6E教學模式下STEM環境教育課程設計與實施

張逸聰 涂耀仁 江豐光

【摘 要】本文基于6E教學模式設計并實施了以“解救小鯨魚”為主題情境的環境教育課程。教師通過引入、探究、解釋、工程、豐富與評估6E教學模式步驟將多學科知識進行融合，使學生們意識到維護海洋生態的重要性，并利用工程思維搭建海洋垃圾打撈設備，避免小鯨魚被人類產生的垃圾所困住，達到解救小鯨魚的目的，實現學生多元化發展。該課程也為小學STEM環境教育的落實提供了科學依據與技術支撐。

【關鍵詞】6E教學模式;STEM;環境教育

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2021）011-070-03

隨著工業化的快速發展與人口的急劇增加，能源消耗愈發嚴重，隨之而來的是重大的生態危機，如大氣污染、資源短缺、水土流失、森林退化、海洋酸化、微塑料污染等問題。生態問題是當今各個國家必須面對的現實挑戰，環境教育是解決生態問題的關鍵工具，扮演著至關重要的角色[1]。傳統的學校并未開設環境教育主題相關課程，學生只是通過科學與思政課了解基本知識點，并不能很好地增加人與環境的關聯度，提升對環境的態度與行為。STEM是多學科的融合，學生能將孤立的、分散的知識點整合到項目中，發揮自己的主觀及專業特性解決基于真實情境的環境問題，以達到“內化于心，外化于行”的最終目的。

相關理論

1.STEM教育

STEM起源于美國，它是由科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）以及數學（Mathematics）這四門學科首字母組合而成[2]。其中科學的意思是讓人們客觀地認識世界，掌握自然界的客觀變化規律;技術和工程則建立在客觀規律上，促使人們更加了解世界，并能改造和利用環境以解決現實中的難題;數學是技術和工程的基石，它為人類改造世界提供了源源不斷的動力。STEM將不同學科融合在一起，人們可以從多角度、多維度分析看待事物，有利于培養學生的學習技能、工程思維、問題解決和團隊合作能力，對學生個人和社會發展也具有重要意義。

2.6E教學模式

5E教學法最早起源于生物學科，是由美國生物學課程研究（BSCS）提出的一種建構主義教學模式[3]。為了更好地體現“工程設計”概念，美國國際技術與工程教育學會（ITEEA）在5E教學法中加入“工程”環節，于2014年提出6E教學模式[4]（表1）。其六個階段分別為：Engage（引入）、Explore（探究）、Explain（解釋）、Engineer（工程）、Enrich（豐富）與Evaluate（評估），學生自主建構知識，并對基于真實情境的問題和項目進行科學探究。

“解救小鯨魚”案例設計與實施

我們的海洋覆蓋了全球絕大多數的面積，是人類的生命搖籃，對人類的生存發展至關重要。但是近些年，人類無節制的活動加劇了海洋環境的惡化，沒有干凈的海洋，我們就無法擁有健康的未來。本研究聚焦海洋污染物，學生們作為環保志愿者模擬前往海洋進行科研，在途中碰到遇險的小鯨魚，最終巧妙地搭建垃圾打撈器順利解救了小鯨魚。課程使用樂高WEDO2.0套件進行跨學科知識遷移和解決挑戰性任務，最終目標是讓學生了解海洋的重要性及人類對海洋造成的危害，提高學生的環保意識，增加他們綠色行為的次數。課程分為如下6個環節。

1.階段一：引入（Engage）

本環節先從公益紀錄片One Ocean展開，教師向學生展示繽紛多彩的珊瑚和美麗的海底世界，接著創設情境并播放動畫：鯨魚被大網纏住尾巴，大量的垃圾被收集在大網內，最終垃圾太多它游不動了，我們需要幫它解開身上的垃圾！通過創設“解救小鯨魚”情境，學生能更好地融入課堂，調動自身的學習興趣和積極性，引出對海洋和污染的思考。

2.階段二：探究（Explore）

教師首先詢問學生海洋大約占整個地球的比例，學生根據學習手冊的資料推算出數值。接著教師進一步詢問“如果把地球上的水都匯總在一起，變為一滴，會有多大呢？”學生聯系生活和閱讀學習材料后舉手回答，分享觀點并說明理由。接下來，教師引導學生思考如何打撈小鯨魚身上的垃圾？打撈設備的原理是什么？鼓勵學生將草圖繪制在學習手冊上。學生在教師的指導下利用身邊的材料簡單模擬打撈的過程，教師組織學生頭腦風暴討論打撈設備的工作原理。最后，學生通過互聯網探究海洋污染的原因，并摘錄防范污染的措施。

3.階段三：解釋（Explain）

學生通過觀看教師播放的多媒體課件，了解到所有水匯總到一滴也十分渺小。教師又通過一桶水、一杯水和一勺水，呈現出地球的總水量、淡水量和人類目前可利用的淡水量，呼吁學生節約用水。接著，教師講解打撈設備的三大重要組成部分：起重臂、立柱和轉臺，學生通過多媒體課件與教師的講解，認識了齒輪轉動與定滑輪。教師通過輪播圖展示了海底的動物、植物和礦藏，帶領學生們領略更多未知的生物。學生們分享查閱到的海洋污染原因及危害，教師輔以視頻對學生們的回答進行解釋與匯總：（1）肆意排放污染物影響海洋動植物的生存環境，有毒物質進入海洋，被魚和海草吸收，最終還是會重回人類的餐桌。（2）石油泄漏不僅危害海洋生物，鳥類也會因為翅膀被污染而不能飛翔。（3）各種人類生活垃圾充斥在海洋中，致使吸管堵塞烏龜的鼻孔，垃圾填滿鯨魚的肚子。最后，教師總結學生匯報的防范污染的方法，呼吁大家在生活中踐行綠色理念。

4.階段四：工程（Engineer）

工程設計包括“設計圖紙—制作模型—調試設備—維修模型”四大步驟，學生根據所學知識改進已有的方案，并在草圖上標明位置、尺寸和功能，學生利用樂高WEDO2.0套件合作進行搭建。需要注意的是，教師在巡視過程中只能解答學生遇到的概念問題，對搭建過程不能進行過多干預。只有在課堂上將更多的時間留給學生，學生才能在不斷失敗中發現與解決問題，并將搭建過程中遇到的問題、解決方案及改進的地方記錄在學習手冊上。此外，教師需要關注動手能力較差的小組，發放搭建模型圖紙，增加學生信心和推進工程的進度。

5.階段五：豐富（Enrich）

該環節主要是指教師引導學生進行更深入的學習和討論，從模型的功能設計上進行拓展制作。首先教師要求學生們知識遷移：將打撈機器與平板相連接，編寫代碼控制打撈機器的運行，進一步說明上升與下降要編寫聲音和顏色的代碼。同時，教師還補充問題：如果小鯨魚身上的垃圾很重，目前的設備還能順利解救它嗎？學生通過討論與改裝，不斷地編寫調試代碼、增重打撈臂末端重量、調整零件組合、減少齒輪數量，使模型更加完善。

6.階段六：評估（Evaluate）

教師準備一個裝滿水的透明塑料盒，用吸鐵石與回形針模擬海洋中的垃圾，根據垃圾大小賦予不同的分值。首先，學生們依次展示搭建的模型，闡述模型的分工、特點、功能以及搭建過程中遇到的問題和解決措施，其他學生認真傾聽并提出問題。隨后學生運行垃圾打撈器，計算在90秒內獲得的分值，教師根據“美觀性”“實用性”和“創意性”對作品進行評估。最后的小組總分是將打撈分數與教師評分相結合，所有小組演示結束后，教師根據總分選出優秀作品給予表揚與獎勵。在學生匯報演示過程中，學生們都覺得清理垃圾刻不容緩，人類不應該亂扔垃圾，應該與大自然和諧相處。搭建經驗交流環節，學生們還分享了遇到的困難，并用科學的方法解釋了原理，如第二組打撈模型設計失誤，忽視了水的浮力，從而不能下潛;第六組代碼邏輯異常，打撈設備動作緩慢;第八組因為摩擦力太大，設備無法拖動垃圾。課程表明，在6E教學模式下，STEM課程層層遞進且互相關聯，學生們不但掌握了海洋的知識，而且通過團隊合作搭建模型解決真實情景的問題，最終完成探究任務。

教學總結反思

本次環境教育STEM課程采用6E教學模式，聚焦“打撈海洋垃圾”，學生不僅加深了與海洋的關聯性，了解海洋的資源與目前存在的污染，同時運用工程思維開展科學探究，運用多學科知識解決真實情境的問題，最終順利解救了小鯨魚。由此可見，STEM課程有利于調動學生的積極性，培養學生的創新意識與合作能力，提升學生發現和解決問題的能力，這正是當今提倡的素質教育的重要一環，也是學生成長必備的品質與能力。本課程還存在著一些不足，教師的主要責任是激發學生的學習興趣，課程應該增加學生探究與討論的時間，從而讓學生理解并掌握正確的知識與策略。此外，教師在教學設計中應注重學生學習支架的構建，將復雜的任務轉變為多個小項目，在提供模擬軟件的同時促使學生進行主動學習。教師需要將重心放在學習單的設計上，由于學生們不愿意填寫大量文字內容，教師可以精簡知識點并提高學習單整體的美觀性與趣味性。作為一名未來的教育工作者，應不斷學習多學科知識，提高STEM教學設計與實踐能力，將科學、技術、工程與數學滲透進課堂，最大限度地發掘學生們的潛能，致力于學生的全面發展。

參考文獻

張莉莉. 幼兒英語教學中寓以環保教育的重要意義探索——評《只有一個地球》[J]. 環境工程，2020，38（3）： 198.

李天露. 美國科學技術工程和數學（STEM）教育政策解讀及其啟示[D]. 長沙：湖南師范大學，2015.

Rodger W. Bybee. Guest Editorial： The BSCS 5E Instructional Model： Personal Reflections and Contemporary Implications[J]. Science and Children，2014，51（8）：10-13.

Burke， B.N. The ITEEA 6E Learning By Design Model： Maximizing Informed Design and Inquiry in the Integrative STEM Classroom[J]. Technology & Engineering Teacher，2014，73：14-19.