基于STEM有趣有料的項目式學習設計

孫瑜珊

摘 要：小學階段STEM教育是一種跨學科的項目式學習，通過運用科學、數學、工程技術等多學科知識解決真實的問題，培養學生實踐能力和綜合素養。STEM教育的實施方式很多，而項目式學習被認為是目前最有效的一種實施途徑，即利用項目來開展STEM學習。本文將通過《設計護膝》為例，從項目的實施模式、組織實施、項目評價、教學反思四點來談談有趣有料的STEM項目式學習設計。

關鍵詞：STEM教育; 項目式學習; 有趣有料

中圖分類號：G623.6? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）5-076-003

STEM教育不同于傳統的分學科教學，它是一種跨學科、綜合性的教育，以提升學生解決問題的實踐能力和綜合素養。STEM教育的實施方式很多，而項目式學習被認為是目前最有效的一種實施途徑，即利用項目來開展STEM學習。項目式學習倡導以學習者為中心，以顯示問題和項目任務驅動，以小組協作的方式開展，經過問題提出、方案設計、創建實施、測試改進等步驟，最終輸出學習成果。學生在項目實踐過程中，掌握相關知識技能，體驗溝通和協作，培養分析問題和解決問題的方法。

本文中筆者以三年級《設計護膝》為例，通過“為受傷同伴制作護膝”的項目化學習設計，引導學生用科學的方法，像工程師一樣解決客觀問題，喚醒學生學習科學知識點的求知欲望，培養學生的科學態度、科學精神和創新實踐能力。

一、項目實施模式及設計

（一）師生合力：提升板塊層次性

《設計護膝》課程是基于生命科學領域的STEM項目式學習課程，選擇瓦楞紙、海綿墊、棉布、毛氈、雙腳釘、橡皮筋、美紋膠帶、膠布、雪糕棒、毛根、魔術扣等多種常見材料作為制作護膝的主體材料，展開系列項目學習活動。學生面對的問題，是他們可以看到、感覺到甚至在現實生活中可能遇到的——為膝蓋受傷的人設計護膝。通過對人體運動的觀察，學生收集真實的數據，進而像生物醫學工程師那樣思考，最終解決一個生物醫學工程問題。

從教學目標上看，《設計護膝》STEM項目，側重讓學生像生物醫學工程師一樣能夠解決與人體有關的問題。所以，筆者將整個項目式學習活動分為項目前期、項目實施和項目后續三個環節，項目實施階段是教學活動的核心環節，教師和學生主要在這環節中開展制作模型、數據整理和分享交流。

從學生“學”的角度看，主要經歷“測量數據→繪制草圖→制作測試→交流展示→反思總結”這五個核心環節（見圖1）。測量數據環節，需要學生對健康膝蓋和受傷膝蓋的活動范圍進行測量，通過對比數據，知道護膝的制作指標是什么;繪制草圖環節，學生根據已有的生活經驗和課內外的知識儲備設計出護膝的草圖，幫助受傷膝蓋恢復到健康的活動范圍;制作測試環節，學生選擇合適的制作材料，學習運用制作技能，把繪制出的護膝草圖變成護膝模型，并進行護膝的功能指標測試，同時借助我們提供的測試單和記錄單，指導學生數據記錄，引導他們盡可能多地呈現出制作細節;交流展示環節，學生要上臺展示作品匯報制作方法和過程，吸取別人的建議和經驗從中獲得啟發;反思總結環節，是學生在整個項目學習活動中的提升環節，更是將學習過程得以提煉，形成較為統一的科學認識。

從教師“教”的角度看，要對學生的學習活動進行多種合理預測，設計有趣有料的探究活動，促進班級學生積極參與學習，指導學生查找和整理分類的信息資料，同時有效地管理課堂紀律和秩序，最后與學生歸納形成科學結論。

（二）理清思路：優化項目設計

通常在STEM學習活動中，學生會經歷發現問題→提出問題→設計→制作→測試→交流→改進等環節，學習總時長是1-2個課時。筆者發現，在短短的一堂課中，學生對每個環節的學習是粗淺的，往往還沒有吃透問題，就要提出解決方案，用班級統一的方案進行制作。基于上述思考，筆者在設計《設計護膝》項目式學習的系列活動，安排1-2個課時的活動時間（見表1）。每個學習活動都從學生的認知和生活經驗以及相應學段的學習能力為基礎進行設計，始終突出學生是學習的主體，引導學生自主經歷發現問題→提出問題→研究問題→解決問題的全過程，不走環節形式，完整地經歷一次發現和解決生活中的真實問題的實踐過程。

二、有趣有料：扎實推進項目實施

（一）激趣求新：喚醒求知欲望

1.有趣的學習內容：觀察人體膝蓋仿真模型。首先通過情景引入，講述艾瑞克和同伴在森林里遇到了危險，導致同伴受傷，為膝蓋受傷的同伴設計一個臨時膝關節支架——護膝。如果通過單純的講述肌肉和骨骼系統，如此抽象遠離生活經驗的知識，學生并不能理解，這樣就使得無法將教學活動同實際生活間建立起有效的聯系。筆者讓學生觀察人體膝蓋仿真模型，讓學生觸摸肌肉、肌腱、韌帶、骨骼等部位，感受膝蓋運動時人體各部分結構如何協調工作，并記錄活動單。通過實實在在的觀察活動（圖2），展開趣味十足的學習活動，達到學習知識目的。在真實的課堂情境中，學生可以快速地進入學習狀態，激發出學生的學習興趣，有效地調動學生學習的積極性、主動性。

2.有趣的學習活動：測量健康膝蓋的活動范圍。利用測角儀，在小組內開展測量組內同學健康膝蓋的活動范圍。知道測量方法后，學生開始在組內測量，有模特，有測量員，有觀察員，有記錄員，測量活動十分“熱鬧”有趣。（圖4、圖5）

好玩的測量活動一下子激起了學生探究學習的興趣，不少小組得出健康膝蓋的活動范圍只能向后彎曲，不能向前、內側、外側彎曲。班級內也會有1-2組同學測量結果不一樣，如有的小組測量結果能向內側彎曲，顯然，這樣的測量結果是錯誤的。此時，筆者把問題拋給學生，學生因親身體驗過測量活動，分析出在測量時大腿的方向發生了轉動，導致測量結果不正確。再次詢問每個小組向后彎曲程度為什么會有差異，學生也能用自己直接感受分析出每個人的身體柔韌性不同。這樣的有趣的學習方式，將知識、技能、態度整合性地包裹在挑戰性的情景中，讓每個學生都沉浸在學習的樂趣中，促進學生將它們遷移到新情境，最終遷移到真實世界中。

（二）豐富素材：培養實踐能力

項目制學習并不是簡單地讓學生完成活動做出的成果，而是要讓學生經歷有意義的學習實踐歷程。要鍛煉學生在復雜情境中的靈活的心智轉換，是一個包含知識、行動和態度的“實習實踐”，而不是按部就班地讓學生完成探究流程。認知維度保證了學生進行高階思維的可能。因此，筆者在學生如何參與實踐進行許多設計。

例如學習活動：認識材料的屬性。

師：你們認識這些材料嗎？

生：認識，這是瓦楞紙、海綿墊、棉布、毛氈、……

師：請你們觀察他們，試著在受傷膝蓋上比一比，能起到什么作用？

生：觀察、記錄

師：我請一個小組來交流，結合材料的屬性，說一說在制作護膝的時候起到什么用途？

生1：出示記錄單（圖6），進行交流，最后詢問：大家有什么建議嗎？

生2：你們用雙腳釘來固定材料，雙腳釘要怎么使用呢？

生1：我給你演示一下吧?。ú僮鳎┻€有問題嗎？

生3：我們發現海綿很容易破，如果制成護膝，你們有沒有想過怎么用海綿？

生1：因為海綿能起到緩沖作用，這樣可以保護受傷膝蓋。我們可以放在里層里。

生3：可是最里層還是一碰就會破（這小組在嘗試時，已經有破損情況）

師：其他小組有辦法嗎？（底下學生鴉雀無聲）如果一種材料有缺陷，能怎么樣改變它的屬性？（引導學生繼續思考）

生4：能夠在海綿的上面附一層棉布，這樣就不容易破，棉布比較耐用。

師：你還能想到耐用，真是了不起！

在學習材料的環節中，學生知道這個材料可以做什么，但不知道如何做？如魔術扣，知道可以用來固定護膝，調節大小，但是并不清楚如何讓其在護膝上起到調節松緊的作用。如果沒有細致的深入學習，往往會在實踐制作過程中，導致作品無法完成，從而喪失學習的興趣。基于此，筆者讓學生嘗試去畫護膝草圖，三年級學生通過充分學習材料屬性后，完成的草圖出人意料的精彩?。▓D7、8）

上述設計綜合在這個項目中整體呈現，如此讓整個學習項目具有足夠的張力，拓展學習和深化學生的思維，前期的鋪墊活動把握住關鍵的知識點。在制作護膝的實踐環節中，學生將獲得的知識轉化為實踐技能，通過小組合作，裁剪材料，固定組合材料，制作綁帶，測試護膝指標等等。有一組學生在交流成果中，說道：“我們小組的護膝達到了健康膝蓋的活動范圍，但是不能向后彎曲了，你們能幫我們分析一下原因嗎？”其他小組提出這樣的建議：“是不是你們在后面設計的魔術扣固定在關節彎曲部位，應該是卡住了。”此時，其他學生也紛紛舉手幫助他們，提出將魔術扣分成上下2條，避開活動部位。筆者引導學生繼續思考、對其他小組進行提問，生生交流出現誤解、針鋒相對時進行及時補充、調節。教師的退讓，體現“生本課堂”，讓學生在課堂上碰撞出思維的火花。

三、項目評價

項目式學習的評價與成果的產生、公開的成果匯報緊密相連的。完整的成果設計包含成果的量規設計。此外，《設計護膝》項目學習活動還對學生學習實踐的整個過程進行評價，引發學生更深層次的學習和理解。

（一）優化體系：多元化的項目評價框架

在學習活動中的評價是多元且豐富的。筆者在設計評價過程時，用過程性評價和總結性評價策略及多元主體參與的評價方法來促進學生真正投入學習（表2）。

在每個學習活動中都設計與之對應的學習單和教師評價表，來評估學生的學習實踐情況。最后的成果展示評價，請生物醫學工程師（骨科專家）來評判，鼓勵學生展示自己的努力過程中所取得的成績，給學生提供了一個和專家面對面交流的機會和展示的平臺，同時也得到同伴的肯定和專家對的評價意見。

四、項目的教學反思

本課程共8課時，讓學生經歷了有趣有料的多項實踐活動。綜合起來，筆者以下幾點反思：

（一）情境趨向真實：側重決策力的培養

STEM教育中的探究主題，是面向現實世界，解決真實問題。問題要源于現實世界，這就是具有一定的復雜性，現實世界的問題可以讓學習者更快融入情境。問題要聚焦于“真實”問題，即此問題的設計要關注應用哪些知識，獲得哪些技能，要從學習者的認知角度出發，關注學習者的意義建構和能力生成過程，側重培養學生的決策力。

（二）有機整合四大領域課程：實現高階能力的培養和遷移

STEM教育的本質是跨學科教育，是在傳統分科教育的基礎上誕生的。其本意就是利用分科教育學到的知識和原理與解決問題。STEM教育項目式學習主要通過科學、數學、工程設計與應用于一體的融合式項目設計教學，組織實施跨學科學習，引導學生在發現問題、解決問題的過程中融合應用各領域的學科知識，進行整合性的深度學習。從而激發學生的學習興趣，發展操作實踐能力，培養學生創新探索精神，全面提高學生的智力發展，以此培養學生高階能力。

參考文獻：

[1]夏雪梅.項目化學習設計[M]教育科學出版社，2018

[2]張悅穎，夏雪梅.跨學科的項目化學習[M]教育科學出版社，2018

[3]北京師范大學《基于學科融合的課程設計與評價方法研究》課題

[4]吳建偉.陳君芬.基于案例《輪子》談STEM課堂組織與實施[J]教育時政

[5]包士娟.劉曉東.學生主體給STEM課程注入“A”元素——以“DIY水凈化器”項目的實施為例[J]教育時政