STEM課程設(shè)計實踐研究

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摘要：stem教育作為未來綜合性人才的培養(yǎng)模式，優(yōu)勢已日趨明顯，而STEM課程資源的豐富度和適切性是影響STEM教育有效且持續(xù)開展的重要因素。文章結(jié)合實踐分析如何根據(jù)學生、教師及學校特色設(shè)計適切的STEM課程，提出了STEM課程可以從平移、教材、社團、社會、企業(yè)五個方面挖掘并設(shè)計，希望能夠為尋找適切的STEM課程的一線科學教師提供借鑒。

關(guān)鍵詞：STEM教育；STEM課程；課程設(shè)計；人才培養(yǎng)

一、從平移中來：洋為我用，吸納改良

隨著2018浙江———印州中小學STEM課程平移項目開幕式在杭州舉行，STEM教育理念迅速在我國傳播，同時引起科學教師的廣泛關(guān)注。許多教師尋找國外可以借鑒的STEM課程，但此類課程因為受各國教育背景、教育方式以及學生認知水平和能力差異等因素的影響，無法很好地適合師生實際，容易造成“水土不服”的現(xiàn)象。因此，教師可對課程內(nèi)容進行本土化改編，作適當調(diào)整。例如，在借用引進的課程“跨越河道”的設(shè)計框架時，教師可結(jié)合本地“紹興橋鄉(xiāng)”的特點進行設(shè)計。圍繞紹興的橋，要求學生有針對性地認知橋的外觀、結(jié)構(gòu)、材料，最終設(shè)計制作一座有紹興特色的“橋”。教師按照提出問題、準備階段、闡述制作、展示評價4個步驟設(shè)計STEM課程“紹興的橋”，取得了較好的效果。第1課時，展現(xiàn)情景，提出問題。建設(shè)管理部門發(fā)出招標通告：紹興古城改造，需要在護城河上建造一座跨度30米（橋梁模型跨度30厘米）的古橋。第2課時，知識準備，引導討論。你見過幾種形式的古橋？能否在紙上畫出來？每一類的共同點是什么？請你簡單敘述橋梁搭建應(yīng)該遵循什么步驟？第3課時，設(shè)計方案，制作橋梁。學生分小組進行討論，確定設(shè)計方案，畫出簡單設(shè)計圖，對材料和分工進行標注。學生領(lǐng)取材料制作橋梁。第4課時，載重測試，改進橋梁。使用小車對橋梁進行載重測試，以確保建造的橋梁能夠承載重物。第5課時，展示介紹，評價總結(jié)。每個小組需要展示創(chuàng)意、設(shè)計、分工、建造和最終完善的過程，同時還要對本組設(shè)計的橋梁的應(yīng)用進行展示。對自己小組設(shè)計和建造的橋梁特點進行分析，并與其他小組的橋梁進行比較。師生共同從橋梁載重、橋梁跨度、橋梁自重、紹興特色、制作工藝、團隊協(xié)作等方面對各小組橋梁模型打分。

二、從教材中來：研究教材，重構(gòu)整合

現(xiàn)行小學科學教材很多單元有開展STEM活動的素材，如“制作一個保溫杯”“做個太陽能熱水器”“造一艘小船”等，不少科學教師注意到了這些素材，但不知怎么設(shè)計成STEM課程。其實，只需認真地梳理和挖掘，結(jié)合師生實際和本校特色，找到科學和數(shù)學、信息技術(shù)等其他學科之間的連接點和整合點，以綜合的視野看問題，就能把這些內(nèi)容設(shè)計成STEM課程。例如，五年級科學上冊“運動和力”單元中“設(shè)計制作小賽車”一課，就有比較明顯的工程研究內(nèi)容，為此，教師可引導學生設(shè)計一個完整的STEM課程“挑戰(zhàn)號小車”。第1課時，明確任務(wù)要求，進行基礎(chǔ)準備。要制作一輛比賽用的小車，行駛路程大于1米且能載重一個雞蛋的彈力小車或反沖力小車。研究影響小車摩擦力大小的因素：接觸面光滑程度、小車對地面的壓力、小車運動方式。第2課時，學生先各自查閱資料，再交流討論工程師是怎樣思考設(shè)計賽車的，使賽車時速達到300千米以上，同時盡量做到平穩(wěn)、安全。第3課時，根據(jù)任務(wù)要求設(shè)計小車，小組成員交流設(shè)計方案，選出最好的設(shè)計方案。第4課時，根據(jù)設(shè)計制作小車。能載重一個雞蛋對學生是個挑戰(zhàn)。學生在制作時，要考慮小車行駛的平穩(wěn)，盡量走直線，啟動不能太快，彈力或反沖力又不能太小，路程行駛盡可能長，還要克服輪子打滑等問題。學生通過不斷設(shè)計、制作、測試和改進，制作出符合要求的小車，同時思維得到發(fā)展，綜合能力得到提升，學到了運動和力的相關(guān)知識以及車的建造原理。

三、從社團中來：依托活動，篩選重組

科技社團活動以科學技術(shù)問題為核心，把理論知識、實驗制作、實踐創(chuàng)造、展示交流融為一體，其本身呈現(xiàn)提出問題、設(shè)計制作、展示改進等相對完整的過程，活動內(nèi)容與形式與STEM教育比較契合，其中的許多項目可以成為STEM課程的素材。為此，教師可選取幾個適合學生的科技社團活動的項目，結(jié)合STEM教育的本質(zhì)和特征，設(shè)計出具有本校特色、學生喜愛的STEM課程。例如，“水槍，射，射，射”這一科學活動，設(shè)計靈感就來源于學生的科技小制作。教師可把它設(shè)計成以制作一個發(fā)射得更遠的空氣火箭為任務(wù)驅(qū)動的活動項目，分7課時開展教學。第1課時，提出問題，明確任務(wù)，要為古代軍隊制作一把攻城用的水槍。第2課時，閱讀相關(guān)資料，了解制作水槍的材料及制作原理。第3課時，思考水槍的射程和哪些因素有關(guān)，并畫出水槍設(shè)計圖，確定自己小組的最佳設(shè)計。第4課時，學生自帶材料，按設(shè)計圖制作水槍。如細的PVC管、雷竹桿、橡膠塞、膠帶、竹棒等。第5課時，各組對水槍進行射程測試、分析，并對水槍進行調(diào)整。第6課時，作品展示，集體測試。各組用水槍射倒搭建的“峰火臺”，根據(jù)測試結(jié)果小組討論可以改進的地方和措施。第7課時，圍繞事先設(shè)計好的問題進行全班討論，引發(fā)學生深入思考與水槍相關(guān)的技術(shù)、科學原理和社會問題。其中社會問題可這樣設(shè)計：水槍適用于哪個年齡段的人群？能否作為武器？不同的人對水槍會有什么看法？水槍的使用是否會降低某些人的生活質(zhì)量？類似于這樣一些滲透科學工程因素的科技活動項目，本身就具備STEM元素，把它們設(shè)計成STEM課程，可以賦予其新的活力，幫助學生實現(xiàn)深層次學習。

四、從社會中來：貼近生活，解決問題

社會和生活中有些自然情境為學生提供了需要解決的問題，也涉及具體材料的使用，有真實的活動可以模仿，這比校內(nèi)有些活動更具體、更真實，可以更好地培養(yǎng)學生應(yīng)用知識的能力。教師要做個有心人,善于抓住社會生活中學生關(guān)心的某些主題的STEM因素，以項目學習的形式設(shè)計成STEM課程，同時融入探究思考內(nèi)容，協(xié)助學生在具體情境中學習與項目主題相關(guān)的科學、技術(shù)、工程技能和數(shù)學知識。例如，在紹興當?shù)兀S多家庭都會制作傳統(tǒng)食品霉干菜。秋末冬初，菜園里的芥菜抽了苔，拇指粗細，頂帶花蕾，脆嫩味甘。這時，摘下菜心，晾掛幾天。待葉子變軟，放進大盆，撒上鹽，用手揉搓，滲出一些菜汁，裝入陶甕，碼一層撒一層鹽，裝滿后把甕口封嚴。過十天或半月，取出曬干，便成為色澤金黃、咸酸味甘的霉干菜。教師可對此進行深入挖掘，按照STEM理念設(shè)計課程“好吃的霉干菜”。學生先明確任務(wù)，制作一包霉干菜，在農(nóng)產(chǎn)品展銷會上展銷。接著上網(wǎng)查閱資料，了解腌制過程中的發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、含鹽量等因素對微生物和風味的影響。再設(shè)計制作方案，標明自己小組采用的原材料、工具，寫清楚制作方法、步驟、時間安排和成員分工。然后分3課時制作霉干菜：第一課時，學生自帶芥菜摘心晾掛。第二課時，撒鹽揉搓裝甕封口。第三課時，曬干裝袋，寫產(chǎn)品說明。最后舉辦展銷會，學生品嘗各組制作的霉干菜，按外觀、口感、色澤、氣味等方面打分，評出優(yōu)質(zhì)霉干菜。這種來自社會生活的STEM課程更受學生歡迎，學生為解決生活問題而學，為創(chuàng)造美好生活而做，參與活動的積極性更高。

五、從企業(yè)中來：聯(lián)姻工廠，設(shè)計項目

紹興當?shù)赜胁簧倨髽I(yè)，比如建筑裝飾、紡織服裝、食品加工、印刷包裝、設(shè)備制造等。教師可走進企業(yè)，依托它們研發(fā)的產(chǎn)品、開展的項目來設(shè)計STEM課程，通過完成項目任務(wù)的方法將科學、技術(shù)、工程和數(shù)學結(jié)合起來，將抽象的知識與學生身邊的產(chǎn)品建立起緊密的聯(lián)系。例如，紹興崧廈鎮(zhèn)被譽為“中國傘城”，學生對傘有一種親切感。教師可利用這個得天獨厚的資源，把STEM元素融入其中，設(shè)計“雨傘的誕生”這一STEM課程。讓學生在動手實踐中感受和理解材料透性的概念，培養(yǎng)學生對運用工具、記錄數(shù)據(jù)，并最終得出科學結(jié)論的完整過程的認識。同時，鼓勵學生設(shè)計制作防水性能好的雨傘。第1課時，明確任務(wù)，基礎(chǔ)準備。先提出任務(wù)，要制作杭州亞運會啦啦隊員用的雨傘，要求防水性能好。然后邀請傘廠的設(shè)計師給學生講課，介紹雨傘設(shè)計制作流程、雨傘種類、基本功能及設(shè)計要求。第2課時，探究材料的透性。使學生知道制作一把防水性能好的雨傘，關(guān)鍵是傘面材料的選擇。要求學生測定給定的幾種材料（報紙、棉布、尼龍布、油光紙、塑料薄膜、滌綸布、雙膠紙）的透性。為保證結(jié)果的可靠性，實驗一般需要做幾次，以作為評價透性好壞的依據(jù)。第3課時，小組討論，設(shè)計圖紙。請各小組畫出雨傘設(shè)計草圖，標出各部件選用的材料和數(shù)量，特別是傘面的材料，確定人員分工。第4課時，制作雨傘，修改完善。各小組開始完成任務(wù)，并按照評價量表思考下面問題：傘面選取了什么材料？為什么這樣選擇？除了透性，還對哪些問題進行了思考？是否遇到了什么困難？是怎樣解決的？第5課時，防水性能測試。在傘面上用灑水壺均勻灑水持續(xù)1分鐘，檢查傘內(nèi)情況，觀察是否有滲漏。第6課時，成果展示，評估改進。各小組展示材料選擇、設(shè)計、分工、制作和最終完善的過程，同時展示雨傘的性能。小組互評打分，指出其他小組雨傘的優(yōu)點和改進建議。STEM課程研究與實踐仍在路上，但學生綜合素養(yǎng)已經(jīng)在提升。學生收獲的是學科視野的廣闊和生動，是與人交流的啟發(fā)和靈感，是問題探討的迷惘和釋然，是方案抉擇的艱難和期待，是動手制作的自信和熟練，是作品展示的自豪和欣喜，是創(chuàng)新精神的孕育和孵化。

參考文獻：

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作者：嚴建斌 單位：浙江省紹興市上虞區(qū)崧廈鎮(zhèn)中心小學