基于“STEM主題”實驗室平臺下的特色校本課程開發實踐探究

白金鑫

STEM的概念起源于20世紀90年代，美國提出了STEM教育相關理念，旨在通過STEM教育來培養科技人才，提高國民的科學素質，保持其在世界范圍內技術和經濟的領導地位。STEM教育就是四大類，分別是科學、技術、工程和數學。所以，近二十年來STEM教育越來越受到世界的關注，并逐漸發展到英國，中國，法國，南韓，臺灣。STEM有別于傳統的學科，注重跨學科知識的培養，特別注重培養學生的邏輯思維、解題能力、創新能力、協作能力、創造力等能力，使學生能夠適應經濟、科技、科學、技術的快速發展，以應對未來社會和世界將要出現的變局與挑戰。

1、特色STEM課程的開發前期分析

STEM教育課程已經逐漸成為教育領域的一種趨勢，我校依據其普惠性，開設了所有學生均能參與的特色校本課程，從而引入個性化的教育手段，為不同學段乃至不同學生提供個性化的教學方案。

（1）學生學情分析。

課程學情分析從學生經驗、知識儲備、學習能力、學習風格以及學習需求等五個方面入手。學生經驗——在課程經驗上，我校近95%的學生在低學年段參與學習過信息技術、科學技術相關的入門課程，具備一定的課程學習經驗；在實踐項目上，我校多數學生都參與過各種類型的實踐項目，但主要是社會實踐類的項目，以體力勞動為核心，學生缺乏創新型項目的參與經驗，部分學生少有或幾乎沒有參與過實踐項目，只有個別學生具備豐富的創新型項目參與經驗。知識儲備——我校多數學生在知識儲備上，存在很多短板，尤其是自控能力、認知能力相對不足的學生，對于跨學科學習的認知不足，理解不深，掌握不夠。但學生在基礎學科如物理、數學學科上具備一定的知識儲備，足具備學習跨學科STEM校本課程的條件。學習能力——我校學生的學習意愿較強，學習能力較強，但教學基本功和對學科素養的理解深度較差。多數學生能夠很快適應STEM的教育模式，學習新知識、新技能的能力較強。同時，學生的動手能力、綜合分析能力、獨立完成工作的能力和應變能力也處于較好的水平。學習風格——目前我校多數學生習慣于講授和作業練習相結合的教學風格，這種傳統的教學模式注重理論知識的講解，對實踐能力的培養較弱，導致學生對知識的運用能力較弱，不利于學生學習興趣的培養，也忽略了學生是課堂的重要組成部分。但學生更加向往以創新實踐為核心、“在學中做，在做中學”的教學模式，在視覺性、操作性、聽覺性、言語性、邏輯性、社交性這幾種教學模式側重點中，學生更愿意參與具有視覺性、操作性、邏輯性的教學。學習需求——學生需要具有開創性和趣味性、注重學生的學習體驗、注重學生綜合能力提升、以學生為中心的教學課程，這樣的要求在STEM校本課程中更有可能實現。

（2）教學資源分析。

學校具備先進的智慧校園平臺，現代化的教學環境為學校的教學質量提供了堅實的保障。校內開設有專門的STEM教育教室和STEM科創實驗室，能夠滿足STEM教育的所有場地需求，STEM科創實驗室具備完善的信息化設備、3D打印設備、激光雕刻設備、數控機床、項目測試場、科創體驗空間、學習空間、研討空間等等設施，為學生進行創新實踐提供了良好的實踐平臺。同時學校還建設了具有豐富經驗、高創新水平、高技術水平的信息化教學教師隊伍，致力于實現學生的個性化學習、教師教學的精準化、教學管理的智能化。

2、特色STEM課程的開發流程

（1）課程定位

該課程是具有學校特色的STEM教育校本課程，將科學知識的普及與科學技能的實踐相結合，讓學生更好地了解和學習創客精神。作為普惠性質的校本課程，該課在項目上選擇難度適中且具有高趣味性的課題，以學生為中心，開設研究性活動。

（2）課程目的

開設STEM教育校本課程，是為了在傳統課程中加入科學和技術要素，創造研究性課程，并對數學、科學等學科進行全面革新；改變以老師為中心的落后教學模式，鼓勵發展一種問題解決式、探索發現式學習的新興課程模式，進而形成有我們學校特點的特色校本課程；STEM所代表的科學、科技、工程、數學，往往是分開教學的模式，彼此相互獨立，而該課程則旨在將這些學科界壁打通，形成一種具備以上四大要素，相輔相成的整體式教學。目前已經開設的《智慧校園系列——智慧生態系統》和《增材制造技術——3D打印及其設計》兩門校本課程，這兩門課程均是依據宜賓當前的教育規律和教育前景，以及我校的教學環境特別設計的具有我校人文風格的特色課程，前者通過智慧校園系統的設計和制作，激發學生的學習興趣和自主學習潛能，培養學生數據處理能力和分析能力；后者則是讓學生更廣泛地接觸3D打印技術、更深入地掌握3D打印工藝原理，實現自主設計3D打印模型，熟練打印3D作品，為學生創客和未來的生活創新提供良好的技術支持。

（3）課程整體設計

我校開設的STEM校本課程以實際項目為教學核心，圍繞不同的大項目對學生進行有針對性的培訓，在培養學生興趣和熱情的同時，也增強學生的實踐能力、創新能力、工程素養以及解決實際問題的能力等。在課程的時間安排上，將理論課的課時占比壓縮在20%以內，測驗和考核的課時占比壓縮在10%以內，剩下的課時全部用于開設實踐項目活動，以確保學生有充足的時間進行操作，磨練自己的實踐能力、基礎技能、專業綜合能力和創新創業能力。在課余活動方面，組織開展一系列與課程內容相關的活動，為學生創造更多的實踐機會，使學生獲得更真切、更深刻的快樂體驗。在此基礎上，積極開展產教融合活動，與相關的產業、機構進行合作，將具有一定專業性的項目引入到課程中來，進一步培養學生的創新能力和工程應用能力。

3、特色STEM課程的詳案設計

（1）理論教學

課程使用1-2課時對課程總體內容和基礎知識點進行講解，每節課堂中組織學生開展小型的課堂活動，保證學生在理論課中參與活動的時間占比在50%以上。在《增材制造技術——3D打印及其設計》課程中，就在講解3D打印機原理、3D打印技術和工藝、3D打印的建模方法等知識點的同時，加入了“3D打印材料大猜想”、“3D打印機維護與修理”等獨立的、小型的活動，以豐富學生的課堂體驗。理論課的最后，會對學生的知識掌握情況進行簡單的測驗，未通過的學生需要進行課后的加強練習。

（2）項目實踐

理論課結束后，使用13-15課時進行實踐項目的開展，將大項目作為核心內容，以學生為中心，開展探索型課程。目前已開展的課程中，《智慧校園系列——智慧生態系統》課程設計了“遠程自動澆灌系統項目”、“室內輔助照明”兩個主要項目；《增材制造技術——3D打印及其設計》課程設計了“DIY水杯的設計和制作”、“太空時代——探月車”兩個主要項目。所有項目均需要讓學生以小組為單位，進行職業分工，開展合作式的學習。在“遠程自動澆灌系統項目”中，就有“制作管理員”、“編程管理員”、“操作員”、“觀察分析員”、“記錄匯報員”等不同的角色需要學生參與扮演；在“太空時代——探月車”項目中，則有“信息收集員”、“建模打印員”、“編程管理員”、“操作員”、“記錄匯報員”等職務，做到讓每一位學生都作為項目學習的主體參與到學習過程的每一個環節，保證學習過程的完整性。

（3）教學情景

課程注重情景化教學模式，精心設計針對性強、趣味性足的任務情景，讓學生能夠身臨其境得參與實踐項目。在“遠程自動澆灌系統項目”中，以“為了延續地球文明，聯合國太空署加快步伐，向外太空搜尋適合星際移民的目的地，最終在天鵝座附近找到一顆名叫‘奇幻森林的行星，距離地球72光年。”作為項目大情景，指導學生如何啟動植物培育和管理工作，改造行星上的生存環境，以此激發學生的好奇心和動手實踐的欲望，同時通過在大背景下開展的項目，來增加學生完成項目時獲得的成就感。而“DIY水杯的設計和制作”項目，則創設了更加貼合學生生活的情景，以天價個性水杯為案例，激發學生通過3D打印創造屬于自己的獨一無二的水杯的興趣，通過這種與學生生活貼近的情景，激發了學生的學習動機，提高了他們的學習興趣，讓他們能夠更好地代入進項目。這種情景式教學模式的應用，對學生的探究精神、自主學習的精神也有很好的促進作用。

（4）學業考核

學生學業考核在2課時內完成，對學生在項目中取得的成績進行評比和獎勵。在“太空時代——探月車”項目中，根據學生最終作品的不同特點，分別設立了“超級大獎”（最好成績）、“最具品味獎”（最佳外觀）、“最省錢獎”（最少耗材）、“最具趣味獎”、“創新創意獎”等獎項，以鼓勵學生在項目中取得的優良成績。最終考核不僅僅考驗學生作品的功能性，還對作品外觀、材料消耗、作品重量等作了要求，從而進一步提高了學生的綜合設計能力和創新創業能力。

4、特色STEM課程的課堂實施

（1）課程實施方式

本課程的具體實施方式包括項目學習、問題學習、創客學習等多種方式。項目學習——把真實項目作為學習的驅動力。課程中的每個項目相互獨立但又有一定的聯系，它們是讓學生能夠置身于真身的問題中接受挑戰、主動探究，學習重要知識并創造出作品的學習。問題學習——探索解決真實世界問題的辦法。問題學習是把學習置于復雜的、有意義的問題情境中，通過讓學生以小組合作的形式共同解決復雜的、實際的或真實的問題，學習隱含于問題背后的知識，形成問題解決的能力。創客學習——融探究、設計、創造、合作于一體。運用科學、技術和工程知識，基于設計，將策略性解決問題的過程應用于產品、系統、服務及體驗，同時還注重學思結合，通過建立創造性學習環境、營造創造性文化氛圍、實施創造性教學等途徑，激發學生的創造意識與動機、培養學生的創造性思維品質、塑造學生的創造性人格。

（2）階段性評價與修訂

目前正在開展的校本課程，已經取得了階段性的成果，這些課程既有STEM教育的特點，也有我市我校的人文特色。但在開設這類新課程的同時，我們也遇到了一些新的困難，如個別學生受基礎薄弱、學習觀念陳舊等因素影響，不能適應跨學科教學模式，導致課前、課中學習效果不理想等問題。為了應對這些困境，我們在教學方法上進行了改革和創新探索，嘗試了一些新的教學方法，強化了啟發式、參與式的教學，在一定程度上提高了教學質量，但還仍有需要改進的地方和進步的空間。

綜上所述，下一步我們將以現有的校本課程為經驗基礎，進一步開發以激光雕刻、人工智能為主題的特色校本課程，不斷提高學生的學習能力和創新能力，取得更好的教學效果。