基于STEM理念的“DIY酸奶”課程設(shè)計(jì)

包士娟 孟延豹

前言：很多老師對(duì)STEM還心存敬畏的時(shí)候，包士娟老師就已經(jīng)駕輕就熟了，包老師的課程設(shè)計(jì)本身就像是一段“優(yōu)美”的程序架構(gòu)，目標(biāo)明確，邏輯清晰，這樣的課程設(shè)計(jì)本身是可以被借鑒用于各種課程的開發(fā)設(shè)計(jì)的。在此筆者繼續(xù)向讀者朋友們隆重推薦包老師的新作——“DIY酸奶”課程，在這個(gè)課程里，包老師沒(méi)有明確用到什么樣的信息化工具或者數(shù)字化工具，但課程的信息流、數(shù)據(jù)流卻具有明顯的數(shù)字化特征，把信息流和數(shù)據(jù)流與課程的互動(dòng)結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，其實(shí)恰恰是一個(gè)好的數(shù)字化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的核心。

基于項(xiàng)目的STEM課程是一種深度的探究活動(dòng)，其目的在于促進(jìn)兒童全身心的、合作性的問(wèn)題解決及創(chuàng)造性與批判性思維的發(fā)展，為學(xué)生成為積極、主動(dòng)、靈活的學(xué)習(xí)者奠基。引導(dǎo)學(xué)生在多元化多學(xué)科的學(xué)習(xí)情境中進(jìn)行“設(shè)計(jì)”學(xué)習(xí)，在眾多孤立的學(xué)科中建立一個(gè)新的橋梁來(lái)為學(xué)生提供整體認(rèn)識(shí)世界的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問(wèn)題能力是STEM教育最重要的目標(biāo)。[1]

STEM課程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)調(diào)問(wèn)題的真實(shí)。STEM課程注重在真實(shí)情境中學(xué)習(xí)。在具體的情境中提出需要解決的問(wèn)題，指出任務(wù)要求，呈現(xiàn)科學(xué)家與工程師工作的意義和方式。在給予足夠知識(shí)鋪墊的情境下引導(dǎo)學(xué)生按照任務(wù)要求設(shè)計(jì)和制作，再按照工程思維分步實(shí)施設(shè)計(jì)和制作，確保了學(xué)生的STEM課程學(xué)習(xí)問(wèn)題的真實(shí)性。②強(qiáng)調(diào)課程的整合。STEM課程以項(xiàng)目的形式組織實(shí)施跨學(xué)科學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中融合應(yīng)用各學(xué)科知識(shí)，進(jìn)行整合性的深度學(xué)習(xí)。[2]③強(qiáng)調(diào)過(guò)程的完整。STEM課程的學(xué)習(xí)時(shí)間跨度較長(zhǎng)，學(xué)習(xí)實(shí)踐體現(xiàn)為工程與實(shí)踐，并在實(shí)踐中發(fā)展理性思維，加強(qiáng)對(duì)跨學(xué)科知識(shí)的理解和靈活運(yùn)用能力，以此發(fā)展高階思維能力。

為此，筆者將工程思想和實(shí)踐引入科學(xué)課程，結(jié)合《DIY酸奶》案例，嘗試帶領(lǐng)學(xué)生通過(guò)開發(fā)解決方案、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性、權(quán)衡方案、討論修正等過(guò)程發(fā)展工程設(shè)計(jì)能力。

● 項(xiàng)目背景

“DIY酸奶”課程來(lái)自蘇教版科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)第一單元《顯微鏡下的世界》第二課時(shí)的內(nèi)容。本課程通過(guò)做酸奶活動(dòng)，引入“細(xì)菌”概念，把學(xué)到的微生物知識(shí)運(yùn)用到生活中;通過(guò)“你能為家人制作一款健康、安全的酸奶嗎”這個(gè)問(wèn)題，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)真實(shí)生活;通過(guò)整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四大學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

● 項(xiàng)目目標(biāo)

（1）通過(guò)觀察酸奶包裝盒、社會(huì)調(diào)查、查閱資料、參觀訪談等方式了解酸奶的種類，知道酸奶的主要成分及其作用，學(xué)會(huì)從健康角度選擇酸奶。

（2）通過(guò)觀看視頻、請(qǐng)教專家，了解乳酸菌的形態(tài)，知道有益菌和有害菌，形成對(duì)微生物的初步感知。

（3）動(dòng)手實(shí)踐，為家人制作一款健康、安全的酸奶，樹立食品安全意識(shí)和健康飲食的觀念。

（4）提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)小組合作探究、創(chuàng)新能力。

● 項(xiàng)目準(zhǔn)備

（1）聯(lián)系酸奶廠，設(shè)計(jì)參觀學(xué)習(xí)單。

（2）請(qǐng)教食品安全方面的專家，提供專業(yè)知識(shí)。

● 項(xiàng)目實(shí)施

1.引入問(wèn)題與確定需求

酸奶是最受學(xué)生喜歡的飲品之一。六年級(jí)的學(xué)生通過(guò)科學(xué)教材初步了解了制作酸奶所需的物品以及簡(jiǎn)單的制作方法，但對(duì)于酸奶的成分、種類以及與健康的關(guān)系不是特別了解，根據(jù)學(xué)生的年齡特點(diǎn)，聯(lián)系生活，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題：為自己的家人制作一款健康、安全的酸奶，口味符合他人的需求，容量100g。

2.調(diào)查研究與學(xué)習(xí)支持

活動(dòng)一：酸奶的秘密。

（1）觀察酸奶包裝盒，了解酸奶里有什么？

學(xué)生通過(guò)對(duì)調(diào)查表（如表1）的記錄、思考，又提出了很多問(wèn)題：酸奶保質(zhì)期的長(zhǎng)短跟什么有關(guān)？為什么有的酸奶濃，有的酸奶稀？是不是成分越多酸奶的品質(zhì)就越好？為什么要有那么多配料？酸奶中的添加劑有哪些？這些問(wèn)題直指核心概念，學(xué)生根據(jù)問(wèn)題提出了自己的觀點(diǎn)和理由，在交流、思辨中不斷深化對(duì)高品質(zhì)酸奶的認(rèn)識(shí)，批判性思維得到了發(fā)展。

（2）查閱資料、請(qǐng)教專家，了解酸奶與健康的關(guān)系。

隨著活動(dòng)的深入，學(xué)生又提出了問(wèn)題：酸奶中的這些成分有什么用？與身體健康有什么關(guān)系？查閱資料后，學(xué)生對(duì)搜集到的資料又提出了質(zhì)疑：喝酸奶真的可以減肥嗎？這些問(wèn)題引導(dǎo)著學(xué)生一步步研究酸奶與健康的關(guān)系。他們還圍繞“配料多是不是酸奶品質(zhì)會(huì)越好”進(jìn)行了小型辯論會(huì)。

活動(dòng)二：參觀酸奶廠。

對(duì)酸奶有了一定的研究后，我們參觀了乳業(yè)公司，揭開了酸奶廠制作酸奶的奧秘。通過(guò)參觀酸奶制作通道，學(xué)生們了解了專業(yè)做酸奶的過(guò)程，走進(jìn)酸奶廠實(shí)驗(yàn)室，知道了市面上出售的各種類型的酸奶是在這里通過(guò)無(wú)數(shù)次的調(diào)試才能進(jìn)入超市。工作人員還介紹了菌種的相關(guān)知識(shí)。

3.分析觀點(diǎn)與建立模型

活動(dòng)三：設(shè)計(jì)與制作，嘗試用一種方法自制酸奶。

明確活動(dòng)任務(wù)，了解制作酸奶所需材料的成本，明確評(píng)價(jià)要求，建立評(píng)價(jià)量表。評(píng)價(jià)量表（如表2）的設(shè)計(jì)目的在于引導(dǎo)學(xué)生在制作過(guò)程中關(guān)注食材的選擇、制作的過(guò)程等因素，用評(píng)價(jià)表優(yōu)化酸奶制作過(guò)程。

4.測(cè)試優(yōu)化與解決問(wèn)題

原型要在所有可能的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)估和測(cè)試。每一次評(píng)估中都要做好詳細(xì)記錄，包括預(yù)測(cè)、測(cè)試的條件、觀察和結(jié)果。[3]因?yàn)橹谱魉崮绦枰臅r(shí)間較長(zhǎng)，所以制作酸奶的任務(wù)由學(xué)生回家完成，借助學(xué)習(xí)單來(lái)支持學(xué)生的課外學(xué)習(xí)。科學(xué)課上，學(xué)生將酸奶帶到班級(jí)進(jìn)行展示、品嘗與交流。通過(guò)交流，大家發(fā)現(xiàn)看似簡(jiǎn)單的制作，還存在一些問(wèn)題，如為什么會(huì)有那么多氣泡？為什么會(huì)結(jié)塊？有乳清是怎么一回事？這些問(wèn)題讓學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行思考與實(shí)踐，直至找到答案。有的學(xué)生認(rèn)為自己做的酸奶太稀了，為此進(jìn)行了酸奶粘稠度測(cè)試實(shí)踐;有的學(xué)生覺(jué)得口感不好，根據(jù)個(gè)人喜好調(diào)制帶有甜味和果味的酸奶;還有的學(xué)生想創(chuàng)新酸奶的口感，為此他們都一一進(jìn)行測(cè)試與優(yōu)化，直至達(dá)到滿意為止。基于測(cè)試的結(jié)果，學(xué)生會(huì)優(yōu)化他們的設(shè)計(jì)方案，這個(gè)過(guò)程要求對(duì)照問(wèn)題標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，在比較自己的預(yù)測(cè)和不同的測(cè)試結(jié)果時(shí)，學(xué)生進(jìn)行了批判性思考。這是設(shè)計(jì)過(guò)程中最關(guān)鍵的一步，學(xué)生的發(fā)現(xiàn)源于自己的經(jīng)歷，他們的理解程度會(huì)得到提高。[4]

5.項(xiàng)目評(píng)價(jià)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以體驗(yàn)、實(shí)踐、活動(dòng)等方式來(lái)學(xué)習(xí)，學(xué)生的成績(jī)難以用紙筆測(cè)驗(yàn)。在案例實(shí)施過(guò)程中，筆者積極探索表現(xiàn)性評(píng)價(jià)方式，設(shè)計(jì)多樣的評(píng)價(jià)方案，如學(xué)習(xí)檔案袋、科學(xué)小論文、電子小報(bào)展覽、知識(shí)競(jìng)賽、微視頻分享等，在展示學(xué)生項(xiàng)目學(xué)習(xí)成果的同時(shí)，又激勵(lì)學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)。

● 項(xiàng)目反思

STEM課程的活動(dòng)形式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，本案例的學(xué)習(xí)建立在學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)前置學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生對(duì)酸奶的種類進(jìn)行調(diào)查，并了解相關(guān)健康知識(shí)，從而建立“什么樣的酸奶是高品質(zhì)的酸奶”的概念，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與方法的運(yùn)用。

從真實(shí)情境中學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的路徑是開放的，探索的結(jié)果也是開放的，不存在唯一正確的答案。例如在課程實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)查閱資料、參觀、請(qǐng)教專家等方式獲得了很多制作酸奶的技巧。這些多樣化的學(xué)習(xí)方式帶給了學(xué)生不同的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

總之，STEM課程以工程設(shè)計(jì)為基石，引導(dǎo)學(xué)生綜合各領(lǐng)域的知識(shí)來(lái)解決真實(shí)世界中的有意義的問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生完整的作品展示來(lái)考量學(xué)生對(duì)STEM所涉及的學(xué)科概念的掌握情況，發(fā)展學(xué)生的高級(jí)思維技能、問(wèn)題解決能力、協(xié)作技能、創(chuàng)造力，培養(yǎng)其對(duì)科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)概念更濃厚的興趣。科學(xué)課若以“引入問(wèn)題與確定需求”“調(diào)查研究與學(xué)習(xí)支持”“測(cè)試優(yōu)化與解決問(wèn)題”的教學(xué)策略進(jìn)行設(shè)計(jì)，必將促進(jìn)教師的專業(yè)發(fā)展與學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉兆寧.集成式STEM教育——破解綜合能力培養(yǎng)難題[J].人民教育，2015（17）.

[2]馮凌.促進(jìn)融合的學(xué)習(xí)：小學(xué)STEM教育案例[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2016.

[3][4][美]羅伯特·M·卡普拉羅，瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅.基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)：一種整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)方式[M].上海：上海科技教育出版社，2016.

后記

包士娟老師不僅能夠利用生活中的真實(shí)情境來(lái)設(shè)計(jì)自己的STEM課程，還能夠非常熟練地從教材中選材，再結(jié)合生活中的真實(shí)情境進(jìn)行數(shù)字化的課程設(shè)計(jì)。整個(gè)課程是在過(guò)程結(jié)構(gòu)化和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化下進(jìn)行的，過(guò)程中設(shè)計(jì)的表格可以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以作為學(xué)生學(xué)習(xí)的信息軟工具來(lái)使用。目標(biāo)明確的評(píng)價(jià)量表給了學(xué)生非常明確的任務(wù)目標(biāo)，同樣也非常適合后期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。課程中，包老師并沒(méi)有明確利用什么樣的信息化工具，但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和信息化手段的應(yīng)用，已經(jīng)讓這門小課程具備了明顯的數(shù)字化學(xué)習(xí)的特征。