依托未來教室，優化基于項目STEM學習的研究

王鳳梅

摘 要：基于項目的STEM學習是一種整合科學、技術、工程和數學的學習方式。引導學生通過自己感興趣的科學實踐活動，在真實的情境中，為學生提供機會，讓學生專注于生活，投入到讓學生感覺到滿足而值得從事的活動中，培養學生的科學思維和科學素養。

關鍵詞：基于項目的STEM; 科學思維; 科學素養

中圖分類號：G623.6? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）9-043-002

一、研究背景

S（科學）是對自然世界的研究，包括與物理、化學和生物相關的自然定律，以及對這些學科相關的事實、原理、概念和規則的處理與應用。科學既指隨時間逐漸積累起來的一系列知識，又指產生新知識的過程——科學探究?？茖W知識能為工程設計過程提供信息。

T（技術）雖然嚴格意義上說不能算做一門學科，但是它包含了用于創建和操作技術制品的整個系統以及制品本身。這個系統包括人員、組織、知識、過程和設備。在漫長的歷史中，人類創造了技術來滿足自己的需求，很多現代技術都是科學和工程的產物。而技術工具在這兩個領域也都有著廣泛的應用。

E（工程）既是有關設計創造人工產品的知識體系，也是解決問題的過程。工程學是在限制條件下進行設計的過程。其中一個限制條件就是自然定律，或者說科學定律。其他限制條件包括：時間、資金、可用材料、人體工程學、環境法規、可制造性和可修復性。工程中會用到的科學和數學概念，以及技術工具。

M（數學）是一門研究數量、數字和空間之間的模式和關系的科學。數學與科學不同，在科學中，實證數據是用來證明或推翻相關主張的;而數學中的主張則是通過基于基本假設的邏輯論證來證明的。邏輯論證和主張都是數學的一部分。與科學一樣，數學知識也在不斷發展。不過與科學不同的是，在數學中除非基本假設有所改變，否則數學知識是不會被推翻的。在科學、工程和技術中都會用到數學。

學校高位發展的需求性。本校地處蘇州工業園區，園區教育日新月異，科學技術迅猛發展，學校已成為園區未來教室的試點學校之一，處于高位發展的階段。在課堂教學中使用雙板技術已成為當今提高教學質量的重要手段和措施，用來滿足學校教育工作的不斷發展。

交互式電子白板被越來越多的應用于課堂教學中。交互式電子雙板基于雙軌教學模式產生，解決了傳統單塊交互式電子白板教師備課不方便、教學資源無法共享、電子白板尺寸過小等問題，同時具有其獨特的教學特性。信息技術的發展對傳統課堂帶來的沖擊，促進我們一步步地去改變。

2017年教育部頒發的《小學科學新課程標準》，更是提出將科學、技術、社會與環境目標納入課程目標中，課程內容中也增加了技術與工程領域的模塊，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。培養學生通過“動手做”解決科學問題的習慣。

二、課題研究的必要性

豐富學生科學學習的資源。未來教室環境下，基于項目的小學科學STEM學習，教師通過教材研究，創造性地整合有效資源，基于真實情境提出問題，要求學生解決若干問題。通過學生完整的作品展示來考量學生對STEM所涉及的各個學科概念的掌握情況。而在雙板上呈現，可以很好的進行師生互動，并拓寬學生的視野。

STEM課堂具有以下特征：活躍且以學生為中心、能夠支持學生自發提問以及制訂探究計劃、是發明與創新的中心;既是教室，又是實驗室，支持多種教學模式;能夠覆蓋具有不同學習風格以及有學習障礙的學生;整合真實世界中的情境或難題。

受STEM教育的學生有以下特征：他們是問題的解決者、能夠明確問題和難題;能設計探究方案以獲取、收集和整理數據，得出結論;并能夠將相關知識應用到新的情境中。學生也是創新者、發明者，具有自主性和較高的技術素養。

提高科學教師教科研的能力。通過課題研究，引入STEM PBL策略，激發教師的科研意識，不斷實踐與反思，從而促進教師的教科研水平的提高，讓STEM學習深入科學課堂。

《依托未來教室，優化基于項目的STEM學習的研究》是用一種整合科學、技術、工程和數學的學習方式來促進學生科學思維的培養。強調長期的、跨學科、學生為中心的，且與現實世界之問題和實踐相融合。將分散的學科領域融合進應對具有挑戰性問題和難題。這些問題驅使學生去面對并力爭理解學科的中心概念和原則。教師利用電子白板和平板電腦，整合科學教學資源，創新教學方式，開展有意義的教學活動，促進學生的科學學習，提高課堂教學效率。

三、研究方法

本課題主要采取了以下幾種研究方法：

文獻研究法。對期刊、文獻、網絡等資料文獻進行查閱，了解課題的研究現狀。在已有研究成果的基礎上尋找深入的研究點，為課題的研究提供理論支持與指導。組織課題組人員查閱和學習相關的理論書籍，關注最新的國內相關研究情況，特別是關于未來教室、《科學新課程標準》、小學科學教學方法的論述和觀點。借鑒吸收相關的思想內容和實踐經驗，提高課題研究組成員的理論水平，不斷完善自己的課題研究。

行動研究法。此研究法將跟蹤本課題研究的全過程。按照“計劃-行動-反思-調整”四個步驟，課題組將不斷地研究、實踐、反思、調整、充實，力求以清楚的數據、科學的論證，提供事實性材料，評定前階段工作，啟動下階段工作。在這過程中，課題組人員針對研究中出現的問題，努力研討解決的方法，推進課題研究工作。在小學科學課堂、裝有電子雙板的課堂中觀摩教師上課的全部過程，對教師和學生進行訪談。

案例研究法。根據基于項目的STEM學習理念，依托未來教室，進行教學資源設計并實施教學案例。

問卷調查法。對小學科學課程現狀進行調研，在案例實施后通過調査問卷了解基于項目的STEM學習與平時的效果。

經驗總結法。通過階段性總結，及時肯定實驗成果，修正實驗方案，總結出實驗的主要經驗，及時推廣運用。

四、研究目標

依托未來教室，基于項目的STEM學習，能給小學科學教師一個豐富的教學資源庫。整合小學科學課堂教學有用的相關資源，促進教學實效，增強科學課堂效率，提高小學科學教育質量。

通過課題研究使我?？茖W教育更能適合學生發展的需要，教師運用新的理論指導使科學教學更具實效。

在課題研究過程中，轉變教學觀念，基于真實情境，模糊任務，明確結果展開教學，促進學生各科知識的融合教育，適應現代社會對人才培養的需要，能夠恰當利用現代技術，依托未來教室，優化基于項目的STEM學習。

依托與現實生活相關的真實任務，調動學生參與的積極性，允許學生對學習有所控制，注重學習的迭代過程。在不斷拓寬經驗和知識的基礎上，建立加快學習的催化劑。輔助學生在科學學習中自主、探索，從而培養學生發現、獲取、重整、分析、利用和創造等科學能力，提高學生的綜合科學素養。

五、研究內容

本課題的主要研究內容是研究基于項目的STEM學習。注重學生所學各科知識之間的融合及有效整合，課上教師利用平板與學生進行有效交互，加強課堂教學設計與運用研究，提升課堂教學的實效性。

子課題一：基于項目的STEM學習概述

小學科學課程內容包含物質科學、生命科學、地球與宇宙科學、技術與工程四個領域。優化項目，深入學習5E教學模型，奠定研究的理論基礎。

子課題二：小學科學基于項目的STEM教學設計的開發研究

基于項目的真實情境下的學習任務，模糊的問題、明確的結果。促進學生的學習自主性和科學思維的培養。同時將上課時所需要的音頻、視頻、圖片、網址、文本等多種教學資源整合在一起，教師上課時可以通過雙板呈現所需的資源，重點研究如何更好地做到資源整合，探索課件工程的制作與優化。

子課題三：未來教室環境下，基于項目的STEM學習評價機制的策略研究。創新課堂教學方式，充分開展有效的互動教學，促進學生的學習。

六、社會價值

通過專注于問題、事例和將新觀點與先前獲得的相關知識聯系起來的學習背景，學生接觸到學習內容。建立學生的思維，利用與學生個人相關的問題，為學生探究搭建腳手架。

讓思維具有可見性。給學生提供清晰觀察自己的學習機會，鼓勵學生反思，更準確地示范科學課程。提供多種表達方式——允許學生積極主動的參與到解釋科學的過程中，電腦動畫、建模制作項目、動態描寫和科學信息顯示，讓學生接近尖端科學，使學生能夠看到科學思維過程。因而可以接近科學思維。給學生提供機會來積極培養元認知技能，協助教師更有效的為學生搭建學習平臺并提出反饋意見。從而促進學生在科學世界和學習世界之間的互動。

幫助學生向他人學習。社會建構主義、合作性學習、學習共同體都提倡這種學習理念。鼓勵傾聽，而且要三思而后行。學習共同體強調學習者要觀察榜樣，并從榜樣的身上學習。設計討論中必須要考慮“進行反思，整合他人的觀點，認真做出自己的貢獻?！?/p>

促進自主學習和終身學習。基于元認知和探究，鼓勵監控。提供復雜項目，讓學生有能力設計個人的目標，從他人那里尋找反饋、解釋評語、增加新證據。鼓勵教師為學生搭建腳手架，促進自主學習和終身學習能力的培養。

七、社會效益

基于項目的STEM學習，引導學生通過自己感興趣的科學實踐活動，在真實的情境中，為學生提供機會，讓學生專注于生活，投入到讓其感覺到滿足而值得從事的活動中，培養學生的科學思維和科學素養。

實現高效的自主學習。未來課堂不再強調以教師講授為主，而是以促進學生進行個體學習和社會化學習為主。未來課堂強調學生之間采用協作式的學習方式，安裝的設備和使用的系統能支持學生的群體或團隊學習。學生們能夠協同合作開展知識創新，最終實現知識共享，從而促進學生的自主學習。

實現優質資源的共享。配備視頻交互系統的“未來教室”，可通過高清攝像頭和話筒，對整個教學過程進行錄像或直播，打破傳統校園一間教室、一位教師的上課模式，通過現場視頻同步傳輸開創了同一時間、不同空間的上課模式，實現了優質教育資源共享。

STEM教育課程計劃能夠以學生參與活動、項目和問題解決為基礎，提供動手做的課堂體驗。學生在應用所學的數學和科學知識來應對世界重大挑戰時，他們創造、設計、建構、發現、合作并解決問題。這些促使孩子們成為真正的學習者，使他們樹立終身學習的思想。著力培養學生以“解決問題、邏輯思考、批判性思考和創造力”為核心的科學素養開始，正在向培養面向未來的更為全面發展的創新人才核心素養發展。倡導跨學科、跨學習領域的學習方法，通過真實情境的課程教學，將擁有科學、技術、工程、藝術、數學等知識背景的學生與學校、社區、工作和全球企業聯系在一起，與人類未來社會的需求聯系在一起。

八、課題研究反思

專家引領不夠，課題研究重實踐，輕提煉。本課題研究在邀請專家進行指導、引領方面做得不夠，導致我們的研究視野狹窄，研究的方法、思路還不夠科學、有效，是真正意義上的“草根研究”。在課題研究“回頭看”的過程中，教師們對課題研究過程的反思和提煉欠缺，沒有有意識地進行總結，與此同時，教師重復性的研究較多，導致課題資料不夠豐厚。

課題研究還不夠深刻，尚有很多內容需要深入研究。學校處于鄉鎮，教師觀念更新不快，學生家庭配合不夠，導致課題研究不夠深刻。

如何更好地利用未來教室進行課堂教學，尚需繼續探究。課內如何組織有效活動、促進學生內化知識、拓展能力更需進行深入研究。

首先，相對于其他現代教育技術手段，交互式電子白板對課堂教學和促進教師專業成長兩方面都具有一定優勢。但我們也清醒地認識到，電子白板技術始終是為教學服務的，是提高教學質量的輔助手段，課堂上千萬不能主次顛倒，不能只為技術而忽視了語文教學最根本的任務——學生聽、說、讀、寫能力的訓練。另外，比技術更先進更重要的是教師教學理念和專業能力。因此，教師在學習使用先進的教育技術時也必須不斷提升自己教育理論水平，不斷創新自身的教育教學理念和方式。

其次，目前的教育教學前沿，微課、微視頻等對于在課外指導學生學習起到了舉足輕重的作用。在電子白板領域，我們制作微課、微視頻更方便，效果更形象直觀，在原有的研究基礎上，我們要進一步研究利用白板技術制作微課、微視頻對學生的科學素養的提升，本課題是結題了，但是研究的腳步會繼續前進。

參考文獻：

[1][美]米爾頓·霍林，[美]杰姬·斯皮克·德懷爾著，劉恩山等譯.STEM課程如何設計——從StEMT理念到課例[M]

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