STEM理念下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)踐探索
——以“點(diǎn)亮紅綠燈”為例

顧 潔

（蘇州工業(yè)園區(qū)星洲小學(xué)，江蘇蘇州 215000）

STEM 即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的統(tǒng)稱，已經(jīng)成為當(dāng)下教育界熱門的教育模式。STEM 教育主張學(xué)科間的交叉融合，鼓勵(lì)學(xué)生開展合作學(xué)習(xí)，旨在激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PBL）是學(xué)生通過(guò)一段時(shí)間的工作來(lái)調(diào)查、探究和解決真實(shí)和復(fù)雜的問(wèn)題，從而掌握相應(yīng)的知識(shí)和技能。相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)更能使學(xué)生的思維能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到發(fā)展，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

一、制定教學(xué)目標(biāo)與課時(shí)

本次項(xiàng)目式活動(dòng)是圍繞小學(xué)科學(xué)四年級(jí)“電”單元教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行的，指向物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域。它主要是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)電是生活和工作中常用的能量來(lái)源、了解安全用電常識(shí)、知道常用電器的工作需要一個(gè)完整的回路、知道開關(guān)的功能、能用一些基本組件連接一個(gè)簡(jiǎn)單電路、知道有的材料容易導(dǎo)電，有的材料不容易導(dǎo)電。以下是學(xué)生需要掌握的四門教學(xué)分科目標(biāo)，見表1。

表1 “點(diǎn)亮紅綠燈”項(xiàng)目各學(xué)科目標(biāo)

本次項(xiàng)目式活動(dòng)主要針對(duì)小學(xué)四年級(jí)的學(xué)生，通過(guò)三個(gè)活動(dòng)分別學(xué)習(xí)“點(diǎn)亮小燈泡”“導(dǎo)體和絕緣體”“做個(gè)小開關(guān)”，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行紅綠燈的設(shè)計(jì)制作與測(cè)試優(yōu)化，共用5 個(gè)課時(shí)（如表2）。

表2 “點(diǎn)亮紅綠燈”項(xiàng)目教學(xué)時(shí)間安排

二、實(shí)施教學(xué)過(guò)程

紅綠燈設(shè)置在交叉路口或一些特殊地點(diǎn)，指示車輛及行人停止、注意與行進(jìn)的交通管制設(shè)施。如果沒(méi)有紅綠燈，交通擁堵情況將無(wú)法想象，人們的乘車安全也無(wú)法得到保障。那么，紅綠燈是如何做到光色信號(hào)更換的呢？為了解決這一問(wèn)題，我們開展“點(diǎn)亮紅綠燈”的項(xiàng)目式活動(dòng)。

（一）活動(dòng)一：點(diǎn)亮小燈泡

教師組織學(xué)生觀察小燈泡的構(gòu)造，引導(dǎo)學(xué)生嘗試自己點(diǎn)亮小燈泡，觀察電流是如何流動(dòng)的，做好記錄。點(diǎn)亮小燈泡的方法不止一種，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生嘗試其他連接方式。通過(guò)各小組的展示、匯報(bào)，學(xué)生小組總結(jié)小燈泡點(diǎn)亮的原因：“只有電流流過(guò)燈絲時(shí)小燈泡才會(huì)發(fā)光。”教師再總結(jié)：“電流從電池的正極流出，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線到達(dá)小燈泡的一個(gè)連接點(diǎn)，電流從連接點(diǎn)進(jìn)入，經(jīng)過(guò)燈絲再?gòu)牧硪粋€(gè)連接點(diǎn)流出，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線回到電池的負(fù)極，形成了一個(gè)回路，才能使小燈泡發(fā)光”。

學(xué)生還需學(xué)習(xí)用簡(jiǎn)單符號(hào)畫電路圖的方法（如圖1），學(xué)生借助簡(jiǎn)單電路圖準(zhǔn)確表示電路實(shí)物圖中的各部分及電路的連接，也為之后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生對(duì)電的探究興趣。

（二）活動(dòng)二：導(dǎo)體和絕緣體

學(xué)生將在了解簡(jiǎn)單電路的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)如何連接電路檢測(cè)器，并用電路檢測(cè)器正確進(jìn)行各種物質(zhì)導(dǎo)電性的檢測(cè)，認(rèn)識(shí)到有的物質(zhì)易導(dǎo)電，這樣的物質(zhì)叫作導(dǎo)體，有的物質(zhì)不易導(dǎo)電，這樣的物質(zhì)叫作絕緣體。加深學(xué)生對(duì)身邊物質(zhì)屬性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)加深對(duì)電的認(rèn)知。

活動(dòng)先導(dǎo)入“點(diǎn)亮小燈泡PK賽”，既對(duì)活動(dòng)一的內(nèi)容進(jìn)行了回顧，又激發(fā)了學(xué)生的探究興趣。這時(shí)教師用三根導(dǎo)線連接電路（如圖2）提問(wèn)：“如果把導(dǎo)線1 和導(dǎo)線2 斷開后小燈泡還亮嗎？你有沒(méi)有什么辦法，在斷開的地方放個(gè)材料讓電流繼續(xù)通過(guò)，使小燈泡亮起來(lái)？”學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鐵片、銅絲接入電路都能使小燈泡亮起來(lái)。這種能夠檢測(cè)是否有電流通過(guò)物體的裝置叫作電路檢測(cè)器。

小組根據(jù)要求制訂研究計(jì)劃，通過(guò)檢測(cè)12種常見物體是否導(dǎo)電，讓學(xué)生有足夠的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)生活中的導(dǎo)體和絕緣體。教師并沒(méi)有提供全部的12種物體，而是留一些空白給學(xué)生，期望學(xué)生能留心身邊的物體，將科學(xué)回歸于生活。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作來(lái)實(shí)施檢測(cè)步驟，并用表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行整理分析，總結(jié)導(dǎo)體和絕緣體的特點(diǎn)。

最后以“玩一玩人體導(dǎo)電球”為拓展活動(dòng)，全班同學(xué)手拉手，一起點(diǎn)亮導(dǎo)電球?！皩?dǎo)電球亮了，說(shuō)明我們?nèi)梭w是導(dǎo)體嗎？”教師可針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)一步展開安全用電教育。

（三）活動(dòng)三：做個(gè)小開關(guān)

教師創(chuàng)設(shè)情境：“這個(gè)電路中的小燈泡一直在亮著，很浪費(fèi)電，你有什么方法可以控制小燈泡的亮和滅嗎？”從而引出活動(dòng)的主角——小開關(guān)，學(xué)生仔細(xì)觀察小開關(guān)，并記錄下來(lái)。在認(rèn)識(shí)小開關(guān)的主要構(gòu)造后，學(xué)生嘗試將小開關(guān)連接到電路里，探究它是怎樣控制電路的連接與斷開的。

“如何利用身邊的材料設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡(jiǎn)單的小開關(guān)呢？”教師提供材料：帶有鱷魚夾的導(dǎo)線、木塊、金屬環(huán)（如圖3）。學(xué)生以小組合作的形式討論、設(shè)計(jì)、制作一個(gè)小開關(guān)，并能用它來(lái)控制電路，然后在全班展示交流。教師進(jìn)一步追問(wèn)：“為什么開關(guān)閉合的時(shí)候小燈泡會(huì)亮，斷開的時(shí)候小燈泡不亮？為什么開關(guān)閉合的時(shí)候小燈泡會(huì)亮，斷開的時(shí)候小燈泡不亮？”以此鞏固學(xué)生對(duì)回路的理解。

（四）活動(dòng)四：設(shè)計(jì)制作紅綠燈

教師通過(guò)設(shè)置連續(xù)提問(wèn)，啟發(fā)學(xué)生思考：“這個(gè)開關(guān)有什么樣的特點(diǎn)？要求開關(guān)連接到紅燈時(shí)，紅燈亮綠燈不亮，連接到綠燈時(shí)，綠燈亮紅燈不亮，這樣的開關(guān)應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì)呢？我們?cè)O(shè)計(jì)的控制一盞燈的開關(guān)上有兩個(gè)金屬環(huán)，現(xiàn)在加了一盞燈，兩個(gè)金屬環(huán)還夠不夠了？我們應(yīng)該在原來(lái)的小開關(guān)上如何改進(jìn)呢？”學(xué)生通過(guò)小組討論，逐步形成開關(guān)的設(shè)計(jì)思路，教師引導(dǎo)學(xué)生將設(shè)計(jì)的紅綠燈電路圖記錄下來(lái)（如圖4、圖5）。

學(xué)生動(dòng)手制作紅綠燈時(shí)，可按照設(shè)計(jì)好的電路圖，根據(jù)提供的材料進(jìn)行連接（如圖6）。學(xué)生通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，紅燈和綠燈都分別有兩根導(dǎo)線，一紅一藍(lán)，兩根紅色的導(dǎo)線可以連接在開關(guān)的兩個(gè)金屬環(huán)上，另外一個(gè)金屬環(huán)用導(dǎo)線連接到電池的正極。為了連接方便，我們可以用一根特殊導(dǎo)線，一頭是鱷魚夾直接夾住紅燈和綠燈的兩根藍(lán)色導(dǎo)線，一頭連接到電池的負(fù)極，這樣紅綠燈的電路就連接完成了（如圖7）。

（五）活動(dòng)五：測(cè)試優(yōu)化紅綠燈

各小組對(duì)制作的紅綠燈電路進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)是否符合要求，并介紹是如何控制紅綠燈的，若未達(dá)到預(yù)設(shè)要求，應(yīng)繼續(xù)對(duì)電路圖進(jìn)行改進(jìn)。

生活中我們看到的紅綠燈不僅有紅燈和綠燈，還有黃燈，那么，如何對(duì)紅綠燈的電路進(jìn)行方案優(yōu)化，設(shè)計(jì)出一個(gè)開關(guān)，能控制紅、黃、綠三盞燈呢？我們可以將學(xué)生分為幾個(gè)小組，以小組為單位，先進(jìn)行電路圖的優(yōu)化，再根據(jù)提供的材料進(jìn)行實(shí)物連接（如圖8、圖9），最后，全班分享交流并總結(jié)：①小組在設(shè)計(jì)制作過(guò)程中遇到了哪些困難？是如何解決的？②你們有哪些收獲和體會(huì)？③你對(duì)設(shè)計(jì)制作的紅黃綠燈作品還有什么改進(jìn)與優(yōu)化的建議嗎？

評(píng)價(jià)是促進(jìn)學(xué)生成長(zhǎng)、教師專業(yè)發(fā)展和提高課堂效率的重要手段，這在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中是必不可少的。教學(xué)評(píng)價(jià)是貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行自我評(píng)價(jià)。

三、教學(xué)實(shí)踐反思

（一）著眼真實(shí)性問(wèn)題

STEM 理念下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是對(duì)真實(shí)世界中遇到的問(wèn)題進(jìn)行深入調(diào)查和學(xué)習(xí)，并通過(guò)合作找出答案，這也是STEM教育和以往的科學(xué)教育的不同之處。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注真實(shí)情境下的紅綠燈并提出明確目標(biāo)，促使學(xué)生主動(dòng)參與到項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，通過(guò)解決若干個(gè)問(wèn)題，最終呈現(xiàn)出完整的作品。學(xué)生在整個(gè)活動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)歷了“聚焦問(wèn)題—調(diào)查分析—活動(dòng)體驗(yàn)—設(shè)計(jì)與制作—測(cè)試與優(yōu)化—展示與評(píng)價(jià)”的基本步驟，這使得學(xué)生的思維能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到提高。

（二）實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)

STEM 理念下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一門跨學(xué)科的整合性課程，也是一門內(nèi)容豐富的開放性課程，以提高每個(gè)學(xué)生的STEM素養(yǎng)為目標(biāo)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)決定了它與STEM 教育理念是非常契合的，選擇合適的項(xiàng)目通常能將各學(xué)科要素有機(jī)融合?！包c(diǎn)亮紅綠燈”的項(xiàng)目式活動(dòng)有明確的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門教學(xué)分科目標(biāo)，學(xué)生需要靈活運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)，經(jīng)歷科學(xué)探究和工程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過(guò)程，完成主題項(xiàng)目，從而真正起到提高STEM素養(yǎng)、發(fā)展綜合能力的作用。

（三）設(shè)計(jì)遞進(jìn)式活動(dòng)

STEM 理念下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)需要學(xué)生通過(guò)一段時(shí)間的調(diào)查、探究、實(shí)踐來(lái)解決真實(shí)問(wèn)題?！包c(diǎn)亮紅綠燈”項(xiàng)目式活動(dòng)根據(jù)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和探究能力水平，先布置了“點(diǎn)亮小燈泡”“導(dǎo)體和絕緣體”和“做個(gè)小開關(guān)”三個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生在實(shí)踐中打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。教師引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行紅綠燈的設(shè)計(jì)制作與測(cè)試優(yōu)化，學(xué)生在一步步探究、一次次測(cè)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、改進(jìn)方案，這正是一個(gè)學(xué)生不斷收獲、不斷成長(zhǎng)的過(guò)程。