基于真實情景的STEM 課堂探索與實踐

錢生來

浙江省嵊州市甘霖鎮東湖小學 浙江 嵊州 312400

一、關注真實世界

學生面對的真實世界,是由家庭生活、學校生活、社會生活相融匯的世界。這就決定了STEM 課堂的活動必須避免空、虛、假,其活動對象來源于真實世界、服務于真實世界。因此,課堂實施主題的確定、項目的設計、內容的選擇都應結合國家課程標準,因地制宜地從真實世界中去尋找。

1.崇尚真實的情境。本課中學生所處的真實情境是：第34次南極科考,我國首次在南極海域發現微塑料。這則真實的消息,透露出的是塑料對海洋生物甚至人類的威脅。學生的思維在這個真實情境中被觸發,他們開始思考白色污染給環境、動物、人類帶來的影響。

2.面對真實的問題。本課由真實情境引出的真實問題是：面對最常見的白色污染,以塑料袋為例,我們作為工程師如何來解決這個問題?再問：用紙袋替代塑料袋的過程中,我們需要克服哪些材料上的缺陷?這兩個基于真實情境的問題,使學生思維開始遞進,令其積極地調動生活經驗以及所學知識,遷移到課堂中來。

二、經歷真實的實踐過程

面向真實世界的STEM 課堂應注重讓學生具有真實的技術任務,經歷真實的學習實踐過程,以便使STEM 教育在課堂中真實發生。

1.具有真實的工程技術任務。本課用紙袋代替塑料袋需要克服的缺陷有很多,如牢固度、防水性、耐用性等。而作為一節課的任務,聚焦單個因素展開研究較為有利。因此本課的任務是克服紙袋不夠牢固這一因素,用三張報紙、透明膠和剪刀做一個有提手的牢固紙袋,承重目標是能放下15袋鹽(約5千克)。

這個任務是面對真實情境下的問題自然提出的,包含或隱含著這樣的信息：①工具的使用：剪刀、手；②材料的選擇加工：報紙、透明膠；③作品的組裝：袋子主體與提手的連接；④實踐中可能出現的問題：袋子連接處和底部易斷。這樣真實可靠的任務目標明確,學生看得見摸得著,能引發學生自主建構的內在動力,激發學生研究熱情。

2.經歷真實的實踐過程。面向真實世界的STEM 課程主張學生像工程師和技術專家那樣經歷實實在在、地地道道的問題解決過程,遷移到課堂中,其環節如下：①發現問題與明確任務：用牢固的紙袋替代塑料袋。②制定設計方案：結合STEM 中的科學要素,即改變形狀、寬度、厚度能提高紙張的抗彎曲能力,討論、設計一只牢固的紙袋。③制作模型或原型：發揮STEM 中的工程技術要素,分工明確、合理利用三張報紙和膠帶制作紙袋。④測試、評估：以一袋鹽為標準,測試、評估紙袋的牢固程度,既模擬作品的實用性(能實際承載多少物品),又給出一個量化的評估標準(最大承重量)。⑤依據測試優化設計：優化是整個環節的重點,學生在優化改進這一環節中,才能明白工程師制作的產品不是一蹴而就的,而是歷經多次的改進—測試—優化等迭代過程。本課在測試的過程中往往出現連接處和底部易破裂、載物空間不大等問題。而在各種條件的制約下,課堂對學生的容錯率不高。學生在測試評估中遇到問題,很難將方案推倒重來或做出較大調整。面對這個問題,將修改思路記錄下來放在最后的反思交流中是一個較好的應對策略。⑥交流成功或失敗的方案：無論作品成功或失敗,結果是開放的,都是可以接受。重要的是學生能據此交流,相互評價,反思失敗的環節,總結成功的經驗。這樣的收獲才是真實的,源自學生本身的。

在真實的實踐中,學生需要權衡、比較、決策,經歷不斷優化和改進的過程。此時,教師是一個引導者。當學生在設計作品缺乏思路時,提供相應參考；當學生制作作品時,教師需要提醒時間的長短與成本因素。教師扮演引導者角色,是基于將實踐過程原原本本地交給學生去體驗、去創造、去優化的理念。

三、注重真實的能力發展

學習評價的目的在于了解學生在學習過程中的表現及其存在的問題。STEM 課堂可以從形成真實的成果和提煉真實的經驗兩方面來評價。

1.形成真實的成果。面向真實世界的STEM 課堂注重學生的成果具有實用價值,主張學生的成果具有實用性。本課的真實成果是通過團隊合作,經歷設計、制作、改進最終做出了一件產品——牢固的紙袋。雖然一堂課的設計制作難以讓紙袋完美,但恰恰可以以此為起點,為后續的一系列課程開放做鋪墊,如設計制作既牢固又防水的紙袋、設計制作牢固的布袋等。

2.提煉真實的經驗。總結學生解決問題的過程,提煉學生解決問題的經驗比制造一件產品更為重要。STEM 課堂可借助項目報告書,著重引導學生在交流時提煉真實經驗：

①科學本質。科學本質是支撐STEM 向外發展的內核。本課的科學內核為：改變紙的形狀、改變寬度與厚度,能提高紙的抗彎曲能力即牢固程度。本課的實踐,是對課本知識的實際應用與拓展,也是學生對科學知識的重新認識。

②迭代思維。迭代思維是指不斷用變量的舊值遞推新值的思維。以本課制作紙袋為例,團隊成員在最短時間做出紙袋1.0版,通過測試的反饋再次進行優化升級,迅速推出紙袋2.0版,再次測試反饋。優化,反饋,再優化,再反饋,這樣的過程就是迭代。經過幾次迭代之后,紙袋就能達到相對完美的狀態。在STEM 活動中引入迭代思維,有利于提高產品質量和開發效率,增強STEM 活動的針對性、規范性、科學性和創新性。

③成本意識。設計制作一件真實的產品,必須考慮它的材料成本、制作成本、銷售成本等。形成這種真實的成本意識,不僅能促使學生有效利用材料,更有利于學生對產品的進一步優化。

總而言之,面向“真實”的STEM 課堂回歸了教育的初心與技術的本質,可以提高科學課程對學生實踐能力、創新潛能、工匠精神培養的貢獻,促進學生發展邏輯、科學學科邏輯與真實世界邏輯三者統一。