STEM理念下項目式學(xué)習(xí)的實踐探索
——以“點亮紅綠燈”為例

顧 潔

（蘇州工業(yè)園區(qū)星洲小學(xué)，江蘇蘇州 215000）

STEM 即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的統(tǒng)稱，已經(jīng)成為當(dāng)下教育界熱門的教育模式。STEM 教育主張學(xué)科間的交叉融合，鼓勵學(xué)生開展合作學(xué)習(xí)，旨在激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生的動手實踐能力。項目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PBL）是學(xué)生通過一段時間的工作來調(diào)查、探究和解決真實和復(fù)雜的問題，從而掌握相應(yīng)的知識和技能。相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，項目式學(xué)習(xí)更能使學(xué)生的思維能力和解決實際問題的能力得到發(fā)展，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

一、制定教學(xué)目標(biāo)與課時

本次項目式活動是圍繞小學(xué)科學(xué)四年級“電”單元教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行的，指向物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域。它主要是讓學(xué)生認(rèn)識電是生活和工作中常用的能量來源、了解安全用電常識、知道常用電器的工作需要一個完整的回路、知道開關(guān)的功能、能用一些基本組件連接一個簡單電路、知道有的材料容易導(dǎo)電，有的材料不容易導(dǎo)電。以下是學(xué)生需要掌握的四門教學(xué)分科目標(biāo)，見表1。

表1 “點亮紅綠燈”項目各學(xué)科目標(biāo)

本次項目式活動主要針對小學(xué)四年級的學(xué)生，通過三個活動分別學(xué)習(xí)“點亮小燈泡”“導(dǎo)體和絕緣體”“做個小開關(guān)”，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行紅綠燈的設(shè)計制作與測試優(yōu)化，共用5 個課時（如表2）。

表2 “點亮紅綠燈”項目教學(xué)時間安排

二、實施教學(xué)過程

紅綠燈設(shè)置在交叉路口或一些特殊地點，指示車輛及行人停止、注意與行進(jìn)的交通管制設(shè)施。如果沒有紅綠燈，交通擁堵情況將無法想象，人們的乘車安全也無法得到保障。那么，紅綠燈是如何做到光色信號更換的呢？為了解決這一問題，我們開展“點亮紅綠燈”的項目式活動。

（一）活動一：點亮小燈泡

教師組織學(xué)生觀察小燈泡的構(gòu)造，引導(dǎo)學(xué)生嘗試自己點亮小燈泡，觀察電流是如何流動的，做好記錄。點亮小燈泡的方法不止一種，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生嘗試其他連接方式。通過各小組的展示、匯報，學(xué)生小組總結(jié)小燈泡點亮的原因：“只有電流流過燈絲時小燈泡才會發(fā)光。”教師再總結(jié)：“電流從電池的正極流出，經(jīng)過導(dǎo)線到達(dá)小燈泡的一個連接點，電流從連接點進(jìn)入，經(jīng)過燈絲再從另一個連接點流出，經(jīng)過導(dǎo)線回到電池的負(fù)極，形成了一個回路，才能使小燈泡發(fā)光”。

學(xué)生還需學(xué)習(xí)用簡單符號畫電路圖的方法（如圖1），學(xué)生借助簡單電路圖準(zhǔn)確表示電路實物圖中的各部分及電路的連接，也為之后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生對電的探究興趣。

（二）活動二：導(dǎo)體和絕緣體

學(xué)生將在了解簡單電路的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)如何連接電路檢測器，并用電路檢測器正確進(jìn)行各種物質(zhì)導(dǎo)電性的檢測，認(rèn)識到有的物質(zhì)易導(dǎo)電，這樣的物質(zhì)叫作導(dǎo)體，有的物質(zhì)不易導(dǎo)電，這樣的物質(zhì)叫作絕緣體。加深學(xué)生對身邊物質(zhì)屬性的認(rèn)識，同時加深對電的認(rèn)知。

活動先導(dǎo)入“點亮小燈泡PK賽”，既對活動一的內(nèi)容進(jìn)行了回顧，又激發(fā)了學(xué)生的探究興趣。這時教師用三根導(dǎo)線連接電路（如圖2）提問：“如果把導(dǎo)線1 和導(dǎo)線2 斷開后小燈泡還亮嗎？你有沒有什么辦法，在斷開的地方放個材料讓電流繼續(xù)通過，使小燈泡亮起來？”學(xué)生通過實驗發(fā)現(xiàn)，鐵片、銅絲接入電路都能使小燈泡亮起來。這種能夠檢測是否有電流通過物體的裝置叫作電路檢測器。

小組根據(jù)要求制訂研究計劃，通過檢測12種常見物體是否導(dǎo)電，讓學(xué)生有足夠的經(jīng)驗認(rèn)識生活中的導(dǎo)體和絕緣體。教師并沒有提供全部的12種物體，而是留一些空白給學(xué)生，期望學(xué)生能留心身邊的物體，將科學(xué)回歸于生活。學(xué)生通過動手操作來實施檢測步驟，并用表格記錄實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行整理分析，總結(jié)導(dǎo)體和絕緣體的特點。

最后以“玩一玩人體導(dǎo)電球”為拓展活動，全班同學(xué)手拉手，一起點亮導(dǎo)電球。“導(dǎo)電球亮了，說明我們?nèi)梭w是導(dǎo)體嗎？”教師可針對這一問題進(jìn)一步展開安全用電教育。

（三）活動三：做個小開關(guān)

教師創(chuàng)設(shè)情境：“這個電路中的小燈泡一直在亮著，很浪費電，你有什么方法可以控制小燈泡的亮和滅嗎？”從而引出活動的主角——小開關(guān)，學(xué)生仔細(xì)觀察小開關(guān)，并記錄下來。在認(rèn)識小開關(guān)的主要構(gòu)造后，學(xué)生嘗試將小開關(guān)連接到電路里，探究它是怎樣控制電路的連接與斷開的。

“如何利用身邊的材料設(shè)計并制作一個簡單的小開關(guān)呢？”教師提供材料：帶有鱷魚夾的導(dǎo)線、木塊、金屬環(huán)（如圖3）。學(xué)生以小組合作的形式討論、設(shè)計、制作一個小開關(guān)，并能用它來控制電路，然后在全班展示交流。教師進(jìn)一步追問：“為什么開關(guān)閉合的時候小燈泡會亮，斷開的時候小燈泡不亮？為什么開關(guān)閉合的時候小燈泡會亮，斷開的時候小燈泡不亮？”以此鞏固學(xué)生對回路的理解。

（四）活動四：設(shè)計制作紅綠燈

教師通過設(shè)置連續(xù)提問，啟發(fā)學(xué)生思考：“這個開關(guān)有什么樣的特點？要求開關(guān)連接到紅燈時，紅燈亮綠燈不亮，連接到綠燈時，綠燈亮紅燈不亮，這樣的開關(guān)應(yīng)該怎樣設(shè)計呢？我們設(shè)計的控制一盞燈的開關(guān)上有兩個金屬環(huán)，現(xiàn)在加了一盞燈，兩個金屬環(huán)還夠不夠了？我們應(yīng)該在原來的小開關(guān)上如何改進(jìn)呢？”學(xué)生通過小組討論，逐步形成開關(guān)的設(shè)計思路，教師引導(dǎo)學(xué)生將設(shè)計的紅綠燈電路圖記錄下來（如圖4、圖5）。

學(xué)生動手制作紅綠燈時，可按照設(shè)計好的電路圖，根據(jù)提供的材料進(jìn)行連接（如圖6）。學(xué)生通過實踐發(fā)現(xiàn)，紅燈和綠燈都分別有兩根導(dǎo)線，一紅一藍(lán)，兩根紅色的導(dǎo)線可以連接在開關(guān)的兩個金屬環(huán)上，另外一個金屬環(huán)用導(dǎo)線連接到電池的正極。為了連接方便，我們可以用一根特殊導(dǎo)線，一頭是鱷魚夾直接夾住紅燈和綠燈的兩根藍(lán)色導(dǎo)線，一頭連接到電池的負(fù)極，這樣紅綠燈的電路就連接完成了（如圖7）。

（五）活動五：測試優(yōu)化紅綠燈

各小組對制作的紅綠燈電路進(jìn)行測試，檢測是否符合要求，并介紹是如何控制紅綠燈的，若未達(dá)到預(yù)設(shè)要求，應(yīng)繼續(xù)對電路圖進(jìn)行改進(jìn)。

生活中我們看到的紅綠燈不僅有紅燈和綠燈，還有黃燈，那么，如何對紅綠燈的電路進(jìn)行方案優(yōu)化，設(shè)計出一個開關(guān)，能控制紅、黃、綠三盞燈呢？我們可以將學(xué)生分為幾個小組，以小組為單位，先進(jìn)行電路圖的優(yōu)化，再根據(jù)提供的材料進(jìn)行實物連接（如圖8、圖9），最后，全班分享交流并總結(jié)：①小組在設(shè)計制作過程中遇到了哪些困難？是如何解決的？②你們有哪些收獲和體會？③你對設(shè)計制作的紅黃綠燈作品還有什么改進(jìn)與優(yōu)化的建議嗎？

評價是促進(jìn)學(xué)生成長、教師專業(yè)發(fā)展和提高課堂效率的重要手段，這在項目式學(xué)習(xí)中是必不可少的。教學(xué)評價是貫穿于整個教學(xué)過程中的，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行自我評價。

三、教學(xué)實踐反思

（一）著眼真實性問題

STEM 理念下的項目式學(xué)習(xí)是對真實世界中遇到的問題進(jìn)行深入調(diào)查和學(xué)習(xí)，并通過合作找出答案，這也是STEM教育和以往的科學(xué)教育的不同之處。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注真實情境下的紅綠燈并提出明確目標(biāo)，促使學(xué)生主動參與到項目式學(xué)習(xí)中，通過解決若干個問題，最終呈現(xiàn)出完整的作品。學(xué)生在整個活動過程中，經(jīng)歷了“聚焦問題—調(diào)查分析—活動體驗—設(shè)計與制作—測試與優(yōu)化—展示與評價”的基本步驟，這使得學(xué)生的思維能力和解決實際問題的能力得到提高。

（二）實現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)

STEM 理念下的項目式學(xué)習(xí)是一門跨學(xué)科的整合性課程，也是一門內(nèi)容豐富的開放性課程，以提高每個學(xué)生的STEM素養(yǎng)為目標(biāo)。項目式學(xué)習(xí)的特點決定了它與STEM 教育理念是非常契合的，選擇合適的項目通常能將各學(xué)科要素有機(jī)融合。“點亮紅綠燈”的項目式活動有明確的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門教學(xué)分科目標(biāo)，學(xué)生需要靈活運用各學(xué)科知識，經(jīng)歷科學(xué)探究和工程設(shè)計的學(xué)習(xí)過程，完成主題項目，從而真正起到提高STEM素養(yǎng)、發(fā)展綜合能力的作用。

（三）設(shè)計遞進(jìn)式活動

STEM 理念下的項目式學(xué)習(xí)需要學(xué)生通過一段時間的調(diào)查、探究、實踐來解決真實問題。“點亮紅綠燈”項目式活動根據(jù)學(xué)生的知識儲備和探究能力水平，先布置了“點亮小燈泡”“導(dǎo)體和絕緣體”和“做個小開關(guān)”三個學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生在實踐中打下扎實的基礎(chǔ)。教師引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行紅綠燈的設(shè)計制作與測試優(yōu)化，學(xué)生在一步步探究、一次次測試中發(fā)現(xiàn)問題、改進(jìn)方案，這正是一個學(xué)生不斷收獲、不斷成長的過程。