基于STEM教育理念的科學(xué)課教學(xué)設(shè)計(jì)

李夢(mèng)婷

STEM教育起源于美國(guó)，它是集科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）于一體的跨學(xué)科教育。與傳統(tǒng)課堂相比，STEM教育更多地強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的融合，重在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

近年來(lái)，我國(guó)興起了STEM教育的熱潮，得到了越來(lái)越多人的關(guān)注和支持。2017年，教育部頒布了《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，明確指出：STEM教育是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，旨在通過(guò)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門(mén)學(xué)科的有機(jī)融合來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。由此可見(jiàn)，我國(guó)基礎(chǔ)教育對(duì)STEM教育的關(guān)注和重視。

通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)STEM教育理念的理論研究比較多，而對(duì)STEM教育的實(shí)踐研究還不是很豐富。因此，本文立足于STEM教育理念，嘗試對(duì)融入STEM理念的科學(xué)課——“做一架紙飛機(jī)”進(jìn)行探索，以期為一線科學(xué)老師提供更多的思考。

一、學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

投擲紙飛機(jī)是一種兒童經(jīng)常玩的游戲，它貼近學(xué)生的生活、學(xué)生比較熟悉。本節(jié)課是基于STEM教育理念的教學(xué)設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）一張簡(jiǎn)單的紙，通過(guò)折疊，就能夠在空中飛起來(lái)，而且有的還可以飛很遠(yuǎn)。這是為什么呢？其中一定蘊(yùn)含了科學(xué)原理。（Science）

（二）在本節(jié)課中，學(xué)生會(huì)面臨這些問(wèn)題：什么樣的紙飛機(jī)飛得遠(yuǎn)？如何設(shè)計(jì)與制作紙飛機(jī)？需要用到什么工具？每名同學(xué)都扮演了工程師的角色，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，每個(gè)步驟都是技術(shù)的體現(xiàn)。（Technology）

（三）在活動(dòng)中，學(xué)生要能夠根據(jù)要求設(shè)計(jì)、制作、測(cè)試和評(píng)價(jià)自己的紙飛機(jī)，這體現(xiàn)了工程的元素。（Engineering）

（四）折疊的紙飛機(jī)，每一部分都是一個(gè)幾何圖形，且都是對(duì)稱的，其中蘊(yùn)含著數(shù)學(xué)知識(shí);此外，在測(cè)量和統(tǒng)計(jì)紙飛機(jī)飛行的距離、分析數(shù)據(jù)的過(guò)程中也蘊(yùn)含了數(shù)學(xué)知識(shí)。（Mathematics）

本節(jié)課的教學(xué)注重學(xué)生在面對(duì)真實(shí)問(wèn)題時(shí)的思維方式的培養(yǎng)、解決方案的探索以及對(duì)研究過(guò)程的反思，進(jìn)而提出新的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行再一次的研究探索。

二、學(xué)習(xí)者分析

大部分學(xué)生在課間活動(dòng)中都玩過(guò)紙飛機(jī)，學(xué)生會(huì)對(duì)這一活動(dòng)主題產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣。尤其是小學(xué)高段的學(xué)生具有一定的分析及邏輯思維能力，注意力更加容易集中，學(xué)生在嘗試、猜測(cè)、記錄、驗(yàn)證中，通過(guò) “做中玩、玩中思、思中得”享受探究的樂(lè)趣。

三、設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課的設(shè)計(jì)思路如下：在課前分發(fā)“紙飛機(jī)工程協(xié)議書(shū)”與相關(guān)材料，讓學(xué)生在課下完成紙飛機(jī)的第一次制作。課上先詢問(wèn)學(xué)生的紙飛機(jī)飛行距離是否超過(guò)7米（7米是“紙飛機(jī)工程協(xié)議”中的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)）？大部分同學(xué)都說(shuō)沒(méi)有超過(guò)7米，為什么會(huì)這樣呢？帶著這樣的困惑，學(xué)生進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。首先是“探索紙飛機(jī)”，分析影響紙飛機(jī)飛行距離的因素，學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、測(cè)量紙飛機(jī)的飛行距離（課前完成）、分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。接著讓學(xué)生通過(guò)剛剛總結(jié)出的知識(shí)完成紙飛機(jī)的設(shè)計(jì)與制作;然后是讓學(xué)生以小組為單位測(cè)量自己紙飛機(jī)的飛行距離;隨后，讓學(xué)生完成紙飛機(jī)的評(píng)估，填寫(xiě)報(bào)告單;最后，播放《厲害了，我的國(guó)》中飛機(jī)的影像，讓學(xué)生了解到科學(xué)技術(shù)已成為社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力量。

四、教學(xué)目標(biāo)

（一）科學(xué)知識(shí)目標(biāo)

學(xué)生能認(rèn)識(shí)到不同形狀的紙飛機(jī)對(duì)飛行距離的影響。

（二）科學(xué)探究目標(biāo)

1.制作一架能夠在無(wú)起飛加速的情況下飛行距離超過(guò)7米的紙飛機(jī)。

2.探究紙飛機(jī)機(jī)頭的尖平、機(jī)翼的寬窄對(duì)飛行距離的影響。

3.培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、邏輯推理以及解決問(wèn)題的能力。

（三）科學(xué)態(tài)度目標(biāo)

1.激發(fā)學(xué)生探索知識(shí)的興趣，對(duì)自然現(xiàn)象保持好奇心和探究熱情，樂(lè)于參加觀察、實(shí)驗(yàn)、制作等科學(xué)活動(dòng)。

2.培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真細(xì)致的科學(xué)態(tài)度以及合作精神。

（四）科學(xué)技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)

了解科學(xué)技術(shù)已成為社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力量。

五、教學(xué)重難點(diǎn)

（一）教學(xué)重點(diǎn)

制作一架能夠在無(wú)起飛加速的情況下飛行距離超過(guò)7米的紙飛機(jī)。

（二）教學(xué)難點(diǎn)

探究紙飛機(jī)機(jī)頭的尖平、機(jī)翼的寬窄對(duì)飛行距離的影響。

六、教學(xué)準(zhǔn)備

紙飛機(jī)工程協(xié)議書(shū)、評(píng)估表、報(bào)告單、折紙、固體膠、教學(xué)視頻等。

七、教學(xué)過(guò)程

（一）情境導(dǎo)入

1.設(shè)置情境

師：近期，阿爾法航模公司在我校征選紙飛機(jī)模型。前天，老師已將紙飛機(jī)工程協(xié)議書(shū)和相關(guān)材料發(fā)給各位同學(xué)，相信同學(xué)們已經(jīng)在課前做好了充足的準(zhǔn)備。

生：對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)充滿了信心。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)情境導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的好奇心，并將學(xué)生迅速帶入課堂。

2.引出問(wèn)題

師：同學(xué)們，你們的紙飛機(jī)飛行距離超過(guò)7米了嗎？

生：有的同學(xué)說(shuō)超過(guò)了，有的同學(xué)沒(méi)有出聲。

師：有的同學(xué)說(shuō)超過(guò)了，有的同學(xué)說(shuō)沒(méi)有，可能離成功還有一點(diǎn)距離。沒(méi)關(guān)系，今天我們來(lái)改進(jìn)方案，進(jìn)一步探究。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)簡(jiǎn)單的對(duì)話，了解學(xué)生的課前準(zhǔn)備情況。

（二）探索紙飛機(jī)

1.分析影響因素

師：你們覺(jué)得哪些因素會(huì)影響紙飛機(jī)的飛行距離呢？

生：紙張類型、紙飛機(jī)的大小、機(jī)頭的形狀、機(jī)翼的類型、空氣（阻力）。

師：PPT展示一些因素，今天我們選擇其中的兩個(gè)因素——“機(jī)頭類型（尖/平）”和“機(jī)翼類型（寬/窄）”進(jìn)行探究。

設(shè)計(jì)意圖：聚焦問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的思考。

2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

師：我們先來(lái)看第一個(gè)實(shí)驗(yàn)——研究機(jī)頭的尖平對(duì)紙飛機(jī)飛行距離的影響，可以提供的材料有：紙、固體膠、尺子。你會(huì)怎么設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？?qǐng)同學(xué)們以小組為單位，討論出設(shè)計(jì)方案。給大家2分鐘的時(shí)間。

生：開(kāi)始討論。

師：好，時(shí)間到。誰(shuí)來(lái)分享一下你們組探討出來(lái)的研究方案？

生：制作兩架紙飛機(jī)，一個(gè)是尖頭，一個(gè)是平頭，其他條件都相同，分別測(cè)量它們的飛行距離。

師：PPT展示實(shí)驗(yàn)方案，強(qiáng)調(diào)控制變量的原則。

師：接下來(lái)，我們來(lái)看第二個(gè)實(shí)驗(yàn)——機(jī)翼的寬窄對(duì)紙飛機(jī)飛行距離的影響，可以提供的材料有紙、固體膠、尺子。你會(huì)怎么設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

生：制作兩架紙飛機(jī)，一個(gè)是寬翼，一個(gè)是窄翼，其他條件都相同。用同樣大小的力和角度去試飛紙飛機(jī)，并記錄數(shù)據(jù)。重復(fù)多次試驗(yàn)。

師：給予學(xué)生肯定的評(píng)價(jià)。展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)我們已經(jīng)設(shè)計(jì)好了，接下來(lái)，我們?cè)撛趺醋觯?/p>

生：測(cè)量不同紙飛機(jī)的飛行距離。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)他們的邏輯思維能力。

3.測(cè)試紙飛機(jī)

師：科學(xué)興趣小組在課前幫我們做了測(cè)試（由于時(shí)間和場(chǎng)地的限制，在課前做了測(cè)試），你們想不想知道他們的測(cè)試結(jié)果？

生：想。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)測(cè)量紙飛機(jī)激發(fā)學(xué)生探索的熱情，體會(huì)探究的樂(lè)趣。

4.分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論

師：接下來(lái)，讓我們一起來(lái)看看他們的測(cè)量結(jié)果。這是第一個(gè)實(shí)驗(yàn)——尖頭飛機(jī)和平頭飛機(jī)的飛行距離記錄。分析這兩組數(shù)據(jù)，你們發(fā)現(xiàn)了什么？請(qǐng)同學(xué)們獨(dú)立思考1分鐘，然后小組討論1分鐘。

生：以小組為單位討論。

師：請(qǐng)小組代表發(fā)言。

生：尖頭飛機(jī)比平頭飛機(jī)飛得遠(yuǎn)。

師：給予學(xué)生評(píng)價(jià)。這是第二個(gè)實(shí)驗(yàn)——窄翼飛機(jī)和寬翼飛機(jī)的飛行距離記錄。分析這兩組數(shù)據(jù)，你們發(fā)現(xiàn)了什么？請(qǐng)同學(xué)們獨(dú)立思考1分鐘，然后討論1分鐘。

生：以小組為單位討論。

師：請(qǐng)小組代表發(fā)言。

生：窄翼飛機(jī)比寬翼飛機(jī)飛得遠(yuǎn)。

師：給予學(xué)生評(píng)價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

（三）紙飛機(jī)的再制作

師：分發(fā)材料包。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)剛剛所總結(jié)的知識(shí)再次制作一架紙飛機(jī)。溫馨提示同學(xué)們制作完成后不可以隨意飛紙飛機(jī)。

生：制作紙飛機(jī)。

設(shè)計(jì)意圖：提高學(xué)生動(dòng)手操作的技能，加強(qiáng)其活學(xué)活用的意識(shí)。

（四）紙飛機(jī)性能測(cè)試

師：新的紙飛機(jī)我們已經(jīng)制作好了，接下來(lái)我們?cè)撛趺醋觯?/p>

生：測(cè)試紙飛機(jī)的飛行距離。

師：很好，PPT展示測(cè)量的方法。請(qǐng)每組的1號(hào)、2號(hào)同學(xué)試飛紙飛機(jī)。（由于時(shí)間關(guān)系，沒(méi)有讓每組的5個(gè)同學(xué)都試飛）

生：有序地進(jìn)行紙飛機(jī)的試飛并記錄紙飛機(jī)的飛行距離。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)紙飛機(jī)的試飛，讓學(xué)生了解其性能。

（五）評(píng)估

師：請(qǐng)測(cè)試完的同學(xué)對(duì)照紙飛機(jī)評(píng)估表對(duì)自己的紙飛機(jī)進(jìn)行評(píng)分。

生：對(duì)自己的紙飛機(jī)進(jìn)行評(píng)估。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)評(píng)估自己的紙飛機(jī)，了解其性能。

（六）小結(jié)

師：請(qǐng)同學(xué)們完成產(chǎn)品報(bào)告單。給大家3分鐘的時(shí)間。

生：填寫(xiě)產(chǎn)品報(bào)告單。

師：播放《厲害了，我的國(guó)》中飛機(jī)的影像資料。

生：學(xué)生仔細(xì)觀看。

師：同學(xué)們，我國(guó)的飛機(jī)產(chǎn)業(yè)正在迅猛發(fā)展，自主研發(fā)的客機(jī)——C919已成功升空。今天我們是小小課堂里紙飛機(jī)的設(shè)計(jì)者，明天我們也許就是蔚藍(lán)天空中飛行器的工程師！

設(shè)計(jì)意圖：總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探索科學(xué)的熱情。

八、板書(shū)設(shè)計(jì)

做一架紙飛機(jī)

制作——探索——再制作——測(cè)試——評(píng)估——完成報(bào)告單

九、教學(xué)反思

本案例是基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)。整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)立足STEM教育理念，以紙飛機(jī)為主線，讓學(xué)生經(jīng)歷了制作、探索、再制作、測(cè)試、評(píng)估、完成報(bào)告單等完整的過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，動(dòng)手操作能力，分析數(shù)據(jù)的能力，邏輯推理的能力，促進(jìn)了學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

大部分學(xué)生在課間活動(dòng)中都玩過(guò)紙飛機(jī)，學(xué)生會(huì)對(duì)這一活動(dòng)主題產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣。但是學(xué)生對(duì)什么樣的紙飛機(jī)飛行距離遠(yuǎn)沒(méi)有思考過(guò)。另外，小學(xué)高段的學(xué)生具有一定的分析與邏輯思維能力，注意力更加容易集中，他們?cè)趪L試、猜測(cè)、記錄、驗(yàn)證中，通過(guò)“做中玩、玩中思、思中得”享受到了探究的樂(lè)趣。

本節(jié)課我設(shè)計(jì)了幾個(gè)版本，在不同的年級(jí)試教過(guò)，遇到過(guò)一些問(wèn)題，如給每個(gè)小組分發(fā)幾張紙？如果發(fā)1張，只有1個(gè)同學(xué)能折紙飛機(jī)，其他同學(xué)的參與度不夠。試飛過(guò)程中，同學(xué)們讀數(shù)比較慢，效率比較低。幾個(gè)小組試飛紙飛機(jī)？如果安排的小組太少，其他同學(xué)的參與度也會(huì)下降，如果班上50多個(gè)同學(xué)每人試飛一次，需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

針對(duì)試教過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，同事們給我提出了許多寶貴的建議。根據(jù)同事們的建議和自己的一些思考，我對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一系列的調(diào)整，才得到現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)計(jì)。

對(duì)本課的教學(xué)細(xì)細(xì)回味，我覺(jué)得有以下幾點(diǎn)是可取的：本節(jié)課緊貼STEM教育理念，重難點(diǎn)突出;教學(xué)環(huán)節(jié)清晰流暢;注重學(xué)生愛(ài)國(guó)情感教育;注重對(duì)學(xué)生動(dòng)手操作能力的培養(yǎng);注重對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)。

當(dāng)然，本節(jié)課還存在一些不足，如：課上應(yīng)該讓學(xué)生親自測(cè)量尖頭、平頭、寬翼、窄翼飛機(jī)的飛行距離，但是由于場(chǎng)地和時(shí)間的限制，測(cè)量放在了課前。最后的環(huán)節(jié)中，由于時(shí)間的關(guān)系，每組只測(cè)試了2架紙飛機(jī)。

【作者單位：武漢市光谷第一小學(xué)? 湖北】