基于“做中學”理論的香港STEM課堂分析

黃愛珉

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，源于1986年美國國家科學基金會的《大學的科學、數學和工程教育報告》。該報告首次提出“科學、數學、工程和技術”教育的綱領性建議，以應對國際人才競爭和經濟發展壓力下對本國人才培養的反思。香港特區政府2015年施政報告首次提出推動STEM教育。2016年3月，教育局向所有官立、資助及直資小學，包括設有小學部的特殊學校，發放用作推動STEM教育的10萬元津貼，用于舉辦STEM教育相關的活動、購置所需物資等。2017年3月，又為每個公立中學提供20萬基金用于發展和實施STEM教育活動。特區政府希望通過推動STEM教育，培育更多具備不同范疇和水平技能的多元人才，以增強香港的競爭力。

“做中學”理論是美國教育家杜威提出的，“如果承認教材的自然的發展進程，就總是從包含著做中學的那些情境開始。記憶和作業構成課程的最初階段，它們相當于要知道怎樣做才能達成種種結果”。從“做中學”也就是從“活動中學”，從“從經驗中學”，主張從經驗中積累知識，從實際操作中學習。STEM教育理念就來源于“從做中學”，香港的STEM教育也正是在這個理論基礎上扎實開展的。被選派參加內地與香港數學教學交流計劃的一年中，我仔細觀摩了STEM課堂，收獲良多。以下是一節香港圣公會諸圣中學以科學教育為主的STEM課，及天主教南華中學的一節以數學為主的STEM課。

一、課例展示

課例一：平板顯微鏡

1. 引入

教師提問：生物的基本單位是什么？什么儀器可以用來觀察細胞？顯微鏡的影像有什么特征？學生回憶舊知，回答問題。接著，教師要求學生用平板計算機的照相功能拍一張面值為10元的港幣中“0”內的橫線，并放大或縮小所拍攝的圖像，描述其特征。學生認真觀察后回答問題：相片放大后比較模糊，邊線不銳利。

2. 學生操作

學生利用平板計算機、小凸透鏡、回形針組裝平板顯微鏡，并調節對象與顯微鏡之間的距離。教師引導學生思考：平板顯微鏡與對象的距離可否改變？學生思考討論，回答問題：不能改變，因為只有在特定距離才能獲取清晰的圖像。

學生多次拍攝獲得4mm刻度的照片，并測量照片中刻度的長度（不能放大照片），記錄數據。學生計算平均放大率=■。教師引導學生思考：“你認為以你的個人手機配以本實驗中使用的凸透鏡能產生相同的放大率嗎？試簡單解釋你的答案。”學生思考討論，回答問題。

利用上面的放大率找出標本的真實長度。學生用平板顯微鏡觀察微小對象，并找出它們原來的大小：鹽粒的寬度；頭發的直徑；小腸細胞的寬度。在這一過程中教師提問及引導：“這些影像比原對象放大了多少倍？如何得出原對象的大小？”“你認為如何改善實驗，使之增加平板顯微鏡的放大率呢？試簡單解釋你的答案。”

3. 思維拓展

利用自制的平板顯微鏡拍攝一張面值為10元的港幣，比較與沒有凸透鏡的情況下拍攝的照片有何不同之處。

課例二：飲料包裝設計

本課例是七年級數學課《立體圖形的探究》單元設計的STEM學習活動。

1. 導入

市售的飲料包裝大多數都是長方體，或稱為四角棱柱為最多，其次就是圓柱體，而正方體或是球體的包裝幾乎不曾見過。這些飲料包的設計與數學有關系嗎？什么因素會影響體積？

2. 學生操作

分析及計算飲料包裝（四角棱柱）的總表面積（為求簡化計算程序，此設計不包括飲料包裝的接駁面積）和所需材料面積。下頁表所示為兩個相同容量的不同四角棱柱體的展開圖的包裝例子。

活動（1）：計算下列兩個250ml的不同四角棱柱體展開圖的表面積和所需材料面積（展開圖的總長度×總寬度）。（如有需要，答案精確至一位小數）

從以上計算所得，在固定體積下，不同包裝尺寸的展開圖所需的材料面積有所不同。

活動（2）：設計一個250ml紙盒（四角柱體），并計算其總表面面積和所需材料面積及制作此紙盒的真實尺寸實物。

活動（3）：在計算機課制作電子表格，得出最少所需材料面積的250ml正方柱體紙盒的大小。

活動（4）：比較市面上250ml飲料紙盒與活動（3）得出的正方柱體紙盒，為何生產商不選擇活動（3）的設計？請列舉最少兩種考慮因素。學生考慮的因素有：成本、外觀、所需材料面積、產品的表面設計、飲管長度。

活動（5）：在活動（2）學生設計的四角柱體中，由教師挑選出3個，學生從中選出最好的一個，并對該設計給予評分。幾個考慮因素中，對最重要的給予3分，次要的2分，不太重要的1分。

活動（6）：用最少的材料面積，設計能包裝6盒飲料的沒有蓋的包裝箱。

二、分析與反思

1. 從“做中學”理論分析

課例一有五個“做”。第一個“做”即拍攝10元港幣，放大或縮小圖像，激發學習興趣。第二個“做”即動手組裝顯微鏡，掌握技能，獲得方法。第三個“做”即多次拍攝獲得4mm刻度的照片，計算平均放大率，培養科學素養，提升應用數學知識的能力，也領悟了進行量度的相關創意。第四個“做”是拍攝幾個微小對象后量度影像，計算原對象的大小，進一步增強了學生的操作技能和量度技巧。最后一個“做”使學生進一步明白顯微鏡的功能，體會到科技的重要性，也有了前后呼應的效果。

課例二在真實情境中發現問題，激發學生下一步“做中學”的動機。第一個“做”讓學生明白總表面面積與所需材料面積的分別及其計算方法。第二個“做”鞏固棱柱表面積、體積的計算，明白棱柱體及其展開圖的關系。第三個“做”使用電腦EXCEL，讓學生感受跨學科知識的使用。第四個“做”讓學生考慮產品設計問題，感受所學知識與現實生活的密切關系，從“智力”上升到“做事的能力”。第五和第六個“做”通過知識和信息的交流，使學生深化能力。

2. 從STEM教育目標分析

香港教育局在2016年12月的《推動STEM教育—發揮創意潛能》報告中提到STEM教育的主要目標，包括讓學生建立穩固的知識基礎，提高他們對科學、科技和數學的興趣；加強他們綜合和應用知識與技能的能力；培養他們的創造、協作和解決問題的能力；以及培育與STEM相關范疇的人才，以促進香港的發展。STEM教育重視的是跨學科綜合能力的培養，鍛煉的是學生靈活運用知識解決實際問題的能力，通過課程學習培養適應社會發展的復合型人才。

課例一中相關的STEM元素有：顯微鏡的操作；模型的制作、科技應用；量度、單位換算、率及比等。通過本節課，可以培養學生的解難能力：（1）運用數學知識解難能力，如量度標本刻度及計算放大率，運用放大率找出標本的真實長度；（2）動手操作及日常生活的經驗解難；（3）運用科學知識解難，公平測試，估算誤差及改善。

課例二涉及的科技元素有設計的考慮、資訊處理及資訊處理工具（試算表），涉及的數學元素有面積和體積、長方體的折紙圖樣。通過本節課，可以培養學生的解難能力：（1）將數學知識運用于生活實踐的能力，提高學習興趣；（2）動手操作能力：自行設計后將展開圖折成四角棱柱；（3）綜合應用跨學科知識與技能的能力，以及培養創造力和解決問題的能力。

推動STEM教育以來，香港每個中小學都組成了STEM教育領導小組，積極探討研究設計學習活動。目前，STEM教育浪潮已經擴展到每個國家。要提升新一代在國際上的競爭力，培養其在科學、科技、工程、數學等范疇的多元化才能，我們也應常態化開展STEM教育實踐，構建常態化課程，建立教師團隊，注重教師專業發展，同時從硬件和軟件兩方面入手，建設豐富的STEM教育資源，推動STEM教育與創客運動良性融合，彌補傳統單一學科教育的不足。

責任編輯 魏文琦