，透過田園看世界。這樣的課程，相信不僅培養學生有農夫的身手，更具科學家的頭腦，擁有改造社會和自然的信心和格局，這也是田園課程的核心目標。

《果蔬發電站》課例是我開發田園課程中的嘗試，以彌補國家課程在模塊設置、課時配比方面固式化的局限性。在不斷的實踐和探索中，我希望通過田園任務的驅動，促進各學科知識的融會貫通，建立一種融合STEM教育的田園課程，在交互碰撞、共同發展中實現深層次的學習、理解性學習，從而更好地培養學生的核心素養。