基于STEM理念指導下設(shè)計制作要素的把握

顧永樟

摘 要：在當前深化教育改革、綜合實踐活動指導新綱要發(fā)布的背景下，設(shè)計制作作為綜合實踐活動四大活動方式之一，在課程實施過程中具有特定的內(nèi)涵、價值。

關(guān)鍵詞：STEM理念 設(shè)計 制作 技術(shù)素養(yǎng)

設(shè)計制作指學生運用各種工具、工藝（包括信息技術(shù)）進行設(shè)計，并動手操作，將自己的創(chuàng)意、方案付諸現(xiàn)實，轉(zhuǎn)化為物品或作品的過程，它注重提高學生的技術(shù)意識、工程思維、動手操作能力等。

在課堂教學中，教師要針對學生原有的學習基礎(chǔ)、情感興趣、視野經(jīng)驗等引導學生主動去發(fā)現(xiàn)設(shè)計制作要素，利用“STEM”理念，從“科學為基礎(chǔ)”、“數(shù)學為導向”、“技術(shù)為應(yīng)用”、“工程為主線”四個不同維度來感知創(chuàng)意設(shè)計、動手制作，發(fā)展技術(shù)要素，從而提高學生的技術(shù)素養(yǎng)。[1]

一、科學探索是設(shè)計制作活動的基礎(chǔ)

設(shè)計制作類活動方式在小學階段主要體現(xiàn)的是以勞動技術(shù)為內(nèi)容的動手操作，對此教師在開展相關(guān)主題時，想到的不僅是技術(shù)、是設(shè)計、是工程，同樣也必須考慮其中涉及的科學原理和規(guī)律，只有遵循科學原理和規(guī)律，設(shè)計制作活動才富有價值，探索才能體現(xiàn)孩子的科學精神。[2]

1.在科學探究中提高設(shè)計創(chuàng)新能力

省編的勞技新教材比以往更注重學生的設(shè)計性學習，它要求學生在綜合運用所學知識和技能的基礎(chǔ)上，進行作品制作前的科學設(shè)計，并按照設(shè)計進行實踐性操作。它更強調(diào)學生的自主設(shè)計和實踐操作以及創(chuàng)新精神，強調(diào)讓學生參與技術(shù)活動全過程，是技術(shù)教育的核心，是培養(yǎng)學生技術(shù)素養(yǎng)的重要途徑，也是科學探索精神在勞技教學中運用的重要體現(xiàn)。

如《沙漏的設(shè)計》主題活動中，學生在制作之前對沙漏進行科學設(shè)計，可以從材料選擇，制作方法，制作中難點的把握等不同的方面進行。選擇的瓶子一定要透明，制作過程中需要用到的其他材料也要選擇好，中間漏沙通道的處理與調(diào)試方法要事先想好等等。設(shè)計要盡量合理、細致、全面、周到，體現(xiàn)沙漏計時的精確性和科學性，學生在討論中設(shè)計，在實踐中修改，如以上的設(shè)計中，學生在制作時發(fā)現(xiàn)如果選擇的瓶子過高，還會出現(xiàn)重心不穩(wěn)，容易倒的問題，于是，對于自己之前的設(shè)計進行了進一步的修改，在一次次的實踐與修改中，學生的科學設(shè)計能力與實踐能力得以提高。

2.在科學探究中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題

在探究性學習過程中，學生必然會遇到很多學習上的問題，這個時候，教師不要急于解決學生出現(xiàn)的問題，應(yīng)鼓勵學生用科學思維多嘗試，多探究，多實踐，在體驗中不斷深入。因為學習掌握新的知識與技能是一時的，而學會學習是終身的。在stem理念的倡導下，設(shè)計制作教學要把培養(yǎng)學生自我解決生成問題的能力當成首要任務(wù)來完成。教師可以指導學生運用觀察、比較、思考、想象、嘗試等不同的方法來解決探究過程中生成的問題，還要激發(fā)學生多角度、多側(cè)面、多方位進行大膽思考與分析，拓寬思維的廣度與深度，在個人嘗試，小組合作，互幫互助等各種不同的方法中解決問題。在解決生成問題的過程中促使學生自我進步。

如在《郵運薯片》的主題活動中，學生在了解運輸膨化食品，到顧客手里都碎了的這一現(xiàn)象后，教師讓學生開始嘗試科學探索一種簡單、有效、實惠的包裝方式，從而解決這一難題。學生在自主設(shè)計制作的過程中遇到了許多問題：包裝材料選擇，運輸測試，建模改進等問題，其中對于運輸模擬測試的實驗設(shè)計，引導學生運用科學知識思考：包裹在運輸過程會碰到哪些運動？擠壓、堆疊、拋投等，對此我們可以探究設(shè)計哪些實驗進行測試？于是出現(xiàn)了各種各樣的解決辦法：堆碼試驗、震動試驗、跌落試驗，模擬薯片在運輸過程中的種種問題，通過對比試驗再找出問題所在，繼續(xù)進行嘗試。有了這些科學的探究方法，設(shè)計制作中碰到的問題都能一一化解。在實踐探究中讓學生發(fā)現(xiàn)問題，并想辦法解決問題，是教師應(yīng)該培養(yǎng)學生養(yǎng)成的一種能力，也是學生勞技素養(yǎng)提高的一個重要方面。

二、數(shù)學思維是設(shè)計制作活動的導向

設(shè)計制作活動的核心過程是對技術(shù)方案的設(shè)計，對此，在教學指導過程中，教師應(yīng)滲透設(shè)計的意識，以數(shù)學思維為設(shè)計導向，讓學生親歷設(shè)計過程，逐步形成一定的設(shè)計能力。

1.學會用精準的數(shù)據(jù)體現(xiàn)技術(shù)方案的可行性

如在《橋梁的設(shè)計與制作》主題活動中，學生對于斜拉橋模型的設(shè)計結(jié)構(gòu)沒有建模，隨意在設(shè)計稿中增添橋面、橋身的材料數(shù)量，而忽視了橋梁結(jié)構(gòu)的比例、承重、造型等數(shù)據(jù)分析。對此，在教學指導中，教師要引導學生用數(shù)學工程思維對橋梁進行設(shè)計分析，探究結(jié)構(gòu)與承重的關(guān)系，斜拉橋的構(gòu)型是什么形狀？運用了數(shù)學幾何圖形中的哪些原理？各構(gòu)件之間如何建立連接，材料的多少、長短、比例對橋梁模型有何影響，進行數(shù)學知識和技能的遷移運用，從而使橋梁設(shè)計圖更精準，更具有操作可行性。[3]

2.搜集科學的數(shù)據(jù)改進設(shè)計制作的完善

數(shù)學思維的導向還體現(xiàn)在制作成品交流展示中的數(shù)據(jù)采集、分析、應(yīng)用中。如在《降落傘的設(shè)計與制作》主題活動中，學生利用相同材料、制作的降落傘在相同條件下降落的時間不一樣這一現(xiàn)象，引導學生利用數(shù)學思維提出問題，學會用搜集數(shù)據(jù)來改進降落傘的制作技術(shù)，改進降落傘的相關(guān)變量，如增減降落繩的數(shù)量、改變降落傘的面積等數(shù)學計算，從而發(fā)現(xiàn)降落時間與傘面結(jié)構(gòu)的關(guān)系。通過數(shù)學思維的應(yīng)用，促使學生對設(shè)計制作更加嚴謹，只有通過真實問題做科學，過程才是快樂的；通過數(shù)學實踐用科學，結(jié)果是才是難忘的。

三、技術(shù)意識是設(shè)計制作活動的靈魂

設(shè)計制作活動針對不同的學習內(nèi)容，選擇模仿、合作和探究的不同學習方式，引導學生在教師指導下主動地、富有個性地學習，注重提高學生的技術(shù)意識、動手操作能力。

1.技術(shù)示范提升設(shè)計制作的質(zhì)量

技術(shù)示范引領(lǐng)的方式有很多，可以是教師自己的示范，也可以是優(yōu)秀學生的示范，可以當場示范，也可以以圖片、微課的方式示范，只要能夠有效地解決技術(shù)難點，對學生技能的形成具有滲透、促進作用，都是可行的。如《奇妙的繩結(jié)》主題活動中，班級里的孩子以前都沒有接觸過平結(jié)，為了降低打平結(jié)的難度，教師特意舍去了書中的分解圖，選擇更為簡潔明了的圖示重新拍下圖片，清晰地呈現(xiàn)了一個結(jié)的打法，供學生學習參考。后來又把靜態(tài)的圖片拍成了動態(tài)的微課視頻，連續(xù)打結(jié)的方法一目了然，技術(shù)中的難點一下子就化解了。

2.同伴互助提升學生的技術(shù)素養(yǎng)

在綜合實踐活動中，往往以小組合作的形式進行，根據(jù)設(shè)計制作的不同特點，可以將學生分成若干個不同的學習小組。在小組同學的共同探究中，學生可以從嘗試中發(fā)現(xiàn)問題，找到技法學習的難點，可以在嘗試的過程中實踐所學的技能，也可以在小組其他同學的影響下學習到不同的技術(shù)方法，拓寬思維，取長補短，共同進步。

如《紙杯毛驢》主題活動中，教師始終讓學生以四人小組為單位進行合作，合作的好壞決定了作品制作的質(zhì)量。學生通過小組討論集思廣益，統(tǒng)一意見，想出了有別于范例，富有創(chuàng)意的構(gòu)思。通過分工合作來共同完成作品，一人做頭部，一人做身體，一人剪頸部及以裝飾物，另一人負責整體的粘合，這樣能帶動個別動手能力差又不主動參與的同學進行制作。在制作過程中，同學之間互幫互助，既能培養(yǎng)學生的集體觀念，提高集體榮譽感，又能提高與人相處、與人合作的能力。

四、工程應(yīng)用是設(shè)計制作活動的主線

工程學源于需要解決的某個難題，如“怎樣提高汽車燃油的效率？如何減少某種疾病的發(fā)病？”工程師的基本實踐是不斷提出問題，來搞清楚需要解決的難題，確定成功的解決方案標準。對此，在設(shè)計制作活動中，教師應(yīng)立足學生實際，引導學生在活動過程中不斷提出問題，以工程學的思維來推動設(shè)計制作活動，生成設(shè)計解決方案，論證制作活動的可操作性，從而用模型或模擬的方法來解決問題，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的優(yōu)點和局限。

如《小風車的設(shè)計與制作》主題活動中，學生發(fā)現(xiàn)有個別風車的風桿是斜的，此時，如果只對這一作品進行否定，就錯失了一次技術(shù)要素的鞏固時機。教師可以讓學生把這一小風車的風桿取下進行觀察，這時，學生就會發(fā)現(xiàn)，原來發(fā)電房的屋頂?shù)目谧娱_得太大，導致風桿無法直立。此時，教師可以引導學生利用工程學問，把小風車放置在真實場景中進行思考：如果屋頂?shù)目谧娱_得太大，有沒有什么補救的辦法？通過嘗試設(shè)計解決方案，生成工程問題應(yīng)用，進一步生活場景模擬測試、實驗論證，學生一致認為在發(fā)電房里塞入紙團進行固定既省時又方便，效果也不錯。這樣的工程學問引導生成設(shè)計制作活動的主線，能讓學生對于技術(shù)要素有進一步的把握，技能掌握也更加扎實。

綜上所述，在綜合實踐活動課程指導綱要深入推進的當下，設(shè)計制作主題類活動中，學生綜合各學科知識，利用簡單的工具和材料，設(shè)計、制作屬于他們的創(chuàng)意作品、模型。在教學指導中，應(yīng)以制作模型為研究項目驅(qū)動STEM教育，以制作模型為基點不斷改進工程設(shè)計，以制作模型為載體加強科學、數(shù)學學科融合，從而提升學生的技術(shù)意識和素養(yǎng)，把握設(shè)計制作的關(guān)鍵要素。

參考文獻

[1]教育部《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》2017版

[2]管光海《基于標準聚焦核心概念的STEM整合教育模式》開放教育研究201712

[3]吳昱寰《中小學STEM教育本土化策略探討》課程教育研究201609