STEM撬動科學課堂的跨學科融合

丁永祥

[摘 要]基于項目的學習為學生提供了融入真實情境的機會，幫助學生對科學、技術、工程和數學各領域的概念進行深入的理解。STEM項目學習以工程設計為基石，將課堂學習和現實世界相結合，幫助學生建立批判性思維。在科學教學中，教師可從激發動機、引發認知沖突、改進技術、拓展延伸四個方面，創設真實情境，調動學生的知識儲備，使學生的思維碰撞出火花，形成創意并付諸實踐。

[關鍵詞]科學教學;項目式學習;跨學科;思維

[中圖分類號] G623.6[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2019）15-0080-02

STEM在眾多孤立的學科中建立起一座新的貫通橋梁，通過把各領域內的學科知識和技能的教和學有機整合到一起，將學生零碎的知識梳理成相互聯系的統一整體，是一種跨學科的有機融合，為學生提供了整體認知的契機。STEM項目學習促使學生鉆研與生活相關的現實問題，取得具體的學習成果。在目前的教育框架下，這種學習方式尤為重要。在基于項目的STEM學習中，學生要經常進行聚焦于現實世界的真實問題的、跨學科的探究活動。參與跨學科的STEM項目學習的經歷，有助于學生更好地理解自己身邊的世界。下面，筆者就《玩轉小陀螺》一課談談自己是如何進行STEM項目教學的。

一、動機激發——真實情境的創設

傳統的教學以學生對知識點的掌握為核心，忽視真實情境的創設，學生對知識的應用與解決問題能力的培養。在教學過程中，教師要創設良好的教學情境，激發學生的學習動機，調動學生學習的積極性，使其產生強烈的求知欲，保持積極的學習情感與態度。

教學設計（一）：聚焦任務，認識陀螺

問題1：你最喜歡的玩具是什么？應該怎么玩？（生：我最喜歡樂高，它是拼裝起來玩的。）

問題2：你是個樂高小高手。還有誰想說一說？（生：我喜歡一個毛絨玩具，因為它有一股特殊的香味。）

問題3：今天老師也帶來一個好玩的玩意兒，這是什么？（生：陀螺）

問題4：陀螺怎么玩？（生：陀螺下面有個發條，一拉發條，陀螺就會轉起來。）

教師從學生喜聞樂見的小陀螺入手，激發學生的興趣，提倡真問題真探究，從生活中來，到生活中去，為課程的教學做了充分的準備。

二、認知沖突——經驗的提升

在制作模型活動中，學生進行了迭代式學習和擺弄式學習。這不同于常規的有條理的規劃，允許學生以玩耍、擺弄、探究、迭代的方式投入到模型制作活動中，但無論是學習方式還是學習進程，都強調以創新思維為核心，學習路徑是開放的。

教學設計（二）：構建模型，制作陀螺

教師介紹陀螺的發展史，讓學生了解陀螺由轉軸、轉盤構成。

問題1：同學們平時玩的陀螺是哪來的？是買來的還是自己做的？大家想不想自己動手做一個陀螺？

問題2：今天我們來制作陀螺，應該準備什么？怎么做？（學生討論）

問題3：老師準備了一些簡單的材料——一張圓紙片、一根火柴，怎么把它們組裝成一個小陀螺，并轉起來？請大家小組討論一下。

技術為改造世界提供可行的手段和方法。技術的核心是方案設計，而方案設計的要求是具體可行。在方案探究設計中，教師首先要篩選出具有可操作性的探究目標;其次，要對教學內容進行選擇，采用一定的變式，控制一定的變量，使之成為具體的可操作的方案，以便學生把探究活動順利進行下去;最后，對探究方案進一步優化改進，培養學生的批判性思維和創造性思維，使探究方案更完善，探究活動更有效。教師通過介紹陀螺史，讓學生通過觀察和歸類，概括出不同類型陀螺的相同構造，認識不同時期、不同種類的陀螺，培養分析、概括能力，為制作一個能轉動的小陀螺奠定基礎。項目式學習應該聽到學生發自內心的聲音。

三、改進技術——思維火花的碰撞

工程設計過程的下一個環節是讓學生測試自己設計的解決方案是否有效。學生要收集有關方案性能的數據并找出需要改進的地方。有時，依次對構成設計的每一個單獨因素進行更改，明確每一個因素會對設計方案的性能造成怎樣的影響，是非常重要的。這個環節，使學生認識到工程設計過程具有反復性。在這個過程，教師要引導學生通過測試對自己的設計進行優化。在優化設計的過程中，學生理應獲得對自己所做的修改進行再測試的機會。

教學設計（三）：改進技術，設計一個轉得久的陀螺

測試1：①接下來，我們進行一場PK賽。②交流——為什么各組的陀螺轉動的時間不同？③學生改進技術，調整轉盤位置。

測試2：①你還有什么辦法能讓小陀螺轉得更久？②小組討論、匯報。③出示大轉盤，讓學生與自己制作的小轉盤進行比較。④學生展示并交流方法。

測試3：①轉軸和陀螺的旋轉時間有什么關系？②學生集體交流，并改進轉軸。

頭腦風暴是一個交互過程，讓學生獨立思考解決方案，有助于推動這個過程，但是大部分時間，教師應該讓學生分組進行頭腦風暴。好的項目式學習，需要學生既貢獻個人智慧，還要分享專業知識和技能，尊重彼此，團隊協作。

工程是改造世界的實踐活動和建造實施過程。如果說技術是停留在紙面上的設計，那么工程就是技術的行動，是對技術的驗證和完善，是技術落實在實踐中的真實結果。教師可引導學生在調整轉軸與轉盤間的位置關系，測量陀螺旋轉時間的長短，使轉軸和轉盤處在最佳位置。整個實驗過程由學生自己控制完成，學生在動手前設計，在動手中思考，在動手后改進。

四、拓展延伸——完善創意陀螺

要成功完成一個項目，學生需要更多的時間，更多的探究嘗試，不能因課程結束而停止探究。

教學設計（四）：拓展學習，完善一個創意陀螺

1.拓展：陀螺儀介紹。

2.還有哪些方法能使陀螺轉得更久？請大家課后試一試。

通過課后的研究探索，學生發現陀螺持久旋轉的秘決：在陀螺轉盤邊緣增加重量，這比給整個轉盤增加重量更有效。通過比較，學生自然而然明白為什么要將陀螺的下方設計成圓錐形;通過反思，學生學習到專業知識，增長技能，增強自信心。項目就是探究的延伸，項目具有現實世界的吸引力，當學生進行體驗時，他們看到了自己所學東西的價值，會更加積極地鉆研。

STEM項目學習為不同學科內容的整合提供了機會，良好的項目式學習本身就是跨學科的，而其本質是合作性的，可以幫助學生建立高階思維，也可以幫助學生在不同學科之間建立有意義的聯系。

（特約編輯 木 清）