滲透STEM教育理念組織項目式教學(xué)

陳喜燕

項目式教學(xué)活動，是指在教師監(jiān)督指導(dǎo)下，師生共同圍繞一個完整的項目工作或任務(wù)而進(jìn)行的綜合實踐活動。本文以STEAM課程教育理念為理論基礎(chǔ)，從學(xué)生科學(xué)技能、科學(xué)思維、創(chuàng)新精神和實踐能力發(fā)展角度出發(fā)，概述了項目引領(lǐng)下的小學(xué)科學(xué)課開發(fā)與實踐路徑，以期通過探究、開放、體驗的項目活動方案設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力和解決問題能力，讓學(xué)生在科學(xué)項目活動的假設(shè)、猜想、驗證與實施中，獨立辨別問題本質(zhì)，領(lǐng)悟科學(xué)知識技能，逐步實現(xiàn)科學(xué)思維、探究精神與創(chuàng)造能力的鍛煉與發(fā)展。

STEM由（Science）科學(xué)、（Technology）技術(shù)、（Engineering）工程、（Mathematics）數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域?qū)W科共同構(gòu)成。不難理解，STEM強調(diào)知識跨界與技術(shù)能力的自主建構(gòu)，反映了課程教學(xué)回歸社會、回歸生活的本質(zhì)訴求。教師在項目式教學(xué)中，要有針對性地將多學(xué)科理論知識與實踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生探究精神和創(chuàng)造潛能，讓他們在實踐經(jīng)歷中，體驗科學(xué)知識的產(chǎn)生。新課標(biāo)指出，小學(xué)科學(xué)是學(xué)生認(rèn)識世界、理解自然界客觀規(guī)律的啟蒙課程。教師要以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、科學(xué)思維、實踐能力為目標(biāo)，組織他們在生活化、有趣、真實的學(xué)習(xí)中質(zhì)疑探索，具備運用科學(xué)知識分析、解決問題的能力。因此，教師基于STEM理念設(shè)計項目活動，要為學(xué)生提供發(fā)揮潛力的空間，組織他們在理論知識與技術(shù)工作的協(xié)作體驗中，理解科學(xué)理論概念，掌握技術(shù)實踐知識，發(fā)展創(chuàng)造精神與實踐能力。

一、目標(biāo)情境驅(qū)動，巧妙構(gòu)思猜想

STEAM理念認(rèn)為，課程教學(xué)不是簡單的知識疊加，而是科學(xué)、數(shù)學(xué)等先進(jìn)技術(shù)的綜合實踐與運用。任何事物的創(chuàng)造都需要科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、計算等多學(xué)科知識和多種能力，單一技能、知識的應(yīng)用，已經(jīng)無法支撐未來社會的發(fā)展。所以，教師在項目教學(xué)中，運用整合科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)的方法，開展人人都能參與的創(chuàng)造實踐活動，讓學(xué)生像科學(xué)家一樣，自主運用科學(xué)的、工程的思維，自主收集信息、制訂方案、完成項目設(shè)計、創(chuàng)造與評估。

例如，教學(xué)《我們來做“熱氣球”》《空氣和我們的生活》時，學(xué)生已初步了解“空氣具有熱脹冷縮的性質(zhì)”，知道“熱空氣在同等體積下，比冷空氣體積輕”的科學(xué)原理。因此，教師抓住“空氣受熱會膨脹”“空氣受熱會上升”“熱空氣的動力驅(qū)動”核心內(nèi)容，提出“設(shè)計走馬燈”的項目任務(wù)，目的讓學(xué)生在實踐中探尋科學(xué)知識的應(yīng)用，通過觀察、想象、實驗、收集、記錄、分析、制作等方式，學(xué)會運用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)融合的制作方法，感受科學(xué)技術(shù)的力量。教師在課內(nèi)要把整個實踐過程分解為一個個具體事件，同時以向?qū)?、顧問的身份，協(xié)助學(xué)生獨立進(jìn)行實踐研究，啟發(fā)他們運用工程思想設(shè)計解決方案。教師提出問題：“觀察電飯鍋、熱氣球、冰箱的共同特征，聯(lián)系生活說明冷、熱空氣的流動方向?！比缓螅寣W(xué)生觀看制作走馬燈的視頻，查找關(guān)于走馬燈相關(guān)信息。教師在項目式教學(xué)中，賦予學(xué)生“小小發(fā)明家”的身份，讓學(xué)生在情境框架中，自主明確走馬燈設(shè)計要求，根據(jù)活動實踐過程準(zhǔn)備制作器材，對走馬燈草圖進(jìn)行繪制、美化、創(chuàng)新，輔助他們在“走馬燈”性能、結(jié)構(gòu)原理的不斷改進(jìn)中，發(fā)現(xiàn)問題，尋找方法，掌握“走馬燈”“熱空氣上升，冷空氣下降”的科學(xué)應(yīng)用方法，形成應(yīng)用多學(xué)科、多領(lǐng)域知識解決實際問題的思維與能力。

二、收集資料信息，討論設(shè)計方案

項目教學(xué)主張先學(xué)后教，先練后講，教學(xué)重點不能放在特定學(xué)科上，而是要利用特定的重點問題，引導(dǎo)學(xué)生以更廣泛的視角，在實踐中發(fā)現(xiàn)新知識，掌握新內(nèi)容。原則上，教師在明確項目任務(wù)目標(biāo)后，要將整個項目工作交給學(xué)生獨立完成，讓學(xué)生在環(huán)環(huán)相扣的方案設(shè)計、信息收集、項目實施中利用多學(xué)科理論知識，解答疑難，追求真理。因此，教師搭建項目結(jié)構(gòu)，明確任務(wù)要求后，要將項目交由學(xué)生自主制訂計劃，分析設(shè)計流程，相互協(xié)作交流，完成對整個工作過程的設(shè)計勾畫。

例如，教學(xué)《形狀與抗彎曲能力》《做框架》《拱形的力量》時，教師開發(fā)“橋梁建筑師”項目課程，引導(dǎo)學(xué)生沿著項目主線，融合數(shù)學(xué)幾何原理，綜合考慮結(jié)構(gòu)、拱形、拉索、物態(tài)變化等元素，合作繪制工程草圖，“研究搭建各種不同形狀的橋梁”。教師提問：“欣賞橋的形狀、結(jié)構(gòu)美。揚州二十四橋、長江三峽山谷橋、西藏鐵路大橋、法國古代石拱橋等不同橋的形狀、結(jié)構(gòu)有哪些不同？”用“水泥直立橋、連續(xù)石拱橋、鋼框架梁橋”情境畫面啟動項目，任務(wù)要求：“用生活材料建造一架結(jié)構(gòu)完整的橋梁，承重至少50個回形針?！备餍〗M組長控制項目進(jìn)度，測試橋梁性能，小組成員分工合作收集信息，準(zhǔn)備材料，選定橋梁模型。

[材料 形狀 結(jié)構(gòu) 用途 拱與橋面關(guān)系 石料 連續(xù)石拱橋 拱形結(jié)構(gòu) 行人 橋面在拱上方 水泥 水泥直立橋 條形結(jié)構(gòu) 引水 鋼鐵 鋼框架梁橋 框架結(jié)構(gòu) 行車 橋面在拱下方 鋼筋水泥 鋼索斜拉橋 鋼索結(jié)構(gòu) 行車 ]

教師：“平面橋、石拱橋、斜拉橋哪個更能夠承力？可能會用哪些技術(shù)的處理方法？”定義需要解決問題：“橋梁作用是什么？橋梁基本結(jié)構(gòu)包括哪些？什么會導(dǎo)致橋梁的承受力不同？提高抗彎曲能力的方法有哪些？抗彎曲能力強的形狀是哪種？”然后，由學(xué)生自主收集信息，商討、估算所需的木棍、紙板材料，確定需要搭建平板橋、拱橋、斜拉橋的形狀與結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生能基于風(fēng)力、地形、結(jié)構(gòu)等因素，測算橋墩之間的距離，統(tǒng)計稱重數(shù)據(jù)，提高綜合知識技能應(yīng)用，感受建造橋梁的艱辛與快樂。

三、調(diào)動高階思維，協(xié)作改進(jìn)釋疑

STEM理念，以提升學(xué)生創(chuàng)新能力、理性思維、科學(xué)精神為教育目標(biāo)。教師在項目課程開發(fā)中，要科學(xué)整合資源內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生高階思維，驅(qū)動他們利用所學(xué)知識思考、執(zhí)行、改進(jìn)、調(diào)整和創(chuàng)造。因為，小學(xué)科學(xué)包含生物、氣象、環(huán)境、天文、自然、物理多領(lǐng)域、多學(xué)科知識內(nèi)容，項目任務(wù)就是要讓學(xué)生在求解的過程中產(chǎn)生一些“奇思妙想”，基于學(xué)習(xí)內(nèi)容，自覺整理出與問題解決相關(guān)聯(lián)的知識，并創(chuàng)造性地解決問題。

例如，教學(xué)“計量時間”這一單元時，教師開發(fā)項目課程“做一個鐘擺計時器”，目的讓學(xué)生在“創(chuàng)造”計時工具的實踐過程中，比較、理解人類計時工具的演變、用途、需求，運用測量、比較、統(tǒng)計的方法，研究擺繩長度對鐘擺快慢的影響。目標(biāo)：鐘擺外形美觀，環(huán)保節(jié)約，30秒擺動30次。材料準(zhǔn)備：木架臺、秒表、50cm長尺、剪刀、棉繩、膠繩、回形針。高階思維是一個長期持續(xù)觀察、更新、反饋的發(fā)展過程，所以，教師要在恰當(dāng)?shù)臅r機(jī)，提出研討話題：“擺繩長短有什么特點？”“擺繩長短與擺的快慢有什么關(guān)系？”指導(dǎo)學(xué)生在反復(fù)測試、記錄、測量、反思中分析實驗數(shù)據(jù)，修正自己的預(yù)測，得出結(jié)論。

在測試過程中，我們發(fā)現(xiàn)：擺錘輕重與擺動快慢無關(guān)。這時嘗試采用遞減法、倍減法、遞增法、倍增法，依此類推，把擺繩長度減少或增加，統(tǒng)計擺動的頻次會不會相應(yīng)減少。

結(jié)論：“擺的快慢與擺錘輕重?zé)o關(guān)，與擺繩長度有關(guān)，擺繩越短，擺動越快?！?/p>

數(shù)據(jù)是實驗結(jié)果的有力證據(jù)，“控制變量”是搜集證據(jù)的重要方法，有了數(shù)據(jù)，就有了比較、發(fā)現(xiàn)、結(jié)論。因此，教師向?qū)W生出示項目評價量表，要求學(xué)生按照指令，進(jìn)行交叉分組測試，展開數(shù)據(jù)“可視化”分析、調(diào)整、記錄，讓學(xué)生通過前后數(shù)據(jù)的計算、對比，認(rèn)識到數(shù)據(jù)在實驗中的重要性，形成嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度，在實踐中不斷追求1分鐘擺動60次，知道時間的常用單位及換算關(guān)系，深刻認(rèn)識到技術(shù)對社會發(fā)展的作用。

項目式教學(xué)是以知識、技能、行動發(fā)展為導(dǎo)向的教學(xué)方法。教師在課上要強調(diào)學(xué)生的主體地位，為學(xué)生提供自主改進(jìn)、完善的空間，讓他們能在項目活動的回顧、評價中，相互交流、展示、反思成果，對科學(xué)原理和自然事物規(guī)律進(jìn)行歸納、分析、解釋。因為，學(xué)生在生活中，見過各種不同類型的鐘擺，對鐘擺原理、材料理解難度不大，但學(xué)生一般不會深入思考擺錘重心至固定點距離的關(guān)系。“繩長、擺錘相同，為什么相同時間擺動次數(shù)不一樣？”結(jié)論：“擺錘改變重心，也改變了鐘擺長度?！表椖空n程開發(fā)不能單純演繹知識，教師要引導(dǎo)學(xué)生在問題、設(shè)計、制作、評測、完善、回顧、總結(jié)中，學(xué)會運用理性思維和不同方法探索問題，促使學(xué)生在尋求合理證據(jù)的過程中，能以更為廣泛的技術(shù)思維、工程視角，進(jìn)行邏輯推理，精準(zhǔn)計算數(shù)據(jù)、尺寸，對復(fù)雜問題的相互關(guān)系做出科學(xué)解釋，讓學(xué)生在創(chuàng)新思維、科學(xué)精神、實踐能力不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，具備運用跨學(xué)科知識、方法解決問題的能力。

總之，STEM教育理念下的項目式教學(xué)設(shè)計，要融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域、多學(xué)科知識內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在富有挑戰(zhàn)性與思考性的學(xué)習(xí)環(huán)境中，能基于項目實踐需求，自主運用科學(xué)的思想和方法，分析問題、解決問題，理解科學(xué)概念，掌握綜合知識技能、項目課程開發(fā)的目的是更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新實踐能力，教師要合理利用項目任務(wù)，拓展延伸資料背景，驅(qū)動學(xué)生在猜測、設(shè)計、構(gòu)想與創(chuàng)造的過程中，相互啟發(fā)、相互協(xié)作，深刻理解科學(xué)本質(zhì)與科學(xué)原理，提高創(chuàng)造能力，實現(xiàn)科學(xué)思維與科學(xué)精神的綜合發(fā)展。