學科課程怎樣和創客或STEM教育結合起來

陳染

為了說明創客教育和STEM教育內容選擇的問題，我們在前面的文章中列舉了不少案例，這些案例都將創客視為一個專門的課程開展。除了將創客教育和STEM教育作為一個專門的課程開展，我們更可以將創客教育和STEM教育與現有的學科教育結合起來，用創客的方法改變學科課程的開展方式。

新課改要求教師的教學從“以教育者為中心”向“以學生為中心”轉變，“從教會知識”向“教會學習”轉變，從“重結論輕過程”向“重結論的同時更重過程”轉變，從“關注學科”向“關注人”轉變。這與創客教育和STEM教育的理念不謀而合。創客教育和STEM教育的理念要求教師的角色從單向知識的傳播者轉變為引導者，學生從知識的被動學習者成為主動探索者;課程不會直接傳授已有的知識，學生要通過動手制作構建起對知識的理解;教育的內容不僅是學科內的知識，更重要的是學生的綜合能力和素質得到長足進步。這正是新課改中“三個轉向”理念的體現，為創客教育或STEM教育與學科教育提供了理論可行性。

怎樣選擇創客教育與學科教育結合的題材呢？我們可以從新課標的課本中找到答案。新課標更強調探究活動在教學中的重要性，許多新課標的課本會在每一單元之后加上一個“問題探究”環節，這個環節通常會介紹一個與單元知識和現實生活緊密相關的問題或現象，并為學生開展課程提供參考思路，包括識別問題、搜集材料、討論研究、解決問題等思路。這為我們將學科教育與創客或STEM教育結合提供了豐富的題材，科技教師可以根據以“問題探索”為主題開展活動，也可以自己設計主題，開展獨具特色的創客或STEM教育。

筆者與多位教師進行了STEM課程討論，討論的主題分別是“未來的海上城市”和“超級火山大危機”。在此前的專欄文章中，我們從科學幻想的角度分析了“未來的海上城市”開展方法，這里我們重點從學科課程的角度分析這2個案例，拋磚引玉，為科技教師提供思路和參考。

地理課可以說是最能夠與“未來的海上城市”和“超級火山大危機”活動結合起來的學科了。“未來的海上城市”適合與高中《地理》（選修2）“海洋地理”結合起來，而“超級火山大危機”則適合與高中《地理》（必修1）中“地表形態塑造”的內容相結合，這兩個內容都非常適合作為這門課程的拓展活動。

首先，無論是科幻感十足的未來海上城市還是末日感的超級火山大危機，在設計與學科課程相結合的活動中，我們首先要創設一個真實情境，并從真實情境出發，理解我們面臨的真實挑戰或問題，這樣最終的解決方案才能具備現實指導意義。

我們為“未來的海上城市”設計的真實情境是在全球變暖得不到遏制的情況下，海平面快速上升，對沿海城市生存形成了威脅。為了應對威脅，人們決定向大海索取土地，建設漂浮在海面上的城市。為了構建更加真實的情景，我們通過材料閱讀，認識科學家關于“在20世紀初，海平面上升了20厘米，而到了2100年，海平面預計上升65厘米”的推斷。但僅僅有資料閱讀是不夠的，由于缺乏對這個問題的深入認識，學生很難理解海平面上升65厘米意味著什么。我們可以通過Flood Map等模擬軟件，模擬海平面上升將會淹沒哪些地方。在動手調整數據的過程中，當我們從模擬軟件中發現我們的城市由于海平面上升得不到遏制而被淹沒時，比任何數據都來得直接而震撼。

而在“超級火山大挑戰”的課程中，我們需要設計一個真實情境，幫助學生認識超級火山嚴重的全球影響。我們以英國畫家威廉·透納的一幅畫作《奇切斯特運河》作為引入，這幅畫作描繪了18世紀英國鮮艷的天空，然而透納不知道的是，這片美麗的天空卻是離英國半個地球外的印度尼西亞松巴哇島的坦博拉火山爆發造成的。在畫作完成后的幾年，災難性的天氣席卷了全球，那一年的北半球沒有夏天，大面積農作物死去，造成了嚴重的饑荒，在歐洲，大約有20萬人因坦博拉火山造成的饑荒而死，而在中國云南等地區，大規模的饑荒也間接導致了清朝的衰亡。通過真實的歷史故事認識超級火山爆發的嚴重后果，幫助我們意識到做好火山持續監測的重要性，進而作好應對策略。

其次，與獨立的創客教育或STEM教育不同，與學科課程結合起來的活動更要強調與知識點的結合，我們可以通過知識講解或資料搜集的方式讓學生了解其涉及的背景知識。雖然，這種課程活動必然以學科知識作為主要內容，但由于創客教育和STEM教育很強調跨學科的特征，我們要強調和認識的知識點往往是綜合性的。這也意味著教師不僅要具備本學科的知識，更要有廣闊的視野，對其他學科的內容也要有所涉獵。

“未來的海上城市”涉及的知識以海洋地理和城市規劃為主，同時也有能源，受力等物理知識和概念，其中的大多數知識點我們也可以在課本中找到。例如，建造海上城市，一定要考慮海洋的運動會對城市造成怎樣的影響，這就要求我們對海洋的潮汐、洋流、災害對城市的影響有基本的認識;設計海上城市，我們應該以陸地上的城市作為參考，了解海上城市應具備哪些基本功能，跟陸地上的城市有什么不一樣，這需要有城市規劃方面的知識;海面波濤起伏，設計什么形狀的城市才能讓它如陸地般平穩，這需要物理學方面的知識。

“超級火山大危機”的主要知識點是地質學，同時也會涉及一些化學和信息技術的內容。例如，超級火山具有什么樣的結構，它的地質情況是怎樣的;超級火山即將噴發的時候，會產生哪些我們可以檢測到的物質變化;我們怎樣通過化學方式檢測物質變化，并通過信息技術手段體現出來……這些都是知識綜合性的體現。值得一提的是，如果只為體現基本的火山地質知識，我們可以讓學生做出火山模型教具，用瓶子、陶泥、紗布等展現出火山口、火山錐、上升通道等地理信息，讓學生在動手制作中培養對于火山的基本認識。

第三，與傳統的學科教學不同，創客教育或STEM教育是從問題出發，分析問題，發揮創意解決真實問題，這意味著對學生的創新能力提出了更高的要求。科技教師可以通過諸多創意的展示，引導和鼓勵學生從不同角度思考，提出自己的方案。

在“未來的海上城市”課堂中，我們分析了眾多工程師設計的海上城市模型。有的城市模型如一片荷葉，有的如一艘巨輪，還有的可以模塊化地拆分。不同的創意展現出工程師對于海上城市不同功能的思考，有的工程師希望城市有強大而集中的生產生活功能，這需要巨大的面積，所以他把海上城市設計成荷葉狀;有的工程師希望海上城市具備良好的機動性，能夠與陸地城市快速連接，所以他把海上城市設計成巨輪狀;而有的工程師希望海上城市應滿足每個人自由生活的需求，盡可能減少不必要的損耗，因此他把城市設計成模塊化。這種分析能幫助學生對自己將要設計的作品有更深刻的認識。

“超級火山大危機”課程中，我們展示了幾種不同類型的火山，并且展示了多種不同的火山預警系統。在這個環節中，學生要意識到問題解決的思路不是唯一的，每一種解決方法都有它的優勢、局限性和適用條件。學生在開始制作前需要對自己將要面對怎樣一座火山，選擇怎樣的預警方法有明確的定位。

最后是制作和交流展示環節。通過前面幾個環節的鋪墊，學生已經對知識有了較為深入的了解，明確自己要解決的是什么問題，并提出自己的解決方案。制作環節不意味著我們一定要做出海上城市或者火山監測站的模型出來（能做出來當然更好），在形式上，我們可以不拘一格，科幻畫、工程項目書、說明文等都是很好的載體，教師可以根據自己的實際情況進行選擇。

通過創客或STEM活動，學生將成為自己的老師，主動學習和建構起自己對于學科的理解和認識，從而激發學習的興趣，改變課堂教學。