滲透STEM 理念的項(xiàng)目學(xué)習(xí)課堂教學(xué)實(shí)踐與反思

黃家策

（晉江市平山中學(xué)，福建 晉江 362200）

2017 年8 月至2018 年7 月，筆者有幸參加泉州市首批“教育領(lǐng)航”在北京、上海為期一年的脫產(chǎn)學(xué)習(xí)。2018 年5 月至6 月，在上海格致中學(xué)掛職跟崗期間，聽了一堂上海同濟(jì)黃浦設(shè)計創(chuàng)意中學(xué)徐琤雅老師主講的《“夢之橋”項(xiàng)目課程——合金》化學(xué)課，感覺與往常聽過的課堂教學(xué)有很大的不同。這節(jié)大課（90 分鐘）共有四個環(huán)節(jié)：

環(huán)節(jié)1.情境導(dǎo)入。回顧“夢之橋”項(xiàng)目活動過程中的學(xué)生表現(xiàn)。

環(huán)節(jié)2.學(xué)生數(shù)字建模創(chuàng)作橋梁路演。現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)連線同濟(jì)大學(xué)專家教授點(diǎn)評。

環(huán)節(jié)3.學(xué)生運(yùn)用Scratch、Arduino 等專業(yè)軟件制作橋梁周邊項(xiàng)目。引發(fā)學(xué)生思考橋梁實(shí)踐構(gòu)建過程中可能遇到的細(xì)節(jié)問題。

環(huán)節(jié)4.橋梁材質(zhì)的選擇及維護(hù)。設(shè)計實(shí)驗(yàn)探索鋼鐵銹蝕的原因。

“夢之橋”項(xiàng)目試圖以基礎(chǔ)課程相關(guān)知識為抓手，從語文、藝術(shù)、歷史、政治、物理、化學(xué)等多個維度對“橋”進(jìn)行解構(gòu)。化學(xué)學(xué)科教師從分析橋梁材料入手引入合金、吸氧腐蝕、氧化還原基本原理等知識；歷史學(xué)科教師則從外白渡橋、四川路橋等對歷史的見證引發(fā)學(xué)生關(guān)注上海近代史的變遷；其他相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科教師也參與進(jìn)來，共同為項(xiàng)目課程的學(xué)習(xí)增添了趣味性及多元性。

透過授課者對《“夢之橋”項(xiàng)目課程》的介紹，筆者感受到了課程項(xiàng)目組的老師們，著力借助“夢之橋”這一項(xiàng)目來提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的敏銳度、思考問題的維度、解決實(shí)際問題的能力。通過講座、工作坊、實(shí)地參觀等多種教學(xué)活動，帶領(lǐng)學(xué)生了解橋梁產(chǎn)生的政治歷史背景、橋梁外觀的各種演化和受力原理等內(nèi)容，最終讓學(xué)生以團(tuán)隊合作形式，完成以濱江大道為背景的人行橋的設(shè)計。通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體驗(yàn)從感性認(rèn)識—形態(tài)邏輯—結(jié)構(gòu)分析—模型制作的全過程。

對學(xué)生而言，這是一次全新的自我挑戰(zhàn)，他們需要通過各類基礎(chǔ)課程相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，借助項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程理念、經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)運(yùn)用于項(xiàng)目的實(shí)踐研究，從而發(fā)展自身的認(rèn)知能力、合作能力、創(chuàng)新能力、社會責(zé)任意識等核心素養(yǎng)。

對聽課者而言，尤其是作為一名傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)思維模式下的化學(xué)教師，筆者聽課時更關(guān)注的是教學(xué)設(shè)計中的第四個環(huán)節(jié)。筆者課后追問，在化學(xué)課堂上實(shí)施前面三個環(huán)節(jié)，是否屬于“越界”行為，一種“不務(wù)正業(yè)”——花自己的學(xué)科時間種別的學(xué)科的地？即使是新高考綜合改革，已經(jīng)又從文科、理科綜合走向單科考試，這種學(xué)科間融合的教學(xué)，是否會與針對性備考的現(xiàn)實(shí)需求相悖？

華東師范大學(xué)趙中建教授說，美國把STEM 教育視為決定國家的未來能否成為世界領(lǐng)袖，能否解決諸如醫(yī)療衛(wèi)生、能源、環(huán)境和國家安全等諸多領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。還認(rèn)為STEM 教育將有助于培養(yǎng)具有國際市場競爭所需要的能干且靈活的勞動力。北京教育學(xué)院馮華教授認(rèn)為，未來的教育要注重STEM 理念以及其在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用與研究，要把需要學(xué)生掌握的科學(xué)知識和方法集合成具體項(xiàng)目，通過開展解決核心問題的主題活動，使學(xué)生像學(xué)科專家一樣經(jīng)歷科學(xué)探究和工程設(shè)計過程。概言之，STEM 教育將有助于實(shí)踐者的課堂轉(zhuǎn)型，從教學(xué)目標(biāo)，教與學(xué)的內(nèi)容，教師與學(xué)生的關(guān)系，教學(xué)方式、教學(xué)評價等方面實(shí)現(xiàn)觀念和教學(xué)策略、方式方法的轉(zhuǎn)變。

然而，STEM 理念下的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，需要整合多個領(lǐng)域多個學(xué)科的內(nèi)容，其融合度高、難度大，對學(xué)生綜合素養(yǎng)的培育提出了更高的要求。創(chuàng)新性的教育實(shí)踐需要多學(xué)科、多教師的共同合作，將考驗(yàn)著一所學(xué)校的教育管理水平和教師的綜合素質(zhì)。

一、實(shí)踐探索

晉江市高中化學(xué)名師工作室團(tuán)隊，著力以STEM教育理念，結(jié)合新版教材，以問題（項(xiàng)目）為導(dǎo)向，以科學(xué)為引領(lǐng)，以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以技術(shù)為支持，以工程為切入點(diǎn)，開展一系列的課堂教學(xué)實(shí)踐探索。引領(lǐng)學(xué)生圍繞教材內(nèi)容，結(jié)合與中學(xué)教學(xué)緊密相關(guān)的學(xué)科研究成果等各種真實(shí)情境，挖掘、提煉學(xué)習(xí)項(xiàng)目主題，選擇學(xué)習(xí)資源，模擬化學(xué)科技工作者、工程師深入探究，對已學(xué)知識深度加工，從而收獲技術(shù)經(jīng)歷，建構(gòu)更為完整的學(xué)科知識體系。期望在各種實(shí)踐與創(chuàng)新活動中，能更全方位、多渠道地發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)。

1.挖掘新教材中與STEM 理念相融合的教學(xué)內(nèi)容

如江蘇鳳凰教育出版社高中《化學(xué)》必修上冊專題3 第二單元和第三單元中，鈉、鎂單質(zhì)的金屬冶煉，電光源研制，新材料開發(fā)；過氧化鈉用作漂白劑和呼吸面具中的供氧劑；鈉和鉀合金用于快中子反應(yīng)堆作熱交換劑，高壓鈉燈用于照明；純堿在化工、烘焙、醫(yī)療上的用途；工業(yè)上以氯化鈉為原料生產(chǎn)純堿——侯氏制堿法、海水中提取鎂、鎂用來制造信號彈和焰火等，都可以作為滲透STEM 理念設(shè)計為項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容。

2.挖掘教學(xué)參考書中與STEM 理念相融合的資源

與新教材配套的《高中化學(xué)教學(xué)參考書》，比以往有了更多的教學(xué)案例，有了更多的化學(xué)與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)系，涉及很多使用手持技術(shù)的探究項(xiàng)目。如“溴、鎂、碘的提取”“從海水中提取溴單質(zhì)實(shí)驗(yàn)”，以數(shù)字傳感器來做滴有酚酞的氫氧化鋇溶液分別與鹽酸、硫酸、硫酸鈉溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)情況等，也可以滲透STEM 理念設(shè)計為項(xiàng)目學(xué)習(xí)。

3.基于STEM 理念的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計實(shí)施方案

STEM 理念下項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)施方案，可以從以下設(shè)計的流程進(jìn)行：創(chuàng)設(shè)問題情境→提出問題→提出解決方案→實(shí)施方案→匯報方案成果→評價總結(jié)。首先要在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的指導(dǎo)下，找到認(rèn)識化學(xué)事實(shí)、化學(xué)理論的角度，通過設(shè)置能體現(xiàn)思維活動的問題組，進(jìn)行證據(jù)推理和模型構(gòu)建的過程，發(fā)展學(xué)生的思維水平，使學(xué)生的化學(xué)學(xué)科的素養(yǎng)達(dá)到一定的高度。在教學(xué)設(shè)計的過程中，也要了解學(xué)情，不盲目增加難度。要尋找合適的研究主題，并非所有教學(xué)內(nèi)容都能通過以上的方案設(shè)計。要找到與主題相契合的STEM 理念方向和內(nèi)容，再合理設(shè)置問題組，探究項(xiàng)目。要將課本中結(jié)論性、規(guī)律性的知識通過STEM 理念引導(dǎo)，讓學(xué)生有目標(biāo)有意識地完成項(xiàng)目式探究。

4.基于STEM 理念的跨學(xué)科研究性學(xué)習(xí)探索實(shí)踐

研究性學(xué)習(xí)是新課程改革的產(chǎn)物，在國家課程體系學(xué)分認(rèn)定中占有很大的比重。與其說研究性學(xué)習(xí)是一種課程，不如說是一種學(xué)習(xí)方式，應(yīng)該滲透在其他學(xué)科的教學(xué)中。化學(xué)研究性學(xué)習(xí)是化學(xué)教學(xué)與研究性學(xué)習(xí)實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，是學(xué)生在化學(xué)教師指導(dǎo)下，主動發(fā)現(xiàn)與化學(xué)相關(guān)的問題，并能運(yùn)用化學(xué)思想方法分析問題、解決問題的學(xué)習(xí)活動。這種以學(xué)生為主，由他們自行策劃、執(zhí)行及自我評估的跨學(xué)科學(xué)習(xí)模式與STEM 理念和項(xiàng)目學(xué)習(xí)十分相似。若能把STEM 理念有機(jī)地融入化學(xué)類型的研究性學(xué)習(xí)中，在學(xué)習(xí)活動中將所學(xué)的化學(xué)知識進(jìn)行遷移，用于解決身邊的化學(xué)問題和復(fù)雜的社會問題，將起到很好的教育效果。如“自來水中游離氯的存在”為主題活動探索時，教師除了給學(xué)生有關(guān)氯氣的知識，還應(yīng)注意挖掘其中所涉及的生命健康、環(huán)境保護(hù)、疾病預(yù)防等社會問題，鼓勵學(xué)生發(fā)散思維，利用掌握的知識和應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)設(shè)計檢測方法，改進(jìn)自來水的凈化手段。通過化學(xué)研究性學(xué)習(xí)，可以變革教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和體驗(yàn)化學(xué)研究過程與方法，在活動過程中還可以潛移默化地培育學(xué)生的創(chuàng)新精神，促進(jìn)包括實(shí)踐能力在內(nèi)的綜合能力的全面發(fā)展與提升。

二、教學(xué)反思

目前，我們這些課堂教學(xué)還只是一部分教師的探索與實(shí)踐，課題研究經(jīng)驗(yàn)的積淀、總結(jié)及推廣還有一個較長的過程。我們看到它作為特色化公開課展示的可行性，也看到常態(tài)化課堂教學(xué)實(shí)施時的艱巨性。

1.正確認(rèn)識STEM。首先，STEM 是分學(xué)科的，它代表著科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等四門相對獨(dú)立的學(xué)科領(lǐng)域。不僅要思考科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的核心知識，還要思考連接這四個學(xué)科領(lǐng)域的大概念。其次，STEM 又是整合的。作為集成戰(zhàn)略的STEM 教育并不局限于四門各自獨(dú)立的學(xué)科，而是更關(guān)注“整合”的意義和價值。再次，STEM 還是延伸和擴(kuò)展的。STEM教育從最初關(guān)注或集中于高等教育，到逐步下移至中學(xué)教育乃至小學(xué)、幼兒園活動，從國家競爭力人才的培養(yǎng)擴(kuò)展至學(xué)習(xí)方式的變革。

2.理想化的設(shè)計。滲透STEM 理念的項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐，都是以提高學(xué)生解決實(shí)際問題能力，培育核心素養(yǎng)為目的，而不只是提高學(xué)生的解題能力。我們希望通過項(xiàng)目活動的開展，讓更多的學(xué)科教師聚焦到培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力、自主學(xué)習(xí)能力、良好自我導(dǎo)向能力，最終成為能為自己的人生負(fù)責(zé)的創(chuàng)新型人才。

3.現(xiàn)實(shí)性的思考。利用STEM 理念培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科思維方式，有一個無法繞開的問題，就是要在課堂學(xué)習(xí)之余提供給學(xué)生時間、機(jī)會和各種教育資源，讓學(xué)生得到充分的實(shí)踐和經(jīng)歷。時間、機(jī)會、資源均是成本問題，優(yōu)質(zhì)學(xué)校因高考壓力不敢貿(mào)然行動，普通學(xué)校又缺乏開設(shè)跨學(xué)科課程的條件而愛莫能助。所以，處理好與高考的關(guān)系是這項(xiàng)課堂教學(xué)改革最現(xiàn)實(shí)的問題。項(xiàng)目學(xué)習(xí)不但要學(xué)生喜歡，而且質(zhì)量要不錯，負(fù)擔(dān)不能過重。學(xué)生要喜歡，說明這項(xiàng)改革學(xué)生有興趣，有熱情，參與程度高。質(zhì)量不錯是教學(xué)的價值和意義所在，也是學(xué)校、社會支持的保證。僅僅有學(xué)生喜歡，課堂熱熱鬧鬧，沒有一定的質(zhì)量，這樣的改革是沒有生命力的。負(fù)擔(dān)不能過重，體現(xiàn)了對獲得教育質(zhì)量的途徑和方式有效性的追求，不僅要求不能有過重的作業(yè)負(fù)擔(dān)，而且要求學(xué)生不能耗費(fèi)太多的精力在做課前準(zhǔn)備，甚至影響其他學(xué)科的學(xué)習(xí)。在課堂上也不要用過于頻繁和大運(yùn)動量的活動使學(xué)生身心疲憊，否則也是不可持續(xù)的。

4.成功關(guān)鍵是教師。課堂教學(xué)改革成功最關(guān)鍵的要素是人，尤其是作為課程實(shí)施者的教師。滲透STEM 理念的項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一項(xiàng)綜合性和創(chuàng)造性的實(shí)踐活動，真正要落實(shí)跨學(xué)科的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，就離不開教師的自我發(fā)展。教師要有較高的專業(yè)素養(yǎng)，才能精心地進(jìn)行課程頂層設(shè)計、踏實(shí)的課程實(shí)施和適時的專業(yè)性指導(dǎo)。科學(xué)設(shè)計、審美能力、工程與技術(shù)等素養(yǎng)往往是傳統(tǒng)學(xué)科教師專業(yè)知識體系中最薄弱的環(huán)節(jié)，必須補(bǔ)齊短板，才能讓學(xué)生達(dá)成預(yù)設(shè)的能力水平。

三、改進(jìn)方向

當(dāng)前，雖然各級教育行政部門都一直致力于教育改革，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體，以自主、合作與探究式的教學(xué)方式，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才，但是事實(shí)上基層學(xué)校的課堂形態(tài)變化甚微，傳授式的課堂依然是大多數(shù)學(xué)校的常態(tài)。而當(dāng)今全球教育趨勢越來越推崇主題式、項(xiàng)目化的課程，作為領(lǐng)導(dǎo)學(xué)校課程教學(xué)的負(fù)責(zé)人，有責(zé)任改進(jìn)和完善當(dāng)下的課堂現(xiàn)狀，建立個性化的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，在確保完成國家課程教學(xué)的前提下，通過STEM 理念下的項(xiàng)目活動，促進(jìn)學(xué)生在解決實(shí)際問題的探究實(shí)踐過程中，綜合運(yùn)用學(xué)科的知識、技能，全面發(fā)展綜合素養(yǎng)，讓學(xué)生更積極地學(xué)習(xí)，帶動學(xué)與教的實(shí)質(zhì)性變革，使學(xué)生更好地適應(yīng)未來不確定的社會做各種準(zhǔn)備。

1.豐富課程結(jié)構(gòu)和形態(tài)。一直以來，學(xué)校的課程形態(tài)是以分科制為主，它可以使學(xué)習(xí)更精準(zhǔn)、有效，但是從教育所處的復(fù)雜而不確定的環(huán)境出發(fā)，綜合性的、跨學(xué)科的思考問題解決都應(yīng)該成為必要的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。只有豐富課程結(jié)構(gòu)和形成，才能更好貫徹落實(shí)五育并舉，德育、勞動教育也只有通過課程化和項(xiàng)目學(xué)習(xí)，才能更好地讓德化于心，勞而受益。

2.教與學(xué)的實(shí)質(zhì)性變革。通過課程結(jié)構(gòu)性的變革帶動師生產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性學(xué)習(xí)變革，通過跨學(xué)科的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，撬動學(xué)校學(xué)與教之凝固的講授常態(tài)，繼而影響其他常態(tài)下的分科教學(xué)，帶動學(xué)校教與學(xué)本質(zhì)之變。項(xiàng)目學(xué)習(xí)的課堂時間彈性化，課程空間無界限等特點(diǎn)，都可以成為提升學(xué)生綜合素養(yǎng)的重要推手。

總之，開展核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的多學(xué)科整合，科學(xué)、技術(shù)與人文等領(lǐng)域融合的課堂教學(xué)改革任重而道遠(yuǎn)。但是，我們應(yīng)該堅信，未來課堂教學(xué)改革一定是向著促進(jìn)人的全面發(fā)展進(jìn)行。課堂教學(xué)實(shí)踐與創(chuàng)新，一定要在立足現(xiàn)實(shí)，勇于開拓創(chuàng)新。