基于STEM項目式學習驅動創新教學方式

趙一凡 金鑫

STEM教育是融合科學、技術、工程、數學四門學科知識與技能的新型教學方式，旨在培養學生的創新能力、實踐能力、跨學科知識應用能力和問題解決能力等。《義務教育小學科學課程標準（2017）》將技術與工程納入小學生科學學習內容中，并提出了學生需要掌握的技術與工程領域的三個核心概念。本文以教科版四上教材中的《設計與制作小車》一課為例，在STEM教育理念指導下，基于項目式學習驅動，對該課的教學背景、設計意圖、教學過程及結果等進行描繪與反思，以期創新教學方式，促進學生綜合素養的提升。

新修訂的教科版小學科學教材，從科學大概念出發，依據學習進階理論，采用大單元的形式建設課程體系，有效地將事實性知識、科學實踐活動及思維技巧聯系起來。同時，新教材汲取了當前科學教育研究的前沿成果，在單元內容上遵循學生的認知規律，設計了一些與學習內容緊密融合的STEM課程內容，比如，四上“運動和力”單元中的《設計與制作小車》一課。

設計制作小車是一個經典的STEM項目，如何將本課上出新意，讓該課教學效果最大化，讓學生真正學有所得，是我們要關注和思考的問題。“項目驅動，聚焦創新，發展思維，提升能力”是本課學習活動設計的宗旨，也是目標。通過巧妙設置問題情境、明確需求識別條件、調研查詢設計方案、制作小車測試優化和展示交流評估改進五個階段，引發學生對工程設計和動手制作的興趣，激發創新精神，培養工程思維，提升綜合能力。

一、巧妙設置問題情境：故事導入，激趣生疑

在項目開展前，老師可巧妙設置問題情境，以“我們有什么辦法讓小車自己運動起來？”問題引入回顧舊知，引導學生回顧之前所學的知識，激發學生對驅動小車方法的思考。創設情境，以觀看微視頻的方式走進汽車大王——亨利·福特的故事，引導學生像福特一樣設計制作一輛具有動力的小車。同時，明確本課的任務是：利用生活中的材料設計制作一輛具有動力的小車，它能在5秒內把兩塊橡皮運輸到1米遠處。結合福特的個人經歷，讓學生了解明確問題、制訂方案、實施方案、評估與改進的設計制作的一般過程。取材于歷史的真實情境，既與課程內容緊密聯系，又能激發學生的好奇心，也能起到啟發學生、鞏固新知的作用。通過巧妙創設的問題情境，將科學、技術、工程和數學結合，培養學生整合不同學科知識并解決問題的能力，體現多學科交叉學習的教育理念。

二、明確需求識別條件：借鑒經驗，懂得約束

工程設計的過程往往會受到實際需求和各種客觀條件的約束，因此，老師可結合福特的造車經歷，引導學生明白造車不是一蹴而就的，需要為之付出堅持不懈的努力。造車是一項復雜的工程任務，福特在造車的過程中也遇到了很多困難。為了降低造車成本，福特還發明了流水線生產汽車的模式，使汽車的價格大大降低，流水線生產的首款車型modelT也走進了千家萬戶。學生在了解福特故事的同時，也引導他們聯系本課任務，在了解造車需求的基礎上，懂得就像福特造車一樣，小車的設計制作也有著一定的約束條件：1.車身長度不超過25厘米;2.用橡皮筋或氣球做動力;3.只能利用提供的材料。約束條件的明確有助于學生更為清晰地完成方案的設計及小車的制作。

三、調研查詢設計方案：團隊合作，集思廣益

對于四年級學生而言，小車的設計并不是一件輕松的事情，

所以需要引導學生以調研查詢等方式收集相關方面的資料，為設計方案做好準備。要想設計一輛小車，首先要了解小車的結構，老師可以給每組學生準備一輛小車，請他們認真觀察并思考：小車由哪幾部分組成？每一部分的特點和作用又是什么？學生分組匯報，老師把學生的想法記錄在班級記錄表上。在認識小車結構的基礎上，老師可進一步引導學生從動力方式、各部分所用材料、每種材料的加工方式和使用工具、各部分的連接方式等方面收集信息，思考小車的設計方案。引導學生像工程師一樣繪制小車的設計圖，傳授草圖繪制的方法和注意事項。

設計之前，向學生出示設計圖的評價量表（如表1），明確設計的具體要求，幫助學生更好地完成設計。同時，提醒學生每種材料只提供一個樣品，將需要的數量寫在“成本控制區”;畫設計圖前進行頭腦風暴，然后小組形成統一方案;設計時，人人動手，及時記錄，輕聲討論。在明確設計具體要求的基礎上，引導學生從多個視角作圖，團隊協作努力讓設計的小車更合理、更科學、更美觀。

在設計完成后，請各個小組上臺展示、交流設計方案。要求說一說有哪些優勢和不足，其他小組依據評價單完成組間互評，并向展示小組提一提改進建議。在交流互動中，促進各小組方案的進一步完善。

四、制作小車測試優化：迭代創新，精益求精

在正式制作之前，需要引導學生對照材料清單，再次熟悉自己小組的設計圖，同時出示小車制作評價量表（如表2）。在學生領取材料之前，先組織學生交流怎樣分工能夠更快更好地完成任務。為學生提供福特發明的流水線生產模式相關資料，討論汽車大

批量生產的關鍵所在。和福特造車一樣，小車的制作也需遵循一定流程，即確定組裝步驟、選擇材料和工具、加工材料、組裝和調試。學生在動手操作之前，需明確造車的這一流程。在此基礎上，老師組織學生在規定的時間內完成小車制作，組織學生匯報設計思路、展示設計圖、介紹組裝流程、測試小車。在測試優化環節，再次向學生強調任務的基本要求，為學生選擇一個較為空曠的場所開展測試與優化。針對出現的共性問題，可以組織學生進行組內和組間的研討活動，以期找到問題解決方案，從中也培養學生的合作與表達能力。

五、展示交流評估改進：經驗共享，互學共長

小車測試結束后，以班級賽車的形式進行展示交流與評估改進。組織學生以小組為單位，上臺展示自己小組的小車，按照要求，小車完成既定的任務。其他小組按照小車制作評價量表，對本組和其他小組的小車進行評估，并積極地向臺上小組提出建議與意見。算出每個小組的總分并綜合考慮組員表現，評出比賽的獲勝小組。各個小組根據評估情況，進一步反思設計和制作過程，對小車進行進一步的改進完善。同時，老師需引導學生進一步反思自己在整個設計制作過程中的表現，總結優勢與不足，促進他們在反思中實現自我的提升。

本課在STEM 教育理念指導下，由項目式學習驅動，遵循工程設計的一般流程，針對設計制作動力的任務，引導學生像工程師一樣在真實情境中針對任務進行查詢與調研、構思，并篩選解決方案、做出模型、測試與優化產品、表達與交流工程設計方案及模型。整個學習過程其實是學生發現問題、分析問題和解決問題的過程，而且需要質疑、創新、實踐與合作。面對困難時，需要堅定的毅力;遭遇失敗時，需要“重新開始”和“從頭再來”。學生像科學家與工程師一樣，經歷科學探究與工程實踐活動過程，聚焦創新，發展思維，提升能力，每一位學生的成長得以真實發生。本課在教學評價的多元化、學習反饋模式、教學活動組織等方面還有待進一步優化。