樹立STEM教育理念 實踐項目式學習

〔摘" "要〕" 隨著教育改革的不斷深入，STEM教育理念在小學科學教育中的應用日益受到重視。本文旨在探討基于STEM教育理念的小學科學項目式學習實踐，通過跨學科融合與實踐應用，提升學生的科學素養與創新能力。文章首先分析了STEM教育理念的內涵與價值，然后結合小學科學項目式學習的特點，提出了基于STEM教育理念的小學科學項目式學習實踐策略，并通過具體案例進行了實證分析。最后，總結了STEM教育理念在小學科學項目式學習實踐中的成效與啟示。

〔關鍵詞〕" 小學科學；STEM教育理念；項目式學習；跨學科融合；科學素養

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）20" " 0094-03

STEM模式教育強調科學、技術、工程與數學等多學科的融合與實踐應用，旨在培養學生的創新思維、問題解決能力與科學素養。在進行小學科學學習中，引入STEM模式教育理念，通過項目式學習實踐，能夠有效提升學生的科學素養與創新能力。本文旨在探討基于STEM模式教育理念的小學科學項目式學習實踐，為小學科學教育改革提供參考。

一、STEM教育理念的內涵與價值

STEM是科學、技術、工程和數學四門學科英文首字母的縮寫。STEM模式教育理念強調跨學科融合與實踐應用，注重培養學生的創新思維、問題解決能力與科學素養。通過STEM模式教育，學生能夠更好地適應未來社會的發展需求，具備解決復雜問題的能力與創新精神。其價值體現在以下幾個方面。

提升問題解決能力：STEM模式教育通過項目式學習、動手實踐等方式，讓學生聯系實際問題并在解決的過程中學習和應用所學知識，從而培養學生的創新能力和解決問題的能力。

促進跨學科學習：它打破了一直以來在教學中各個學科知識互相不聯系的常態，鼓勵學生嘗試將不同學科的知識進行關聯，形成綜合性的學習體驗，盡可能促進學生對各學科知識的融會貫通及運用。

強調實踐操作：STEM模式教育注重學生的實踐操作，通過動手操作、項目制作等活動，提升學生的實踐能力和解決問題的能力。

培養團隊合作精神：STEM模式項目往往需要團隊合作，這有助于培養學生的溝通技巧、團隊協作能力和領導能力。

總之，STEM模式教育理念以其獨特的跨學科性和實踐性，為科學課程教育注入了新的活力和動力，有助于培養具備科學素養、技術素養、工程素養和數學素養的復合型人才。

二、項目式學習的特點

小學科學項目式學習是一種以學生為中心的學習方式，強調學生在真實情境中通過完成項目以掌握科學知識、提升問題解決能力。項目式學習具有以下特點：一是跨學科性，涉及多個學科的知識與技能；二是實踐性，強調學生在實踐中學習與應用知識；三是自主性，鼓勵學生自主探究與合作學習；四是創新性，培養學生具備創新思維和問題解決能力。

三、樹立STEM理念實踐項目式學習的策略

（一）明確項目目標

在項目式學習中，首先要明確項目目標，確保項目內容涉及多個學科的知識與技能。例如，在設計“制作太陽能小車”項目時，需融合物理學中的太陽能轉化原理、工程學中的車輛設計與制作技術、數學中的計算與優化等知識。

（二）注重實踐與觀察過程

STEM模式教育理念強調實踐性與觀察性。在項目式學習中，教師應引導學生親歷探究的過程，從數據中發現事物的規律，同時注重觀察過程中的現象與問題。例如，在制作太陽能小車的過程中，學生需觀察太陽能板的轉化效率、小車的行駛速度與穩定性等，以便進行后續的優化與改進。

（三）鼓勵學生自主探究與合作學習

項目式學習鼓勵學生自主探究與合作學習。在教學中，教師應以學生為主，把時間還給學生，引導他們自主探究，鼓勵學生從多方面獲取資料、在小組里集思廣益，從而得到解決問題的方法。同時，教師還應引導學生學會與他人合作，共同完成項目任務。

（四）實施多元化評價體系

在進行項目式學習中，教師實施的評價體系可以多一些，需關注學生的全過程表現。評價內容應包括學生的知識技能掌握情況、問題解決能力、創新思維、團隊協作等方面。通過多元化評價，教師能夠更全面地了解學生的表現，為后續教學提供參考。

四、案例分析

以“制作太陽能小車”項目為例，本項目旨在通過跨學科融合與實踐應用，提升學生的科學素養能力以及創新能力。在項目實施過程中，教師首先引導學生了解太陽能轉化原理、車輛設計與制作技術等知識，然后鼓勵學生分組設計并制作太陽能小車。在制作過程中，學生需關注細節，不斷優化設計，確保小車能夠正常運行。在完成這些后，教師要及時組織學生把成果展示出來并且互相評價，關注學生的全過程表現與創新能力。親歷了本項目學習過程，學生獲得了相關的知識，能力也在一定程度上得到了提升。

（一）項目背景

在教科版（2017年版）科學四年級上冊《用氣球驅動小車》一課的教學中，課上制作了以氣球為動力的小車，學生在學習過程中初步經歷了簡單小車的設計與組裝，對動力有所了解。氣球小車的優點是不污染環境，當然缺點也很明顯，跑的距離很短。鑒于這種情況，我啟發學生展開對關于能源危機和環境污染日益嚴重問題的思考，尋找能夠替代石化能源的清潔動力源，讓小車不僅能動起來還能比氣球小車跑更遠。太陽能作為一種清潔、可再生能源，具有巨大的發展潛力。本項目旨在通過制作太陽能小車，讓學生了解太陽能的轉換和利用原理，培養學生的動手能力以及創新思維。

（二）項目目標

讓學生掌握太陽能電池板的工作原理和電能轉換過程。

學習小車的設計和組裝技巧。

培養學生的團隊協作和問題解決能力。

（三）所需材料

太陽能電池板每組一塊；直流電機（學生用）；智能控制模塊；車輪四個和底盤一個；導線、螺絲等連接材料若干。

（四）項目實施步驟

理論學習。介紹太陽能電池板的工作原理，包括光電效應和電能轉換過程。太陽能電池板的原理主要基于光伏效應，即光照射到半導體材料時產生電流的現象。以下是關于太陽能電池板工作原理的詳細解釋。第一，光吸收。當太陽光照射到太陽能電池板表面時，光子（太陽光的基本粒子）被光伏電池中的半導體材料（如硅）吸收；電子激發：半導體材料的原子結構使它們能夠吸收特定能量的光子。第二，電子分離與電流產生：太陽能電池通常由兩層不同類型的半導體材料組成。由于P型半導體和N型半導體中的載流子濃度不同，在PN結處會形成一個內建電場。這個內建電場使自由電子和空穴在PN結處發生分離，并分別向N型半導體和P型半導體移動。當太陽能電池的兩端通過外部電路連接時，自由電子會通過外部電路從N型半導體流向P型半導體，形成電流，為外部負載提供電能。第三，電壓與電流的調整：單個光伏電池產生的電能有限，因此太陽能電池板通常由多個光伏電池組成；太陽能電池板產生的直流電通常需要通過逆變器轉換為交流電，才能為大多數家庭和工業設備供電。另外，如果需要儲存電力，則可以通過蓄電池系統將多余的電能存儲起來，供夜間或陰天時使用。總的來說，太陽能電池板通過光伏效應將太陽能轉換為電能，整個過程簡單、環保且可再生，是一種非常清潔的能源轉換方式。

講解小車的驅動原理，包括電機的工作原理和控制方式。以下是電機的工作原理和控制方式的詳細解答。第一，電機工作原理。電機是一種可將電能與機械能相互轉換的電磁機械裝置。通過電磁轉矩的作用，發電機從機械系統吸收機械功率，電動機向機械系統輸出機械功率。根據建立磁場方式的不同，形成了不同種類的電機。第二，電機控制方式。電機有多種控制方式，以下是幾種常見的方法。一是直接電壓控制：這是最基本的電機控制方式之一，適用于直流電機，具有控制簡單、成本低的優點，但維護成本可能較高。二是速度閉環控制：通過測量電機的轉速并將其與設定的速度進行比較，然后調整控制信號實現對電機速度的閉環控制，通常使用編碼器、傳感器等裝置提供轉速反饋信號，具有較高的控制精度和穩定性。三是矢量控制：又稱矢量變量控制，主要針對交流電機，適用于交流電機在復雜工況下的需求，如電梯、風電等的應用。四是步進電機控制：將輸入的脈沖信號轉換為機械角度或直線位移的控制方式，步進電機每收到一個脈沖信號，就會轉過一個固定的角度或移動一個固定的距離，具有定位精度高、控制簡單等優點。五是無傳感器控制：通過推斷和估計電機的位置和轉速，而無須使用傳感器進行反饋的控制方式，它利用電機的后電勢和電流等信號進行估計，從而實現對電機的控制。

設計小車。學生分組討論，設計小車的外觀和內部結構；繪制小車的設計圖紙，確定各部件的尺寸和位置。

組裝小車。根據設計圖紙，準備所需材料；將太陽能電池板、電機、車輪等部件組裝在一起，形成小車的主體結構；連接電路，確保太陽能電池板能夠正常為電機提供電能。

測試與優化。在陽光下測試小車的行駛速度和穩定性；根據測試結果，調整小車的結構或電路，以優化性能。

展示與評價。各組展示自己制作的太陽能小車，并分享制作過程中的經驗和收獲。

教師和學生共同評價各組作品，提出改進建議。

（五）項目成果

通過本項目，學生制作出能夠利用太陽能行駛的小車，并在此過程中掌握太陽能電池板的工作原理、小車的驅動原理以及組裝技巧。親歷了全部的過程，學生之間配合越來越好。

（六）拓展活動

為了進一步加深學生對新能源的理解，可以組織一些拓展活動，如：研究其他類型的新能源（如風能、水能等），并嘗試將其應用于小車制作中。探討新能源的優缺點以及未來的發展趨勢。

這個STEM模式案例不僅讓學生了解了太陽能的利用原理，之后學生再遇到需要動手操作的內容會更熟練，完成起來會更順暢。

五、結論與啟示

基于STEM模式教育理念的小學科學項目式學習實踐，能夠有效提升學生的科學素養與創新能力。通過跨學科融合與實踐應用，學生能夠更好地掌握科學知識，提升問題解決能力。同時，親歷了項目式學習，學生獲得了親身體驗，提升了與伙伴之間的默契，自己的動手能力也更強了。未來，應繼續深化STEM模式教育理念在小學科學教育中的應用，探索更多有效的項目式學習模式，為培養學生的科學素養與創新能力貢獻力量。

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