項目化學習將科學和工程帶入數學課堂

孫曉忠

【摘 要】 本案例借助“解決身邊問題”這一契機，通過“為班級設計制作自動分類垃圾桶”的項目，整合數學、科學、綜合實踐活動和工程知識，力求用這種方法讓學生的學習更加輕松有效。在學習過程中，學生通過挑選材料、反復驗證，體會嚴謹的科學實驗方法;通過學習繪制設計圖紙，了解工程設計流程;通過測量垃圾桶的體積，計算材料成本，進而深化理解計算立體圖形表面積和體積的方法。

【關鍵詞】 STEM教學模式;課程整合;合作探究;數學課程深化理解

目前，STEM 課程仍屬于新的理念范疇，除了借鑒國外的一些理念課程以外，符合中國國情并能與傳統教育融合的策略以及方法并不多見，我們所做的一切也都僅僅處于探索階段。下面我就向大家介紹基于青島版數學五年級下冊《長方體、正方體表面積、體積》這一課內容設計的STEM課程案例——為班級制作自動分類垃圾桶。希望能對大家今后開展STEM教學有所啟發和幫助。

一、教學過程及設計構想

在要求數學課程與工程實踐進行緊密連接時，我們的研究團隊認為所謂STEM課程一定要有設計，設計就是工程，也一定要制作作品，制作就是技術，而工程和技術也正體現了數學學科提倡的“做中學”。首先，研究的問題要來源于學生的生活實際。根據學生的觀察與上報，我們匯總出“學校為各班準備兩個垃圾桶進行垃圾分類，但分類效果并不明顯”這一難題。問題一推出，學生馬上想到了可以設計一款可以自動分類的垃圾桶。活動主題應運而生，接下來的難題就是整個課程該如何開展，這也正是本案例所要表達的重點。通過實踐探究，我們做出如下結論：STEM課程教學需要五個教學環節，即“引入、探究、解釋、制作、評價”。我們利用兩周的時間，包含兩次室內教學（第一課時：引入、探究;第二課時：解釋、制作、評估）來完成整個課程，基于此，我對這次的STEM課程做了以下兩個教學環節的設計：

環節一：聯系實際問題——確立活動目標

STEM課程的起始環節是“問題引入”。這個階段通過學生參與活動、確定活動任務，從而激起學生的學習興趣。這一階段活動的目標有兩個：

首先，找出實際問題。學生不是一張白紙，他們在生活中早已學會了觀察，擁有發現問題的經驗。如學生發現班級每天產生很多垃圾，其中大部分是可以回收的，有些像廢紙類可以拿到廢品店換錢。前期學校也為各班準備了兩個垃圾桶，但分類效果并不明顯。教師利用這個階段的活動匯總學生發現的問題，以便在教學中設計活動引導學生解決問題。

其次，做好診斷性評估，即檢查學生已有的相關知識、經驗，幫助學生將以往的學習經驗與接下來將要做的活動聯系起來。稍作調查，我們發現大多數小學生其實對于立體圖形的表面積在生活中的應用知之甚少，學習立體圖形的表面積、體積知識和解決問題，還是停留在課本上。

環節二：讓合作探究真實發生——設計、改進產品方案

合作探究是STEM課程模式的主體，知識的獲得、技能技巧的掌握都在本階段完成。在本階段，教師應該給學生提供直接參與實踐探究的條件和機會，通過整合一些有趣的科學知識、數學知識和有一定難度的技術操作，讓學生提高解決實際問題的能力。在探究活動中，學生通過觀察、測量立體圖形的長、寬、高以及計算立體圖形的表面積和體積，進一步理解了表面積和體積的區別，并提出與探索有關的有意義的問題。本階段的探究活動以學生為中心，教師作為指導者、引導者發揮作用，用具體的物質和可觀察的事件為學生提供共同的經驗，并從探索活動中提取出正式的概念性觀點，與學生一起討論這些觀點。

二、實施后的評價

本節課我采用了STEM課程的教學模式，在活動中，我們達成了以下目標：

S（科學）：每個團隊制作展示了“新型垃圾桶”，通過反復實驗，收集數據，驗證效果，能做到讓垃圾桶只有一個投放口，便可以實現垃圾分類，且對扔垃圾同學的素質要求不高，不需要提前分類。培養了學生的創新能力和嚴謹的科學實驗態度。

T（技術）：通過學生動手操作，利用發放的瓦楞紙、膠帶、木棍等有限材料，通過技術手段制作垃圾桶，并修改完善，加強垃圾桶的穩定性和牢固性。

E（工程）：學生通過完成活動表，繪制設計圖紙，了解工業設計流程，培養解決問題的能力。

M（數學）：通過觀察、繪制、制作長方體、正方體垃圾桶，培養學生的空間立體想象能力，運用數學知識計算立體圖形的表面積、體積，深化理解數學概念。

三、案例設計實施的創新點與效果

此次設計新型垃圾桶的活動中，我原本的初衷是設計智能垃圾桶，能夠實現自動開關蓋。然而因為這是學生第一次接觸到STEM課程，上來就要進行信息化、自動化的編程，時間緊、任務重，我和學生都遇到了困難。但就在活動過程中，一個學生的設計啟發了我，她在設計中重點關注的是垃圾分類問題，設計了分層過濾裝置。我立即掉轉重心，在后面的活動中，將活動修改為設計新型可分類的垃圾桶。

設計新型垃圾桶僅僅是為了引起學生的興趣，是智能的還是可分類的并不是STEM課程所希望引導學生去關注的，而如何利用技術和工程方面的知識去設計、制作一個這樣的垃圾桶，通過“不斷測試—思考—改進”的過程，最終有所收獲，這才是STEM課程所倡導的學習。

總體而言，這次“利用設計分類垃圾桶的活動，探究STEM課程”的嘗試，取得了巨大收獲。工程設計是教授“應用數學”的一種非常有效的工具。學生在實踐活動中，若單獨完成任務，往往會受挫，因此在工程挑戰活動中需要團隊協作，才能獲得成功，這樣就能幫助更多的學生對科學、數學、工程產生興趣。小學生對于工程設計和科學問題會有天然的興趣，就讓我們試著把工程設計和科學問題帶入數學課堂，把課堂變得豐富起來吧！