小學STEM教育實踐例談

葉榮根

導 讀：

STEM是科學、技術、工程和數學的英文單詞首字母的縮寫，它源于美國對國家人才戰略的思考，近年來風靡全球。STEM課程的樣態、STEM課程的特點、STEM項目的標準，是STEM教育活動的三個重點。把握好這三個重點，可以有效促進STEM教育活動的順利開展，進而在活動中培養學生的動手能力和溝通評價能力，提升學生的創新思維。

2017年教育部發布了《教育部關于印發〈義務教育小學科學課程標準〉的通知》，明確了中國版STEM概念：科學（science）、技術（technology）、工程（engineering）與數學（mathematics）。《通知》中指出，STEM是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，它將科學、技術、工程、數學有機地融為一體，有利于學生創新能力的培養。可見，教育部將STEM概念進行了本土化闡釋，不同于國外強調理工科，國內的STEM更加強調跨學科、項目化學習，目的直指培養創新能力、實踐能力、解決實際問題的能力。

一、STEM課程的樣態

案例一：設計并制作一個時鐘

1.發現問題

雖然時鐘是非常普遍的計時工具，但個性定制的時鐘會受到更多人的青睞。學生在討論時發現有幾個問題：

（1）既然市場上產品已經比較成熟，那什么樣的時鐘才會有賣點？

（2）時鐘設計和制作的關鍵要素還是在外觀。

2.解決問題

通過查閱資料和上網搜尋各種圖片，學生發現：

（1）大部分時鐘設計上雖然造型多種多樣，但表面以平面彩繪和印刷為主，如果進行整體立體設計可能更有賣點。

（2）時鐘創意重在外形的變化，極少考慮購買者的意愿要求。

（3）時鐘裝飾時可以考慮加入地方文化特色。

3.繪制設計圖

設計圖要彩色的，可以利用多媒體進行設計。

4.繪制工程圖

根據每個部件的大小、形狀等繪制出工程圖。

5.選材制作

教師提供木板、紙板、亞克力板和鋁板等材料讓學生自主選擇，同時提供美工刀、三角尺等工具供學生使用。

這是一個比較典型的STEM項目設計案例。學生在設計制作過程中會運用到各種技術，像多媒體、無線傳輸打印等，體現了STEM課程中的T（技術）的要求，同時課程的制作過程又與E（工程）有著較強關聯。不僅如此，學生在活動中對科學知識的探尋，對圖紙的繪制和測量又體現了S和M的素養要求。

上面案例是學校實施STEM課程中的一種樣態。STEM在學校一般以三種方式存在：

（1）分科的STEM教育樣態

學校的STEM課程由科學課程、設計與技術課程、數學課程、3D打印課程、編程課程等組成，形成STEM課程群。所有這些課程都是在滿足國家課程標準的前提下進行校本化實施。

（2）綜合的STEM教育樣態

以STEM為課程名稱，以獨立的樣態、社團活動的形式出現在學校課程群中，如創客教育、機器人社團等。

（3）拓展和延伸的STEM教育樣態

除了學校正規教育環境里的STEM教育以外，學生還可以參加社會教育機構的一些STEM教育活動或者拓展訓練營（如野外求生）等活動，也可以學生自主發現問題，以STEM方式加以研究和解決。

二、STEM課程的特點

案例二：水果電池

第一部分? 調查與研究

活動1：干電池是如何工作的？

要求：通過閱讀和探索，了解干電池的結構和工作原理;通過實驗點亮LED燈，并畫出簡單電路圖;通過萬用表測量，研究LED燈亮與哪些因素有關。

活動2：土豆能供電嗎？

要求：用萬用表測量并記錄土豆的電壓;試著用土豆電池點亮LED燈，將過程記錄下來。

活動3：探索水果電池的電壓。

要求：測量不同水果的電壓，研究影響水果電池電壓的因素。

活動4：如何讓綠色電池性能更佳？

要求：制作不同的電路，研究最佳的電源方案。探索含有果酸的其他液體飲料是否能做成電源。

第二部分? 設計與制作

按下列要求設計制作綠色電池：

1.至少能夠帶動一個家用電器進行工作;

2.供電時間越長越好;

3.電池材料安全、無毒、無害，且造價成本合理;

4.產品設計新穎，便于攜帶。

第三部分? 展示與評價

要求：以“綠色電池展示會”的形式展示、推介自己的作品，并進行自我評價和互評。

第四部分? 拓展與應用

了解同一領域國內外的做法和經驗，了解多種多樣的發電物質。假如你是能源工程師，你如何轉化和利用能源？

這個STEM主題活動分為五個部分：問題聚焦、調查研究、設計制作、展示評價、拓展應用。在此過程中，學生對科學、技術、工程、數學方面知識都有所運用，學生“像科學家、工程師般質疑和探究”，學生的學習過程就像科學家對自然的探究、工程師對實際問題的解決過程。從建立系統模型到問題解決，其中包括觀察、建立系統模型、設計和執行研究計劃、分析數據、運用數學邏輯和量化思維、形成答案和工程設計方案、進行基于實際的批判性論證、獲得問題解決方案并對其進行評估和表述。這充分體現了STEM課程的特點：

（1）項目驅動。STEM課程多以項目作支撐，以開放性的真實問題作為導向，讓學生圍繞項目解決問題、完成任務。STEM項目驅動下的學習，旨在豐富學生對事物的認識，注重將學術性知識轉化為生活經驗知識。

（2）合作探究。一個完整的STEM項目學習，一般由4—6人的學習小組共同完成。學習小組成為學生完成STEM任務最重要的形式。在每個STEM項目中，學習小組的各個成員相互交流，分享信息和經驗，從而解決問題。

（3）知識整合。STEM課程作為跨學科課程，科學、技術、工程、數學知識以整合的形式出現。教師需要圍繞某個涉及不同領域的大概念，將不同學科知識按照一定的課程邏輯進行整合，從而將分散的學科知識進行結構化組合。

（4）實踐應用。STEM課程的教學過程強調實踐性，注重課程內容與社會實踐的緊密聯系，旨在讓學生在實踐中學習，從而獲取知識和技能，并應用于真實情境的問題解決。在整個STEM實踐應用過程中，能讓學生體驗到知識應用于生活的真實感受。

（5）跨界聚合。STEM課程實施需要豐富的資源環境，通過各種學習環境中持續的信息傳達、指導與資源供給，支持學生進行STEM學習。這就要求學校打通與社會間的通道，找到相互之間的STEM內容關聯點，跨界聚合資源和環境。

三、STEM項目的標準

案例三：制作小船

1.主題介紹

“制作小船”主要包括以下兩個模塊的內容：

模塊1：驅動問題——思考如何影響小船的浮力。學生制作不同材料的模型船并進行測試，確定哪些物體沉;測試物體，發現如何影響浮力。

模塊2：核心概念——項目涉及的各門課程的知識：浮、沉、浮力（科學）;平穩（技術）;船的建造（工程）;對比、排序、輕、重等（數學）。

2.活動過程

活動過程分為五個部分：發現問題，明確需要解決的問題;設計，畫出想要制作的船的示意圖;選擇材料，思考制作需要的材料，并在圖中標出，說明某種材料未使用的原因;制作和測試，制作出你設計的船，并在水中進行測試;記錄和分享，比較自己和同伴的船，思考如何使你的船變得更好。

3.活動評價

“制作小船”STEM 項目有三種評價方式：傳統評價，檢測學生對船的形狀、設計等內容的理解;績效評估，學生需要設計出較穩定的船;標準化測驗，主要是檢測學生對浮、沉、浮力、排序等內容的深層次理解和應用。

這個項目由三部分組成，即主題介紹、教學過程和活動評價，體現了高質量的STEM課程項目的特點：

1.項目建立在學生興趣之上

STEM課程價值巨大，但是要基于學生的興趣。只有適合學生年齡特點、學生感興趣的才是好的項目，制作小船的項目就為學生所喜愛，其他如陀螺機器人等也是學生愛學愛玩的項目。

2.項目建立在真實情境之中

STEM項目學習要以真實的生活為背景，基于現實的需要。船是重要的交通工具，其他如自動感應欄桿、走廊聲控燈等，也能讓學生感受到學習的現實意義。

3.項目涉及多門學科知識

跨學科性是STEM課程的生命和價值所在，項目學習的內容要來源于生活中各種復雜的、非預測性的、多學科知識交叉的問題，這樣才能充分彰顯課程的價值。本項目中，小船的設計、制作，浮力的測定等活動就需要科學、工程、設計和數學等學科知識的參與。

4.項目要恰當地運用新技術

新技術已經逐漸應用到教育的各個領域，STEM課程尤其要重視新技術的運用，如智能機器人、3D打印、多媒體、腦科學技術等。

美國“項目引路”機構是這樣描述STEM課程的：STEM課程旨在使學生參與以活動、項目和問題解決為基礎的學習，它提供了一種動手做的課堂體驗。學生在應用所學到的數學和科學知識來應對世界重大挑戰時，他們創造、設計、建構、發現、合作并解決問題。

未來教育不是要學得更多，而是要學得更多樣;不是要學得更快，而是要學得更快樂。而這些都是STEM教育帶給我們的，也是STEM教育風靡全球的原因。

（作者單位：江蘇省泰州市姜堰區東橋小學教育集團）

責任編輯 胡波波

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