創(chuàng)造型STEM項目式學習的實踐探索

張清泉

【摘要】《2017地平線報告》指出，未來基礎教育應用技術(shù)的關(guān)鍵要素包括“STEM學習興起”，強調(diào)多學科、跨學科等術(shù)語，提出了將校內(nèi)課程與現(xiàn)實世界結(jié)合的未來教育發(fā)展趨勢。STEM教育是教育界的熱點，本文以開展的創(chuàng)造型STEM項目式學習案例“智能音樂盒”為例，詳細闡述STEM主題課程的探索實施的過程，體現(xiàn)了通過基于工程的項目式學習過程，運用跨學科知識解決方案，努力嘗試實現(xiàn)達到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的根本目的。

【關(guān)鍵詞】STEM教育;項目學習;創(chuàng)造型

當今國際競爭日趨激烈。國與國之間的競爭實際上是綜合國力的競爭，其核心是自主創(chuàng)新能力的競爭，歸根到底是教育與人才之間的競爭。各國教育改革的方向，開始著眼并致力于培養(yǎng)具有21 世紀核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的公民。

STEM 教育起源于美國，STEM 是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四門學科英文名稱的簡稱。STEM 教育強調(diào)多學科內(nèi)容之間的交叉融合，使其形成一個有機整體，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和運用多學科知識解決問題的能力。STEM 教育的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的教育理念和思維方式，引導人們重新探索新型的教學方式。我國 STEM 教育處于積極發(fā)展階段。2019年中國教科院在西安發(fā)布的《中國 STEM 教育調(diào)研報告》指出，STEM 教育理念得到廣泛認可，大部分教育者認可 STEM 教育的目的是培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實踐能力。多數(shù)教育者認可 STEM 教育的跨學科性。

一、創(chuàng)造型STEM項目特點

創(chuàng)造型STEM項目就是運用跨學科知識完成一個創(chuàng)新物品的設計與制作的項目式學習活動。融合STEM教育理念，結(jié)合開源硬件、軟件（如Mixly、LaserMaker）的創(chuàng)造型項目是讓學生基于問題，通過項目活動的學習來體驗合作分享的創(chuàng)客精神，激發(fā)學生的好奇心及參與極性，從而能有效地促進知識內(nèi)化遷移和高階思維能力的提升。這也是培養(yǎng)學生科學精神、實踐創(chuàng)新的核心素養(yǎng)的重要途徑。在學習開源軟、硬件等知識的過程中，綜合運用各學科知識，把同學們的奇思妙想變成現(xiàn)實的一種著眼于未來的教育。

STEM教育理念強調(diào)學生在真實的自然和生活情境中進行學習。我們設計的創(chuàng)造型項目的問題引入基于生活情境，強調(diào)人文關(guān)懷，立德樹人;重視跨學科整合的知識和方法解決實際問題，強調(diào)讓學生親自動手、動腦，使學生沉浸在親身探究和開放式探索中;強調(diào)通過科學方法（科學實驗），獲得隱含在問題背后的知識;強調(diào)以工程設計為引導，制作作品，結(jié)合各種技術(shù)的學習和應用，如重視傳感器相關(guān)知識學習，重視編程思維的培養(yǎng)，重視信息化工具和實物類工具的使用技能的培養(yǎng)，最終以作品作為學習結(jié)果;強調(diào)團隊合作，進行群體性的知識建構(gòu);強調(diào)創(chuàng)造和成果分享，從而獲得創(chuàng)造的成就感。我們的項目學習允許同學們在學習過程中對問題能有多個正確的答案，并把失敗重組看做學生學習的必要部分。

二、創(chuàng)造型STEM項目的學習開展方式

我們從基于設計的學習模式出發(fā)設計創(chuàng)造型STEM項目的學習開展方式， 使學生能沉浸在親身探究和開放式探索中。創(chuàng)造型STEM教育應用基本步驟如下。

1.觀察與思考

問題或情境引入，創(chuàng)造型STEM教育應用的目標是完成一個創(chuàng)新物品的設計和制造，創(chuàng)新來自于現(xiàn)實生活中的問題，所以教師需要引入極具吸引力的情境供學生觀察，激發(fā)學習者從中尋找需求并明確創(chuàng)造方向。在這里需要注重人文素養(yǎng)的培養(yǎng)，適當滲透德育教育。

2.項目籌備

學生首先組建團隊，并自行對組內(nèi)人員進行合理分工。然后準備器材與工具，列出所需的各種傳感器設備、工具及外觀材料。其次是相關(guān)信息搜集，所需傳感器的使用方法和編程技巧以及各種工具的使用方法。這里注重學生搜集信息、分析信息、利用信息等信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3.動手實踐

學生首先要設計軟件流程，根據(jù)任務分析，畫出程序流程圖。然后探索各個傳感器的使用方法;全部硬件連接后，編寫程序并做好調(diào)試硬件的記錄。這里重視學生編程思維與邏輯能力的訓練。

4.工程制作

這是整個項目學習中最關(guān)鍵的步驟，主要涉及外觀制作進而作品成型。首先要求學生測量各個傳感器的尺寸，畫出大概草圖，也可用軟件制圖;選擇外觀材料如亞克力板、瓦楞紙、木板或其他環(huán)保材料，制作外觀;接著使用激光切割機或其他金工、木工工具進行制作;最后是作品連接成型并通電測試。在這個過程中，學生碰到的問題會相當多，需要學生團隊合作，細化并解決每個具體的問題。這里強調(diào)的是團隊合作，有效率的頭腦風暴，能沉浸在各種探索中，能進行群體性的知識建構(gòu)。

5.分享交流

學生完成工程制作之后，我們要求學生對各小組的作品進行分享和評價，特別是注重介紹外觀構(gòu)造和編程方法、團隊合作解決問題的過程。這里強調(diào)通過創(chuàng)造成果分享，從而獲得創(chuàng)造的成就感。

三、創(chuàng)造型項目的跨學科特色

STEM教育理念強調(diào)學科的交叉融合，講究有目的地連接和整合各個學科的知識和內(nèi)容，尤其是數(shù)學和科學課程的內(nèi)容。以“智能音樂盒”學習項目為例，如下圖所示。

“智能音樂盒”學習項目是要求學生使用開源軟硬件制作一款具有手機遠程控制MP3播放，并同時具備環(huán)境檢測功能的音樂盒產(chǎn)品。在這個項目的學習中，會涉及到通用技術(shù)、語文、數(shù)學、音樂、信息技術(shù)以及科學等多學科知識的融合。其中，學科中的通用技術(shù)主要是利用各種工具技術(shù)使作品成型穩(wěn)固;語文涉及產(chǎn)品介紹說明和演示解說詞;數(shù)學主要是造物結(jié)構(gòu)和各個硬件的測量;音樂涉及的是MP3和歌曲旋律等知識;信息技術(shù)主要是編程和軟件制圖;科學主要涉及的是電路、溫濕度知識。這里通用技術(shù)和信息技術(shù)都需要基礎學科數(shù)學為支撐。

我們設計創(chuàng)造型STEM課程就是為了更好地為學生跨學科綜合能力的培養(yǎng)。需要我們教師更加積極地結(jié)合實際開展STEM 課程，整合多學科內(nèi)容，通過項目式學習，在師生、生生的思維碰撞和實踐中，真正促進學生核心能力的發(fā)展。

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