STEM教育理念下田園課程的探索與實施

吳凡

摘 要：STEM教育是集科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)于一體的教育方式，強調(diào)在真實生活情境下，將各個學(xué)科的基本概念、學(xué)科之間的連接點有機融合。基于學(xué)校實踐教育場域，在STEM教育理念下探索田園課程的實施路徑，旨在讓兒童親近自然，鼓勵其與生俱來的天性和好奇心，激發(fā)其求知欲和創(chuàng)造力，在感悟、探索自然現(xiàn)象的同時，解決生活實際問題，促進各學(xué)科知識的融會貫通。

關(guān)鍵詞：STEM教育;融合;田園課程;自然

STEM教育倡導(dǎo)將原本分散的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科通過融合，形成一個新的整體，強調(diào)學(xué)生在基于真實情境的問題解決過程中提升知識遷移、工程設(shè)計、交流合作和實踐創(chuàng)新等高階思維能力。

科學(xué)源自生活，生活與自然息息相關(guān)。面對學(xué)校自然實踐園近一千平米的巨大場域，如何讓其發(fā)揮有效的教育價值，值得深思。在此，我將借本人自主研發(fā)的課例《果蔬發(fā)電站》，闡釋STEM教育運用于田園課程中的一點嘗試和思考。

一、巧設(shè)情境，激發(fā)探究

從生活中選擇課題更有利于學(xué)生對科學(xué)的探究學(xué)習(xí)，《果蔬發(fā)電站》的設(shè)計依托于蘇教版教材中科學(xué)五年級上冊《簡單電路》一課。考慮到教材內(nèi)容僅能保證學(xué)生對電學(xué)知識最基礎(chǔ)的認識，遠不能滿足學(xué)生對電學(xué)世界更加深入的探索以及將所學(xué)知識在生活中遷移運用的能力，我設(shè)置了基于“果蔬發(fā)電”的任務(wù)情境：

問題1：暑假來了，你是怎樣抵御夏日的炎熱？（引出夏天用電緊張）

問題2：電是我們生活中不可缺少的重要能源，有沒有什么綠色環(huán)保的發(fā)電方式來緩解用電的負荷？（學(xué)生提到水果電池）

問題3：（引出問題）學(xué)校實踐園中的水果和蔬菜可以發(fā)電嗎？

任務(wù)出示——用水果蔬菜制作電池

【教學(xué)效果】STEM教育通常會提出一個與生活相關(guān)的真實情境，將問題鑲嵌于情境中。五年級學(xué)生對于實踐園中的水果和蔬菜再熟悉不過，對于電路的連接在課堂上也積累了一些經(jīng)驗，但對蔬果電池制作和原理的了解大多來源于課外書籍，并沒有親身實踐。當(dāng)面對這項富有挑戰(zhàn)和趣味性的任務(wù)時，學(xué)生表現(xiàn)出了很高的探究熱情。

二、討論設(shè)計，初具雛形

STEM學(xué)習(xí)以項目為基礎(chǔ)，針對學(xué)生在作品的設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，老師給予啟發(fā)和引導(dǎo)，學(xué)生進行修改再設(shè)計，最終完善作品。工程設(shè)計是貫穿整個學(xué)習(xí)過程的主線和驅(qū)動力。

問題1：你覺得做一個最簡單的果蔬電池，需要哪些材料？（教師歸納）

問題2：用這些材料做出的果蔬電池是什么樣的？討論，并畫出設(shè)計圖。

制作：（展示，全班研討后）小組根據(jù)設(shè)計方案領(lǐng)取相應(yīng)的實驗材料，并按照設(shè)計圖制作蔬果電池。

檢測：了解耳機的檢測方法，并用它檢測是否有電流產(chǎn)生。

反思：（對比成功小組的設(shè)計）為什么失敗？討論果蔬電池的基本結(jié)構(gòu)。

達成共識：果蔬發(fā)電的關(guān)鍵——兩種不同的金屬。

改進：不成功的小組修改方案，繪制新的設(shè)計圖，再次制作、檢測直至成功;成功的小組思考如何讓果蔬電池點亮LED。

【設(shè)計意圖】學(xué)生對于“果蔬電池的構(gòu)造”并非一無所知，建立在先前所學(xué)知識和原有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)老師所提供的支架，通過思考、討論和交流分享，形成最初的設(shè)計方案。此環(huán)節(jié)中，我讓學(xué)生自由表達，即使是錯誤的設(shè)計也無需干預(yù)。在后續(xù)檢測活動中，學(xué)生會在試誤的過程中對比、反思、改進自己的設(shè)計，不斷接近真相，逐步形成關(guān)于果蔬電池結(jié)構(gòu)的共識。

三、探究原理，迭代升級

STEM教育中，工程和技術(shù)是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，改造世界、實現(xiàn)對自然界的控制和利用，解決社會發(fā)展過程中遇到的問題。而“科學(xué)”所扮演的角色，就是在認識世界的過程中解釋自然界的客觀規(guī)律。因此，科學(xué)與工程技術(shù)相輔相成，不可偏頗。因此，在任務(wù)進展過程中融合科學(xué)概念的滲透，對學(xué)習(xí)進程能夠起到承上啟下的推動作用，是很有必要的。

猜測：果蔬電池的原理。（小組討論，畫圖或文字解釋）

交流：學(xué)生充分表達，形成觀點碰撞。

揭示：結(jié)合動畫分析，理解果蔬電池發(fā)電原理（電勢差）。

任務(wù)：升級果蔬電池，能夠點亮LED燈，小組討論，并畫出設(shè)計圖。

交流：學(xué)生分組展示，介紹設(shè)計圖。

制作：小組根據(jù)設(shè)計方案領(lǐng)取相應(yīng)的實驗材料，按設(shè)計圖連接蔬果電池。

檢測：檢測LED燈是否發(fā)光（滲透LED燈的單向?qū)щ娦裕?/p>

迭代改進：觀察成功的設(shè)計，分析失敗原因，不斷完善，最終形成可行的方案并進行交流與反思。

【教學(xué)體會】任何一項專業(yè)領(lǐng)域的研究工作都是“迭代”的過程。通過升級挑戰(zhàn)任務(wù)，學(xué)生經(jīng)歷完整的探究過程，對概念的理解也更加透徹。在概念建構(gòu)過程中，交流與反思是學(xué)生語言、文字表達能力以及元認知得到提升的有效環(huán)節(jié)。給予學(xué)生足夠的開放度，鼓勵學(xué)生之間、小組之間、班級之間展開質(zhì)疑和辯論，形成思維碰撞的氛圍。

四、設(shè)計實驗，滲透融合

所有學(xué)科的問題解決都離不開“科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程”。STEM課程的集成性和融合性有利于打破各學(xué)科之間的壁壘，學(xué)生在經(jīng)歷設(shè)計、制作、測試、迭代改進的過程中并非被動地接受知識，而是主動且真切地體驗到知識如何被應(yīng)用于解決實際問題中。

問題：發(fā)現(xiàn)各組的LED燈亮度不同，引導(dǎo)學(xué)生分析原因。

思考：果蔬電池的電流大小跟什么因素有關(guān)？

討論，提出猜想：果蔬酸度;果蔬與金屬接觸面大小;電解質(zhì)的流動性;果蔬個數(shù)等。

設(shè)計實驗：根據(jù)教師提供的輔助器材（pH試紙、榨汁機、金屬片等），選擇小組感興趣的研究方向，并設(shè)計實驗方案。

交流：展示實驗方案（注意對比實驗單一變量原則）。

介紹電流表：教師出示電流表，介紹其原理、使用方法和讀數(shù)。

實驗：學(xué)生開展實驗，教師用電流表實施測量。

分享：小組匯報其研究成果，師生共同總結(jié)發(fā)現(xiàn)。

【設(shè)計意圖】基于對果蔬發(fā)電的原理有所了解，我嘗試突破學(xué)生認知的“舒適區(qū)”，走向更高階思維的培養(yǎng)。其中涉及新概念、新方法、新技能的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，我提供了相關(guān)的學(xué)習(xí)支架，并用儀器將結(jié)果量化。學(xué)科間的融合激發(fā)了學(xué)生探究的熱情，讓學(xué)生感悟到學(xué)科之間存在的緊密聯(lián)系。這種學(xué)習(xí)方式能夠有效地促進默會知識在學(xué)生頭腦中的浸潤，推動學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力，對其終身發(fā)展具有重要作用。

五、回歸田園，提升視角

田園課程的內(nèi)容源于學(xué)生真實的生活場景，又回歸到比原來更豐富、更科學(xué)的生活中。這也是對“科學(xué)從生活中來，到生活中去”的有力回應(yīng)。學(xué)生在校園中不再是單純的受教育，更是在參與活動和親身體驗中感受一種生活。田園不僅是生發(fā)問題的場域，更是研究和解決真實生活中問題的載體，這樣創(chuàng)設(shè)的課程必然是蘊含生命力、可持續(xù)發(fā)展的綠色課程。

交流：通過學(xué)習(xí)，你有什么收獲？

問題：每年夏天，學(xué)校實踐園里都有很多落果，你可以怎樣利用這些廢棄的果實，讓它們更有價值？

生1：可以用果蔬發(fā)電，開發(fā)綠色能源。

生2：可以制作更強大的果蔬電池驅(qū)動電子鐘。

生3：我還在網(wǎng)上看過用果蔬電池給手機充電。

課外延伸：嘗試用果蔬電池驅(qū)動其他設(shè)備工作。

【設(shè)計理念】“問題源于田園，研究依托田園，視角高于田園”是我對田園課程的見解。學(xué)生不僅要基于田園開展深入的實踐研究，更要讓田園成為社會的縮影，透過田園看世界。這樣的課程，相信不僅培養(yǎng)學(xué)生有農(nóng)夫的身手，更具科學(xué)家的頭腦，擁有改造社會和自然的信心和格局，這也是田園課程的核心目標(biāo)。

《果蔬發(fā)電站》課例是我開發(fā)田園課程中的嘗試，以彌補國家課程在模塊設(shè)置、課時配比方面固式化的局限性。在不斷的實踐和探索中，我希望通過田園任務(wù)的驅(qū)動，促進各學(xué)科知識的融會貫通，建立一種融合STEM教育的田園課程，在交互碰撞、共同發(fā)展中實現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí)、理解性學(xué)習(xí)，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。