真實·創新·感悟

張明臣

2017年頒布的《義務教育小學科學課程標準》倡導跨學科學習方式，明確指出：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、數學等學科有機地融為一體，有利于學生創新能力的培養。然而，在許多項目學習或STEM背景的課堂教學中，出現了許多問題，表現為：過分重視作品和成果，忽視創造力的培養;學生設計制作的產品無法真實地解決問題;學生的實踐體驗、感受較多但感悟較少等。這些問題導致學生的學習比較淺顯和表面化，缺少對科學概念、探究過程、科學本質的深度理解。

2019年7月8日至18日，浙江與美國印第安納州再次舉辦了暑期“STEM教學平移項目”。該項目設計包含的學科有科學、技術、工程、藝術和數學，選擇了5個班的學生，采用走班制教學，每天每門學科1節課，共10天。項目主題是“利用空間設計一個高性價比且符合大眾需求的多功能產品”。筆者作為中方助教，參與了此次活動。通過對課程設計的部分翻譯整理，以及與美方教師的教學交流和教學觀察、實踐，筆者對如何開展基于STEM理念的項目學習，引導學生進行“真實、創新、感悟”的科學實踐有了更深的體會。

從解決“真問題”到問題“真解決”

基于STEM理念的項目學習，強調從解決真實的問題入手，讓學生的學習與生活相聯系，利用多學科知識，通過團隊協作的方式創造性地解決問題。筆者在實踐過程中觀察了多個實驗案例，發現真實的問題有了，但學生在學習活動中并沒有真正地解決問題。學生提出的方案或制作的產品，有的天馬行空、不切實際，有的徒具其形。在這次平移課程中，美方教師不僅從解決真問題出發，還特別關注學生的方案和產品的效能，使其具備相應的功能與價值，可以真正地解決問題。

1.明確標準，重點分析

此次項目學習的主題是“利用空間設計一個高性價比且符合大眾需求的多功能產品”。學生往往重點關注“多功能產品”，即具備哪些功能，如何實現這些功能，而對于“高性價比”和“符合大眾需求”兩個條件缺乏關注與思考。教師重點強調了兩個條件，并解釋什么是“高性價比”和“符合大眾需求”，讓學生明確這兩個標準的重要性。這樣的教學，促使學生在調查研究、產品設計、選材制作、產品介紹等各個環節，都能考慮到這兩個限制條件，以保證制作的產品可以真的解決實際問題。

2.迭代設計，指向真實

在設計方案交流環節，每個小組輪流向全班同學展示方案，并接受師生的提問和質疑。在交流前，教師強調要從真實的問題入手，介紹本組的設計方案，其他同學要針對設計方案是否可以很好地解決問題，提出質疑或給出建議。在學生提問與解釋中，教師主要關注作品設計的每一個方面是否都有考慮，是否進行有針對性的設計。有的小組考慮不全，或者設計不足，教師就通過不斷追問引發學生思考，鼓勵他們進行改進，使設計方案更加完善，以更有效地解決問題。對于較好的設計，教師也會追問，引導學生思考如何進一步優化。

3.效能評估，市場調研

在制作、測試過程中，教師深入每個小組巡視，觀察學生的學習進程，幫助有困難的小組。學生有些作品設計缺少實用性，例如，造價太貴、浪費空間或者操作復雜等，教師不會直接指出問題，或者告訴問題的答案，而是引導學生進行市場調研，了解消費者的看法和意見，如：

師：進行得怎么樣了？

生：快完成了。

師：你們設計的沙發與常見的沙發相比，有什么優勢，別人會買你們的產品嗎？

生：會啊，我們這個是多功能的，節約空間，而且價格只貴了一點點。

師：你可以去做一個市場調研，問問那邊的老師或同學。如果他們是消費者，會購買這款沙發嗎？了解消費者的意見，可以幫助你們更好地完善產品。

市場調研是營銷管理的重要手段。學生進行市場調研，傾聽消費者的聲音，了解產品的效能是否符合實際需要，既學習了一種方法，又保證了產品的實用性。

從“頭腦風暴”到“全程創新”

創造力的培養是科學教育的核心目標之一。基于STEM理念的項目學習，其流程大體為：提出問題—設計方案—制作測試—展示評價—拓展應用。“設計方案”環節，教師會讓學生進行“頭腦風暴”，根據情境和材料等進行創新思考，促進學生創造力的發展。在平移課堂中可以清晰地看到，美方教師特別重視學生創造力的培養，不只是在項目前期進行“頭腦風暴”，而從開始到結束的多個環節都關注這一點。

1.重調研，完善創新方案

在確定“多功能家具的設計”這一主題之后，教師組織學生利用平板電腦、網絡調查目前社會中已有的多功能家具，看看它們解決了什么樣的問題，并著重強調“深入全面的調查，有利于創造性解決方案的構想”。教師給了學生充足的時間進行調查研究，學生基于調查研究設計出小組的初步設計方案。在調查研究的過程中，學生邊搜集資料邊小組討論，教師則在各個小組中巡視，傾聽學生的想法，通過追問引發學生思考，同時提示學生基于調查設計的產品，不能和已經出現的產品相吻合，不能完全模仿已有的成品。

2.明標準，激發創新思維

學生明確學習任務之后，教師強調制作的作品需要有創新，不能照搬或者照抄現實生活中已有的物品。如果仿真度較高，在評價中，分數會降低。教師通過參與小組的討論，了解學生的設計與想法，對已有的設計進行甄別，并引導他們進行創新思考。在初步方案完成后，教師會進行批閱，對于缺少創意或者照搬的作品要求重新設計，對于缺少創意或者無法實現的地方給予批示，希望學生能改進。教師會一直督促學生完成設計，直到設計具有一定的創新，符合相應的標準才可以繼續學習。

3.善追問，引導創新實踐

在進行制作、測試、迭代以及作品展示等各個環節中，教師會持續關注學生的學習進展情況和創新想法，鼓勵引導他們將想法實現。如果學生出現困難，教師就利用追問的方式，引導學生進行再思考，尋求解決問題的辦法。

例如，學生制作了一個多功能沙發，但是無法實現自由翻轉功能，于是想到了用折頁來代替，教師是這樣引導的：

師：這個折頁要解決什么問題？

生：用這個可以讓沙發靠背轉動。

師：這個是現成的材料，不允許使用的。為什么不自己考慮制作一個？

生：我們做不出來，所以就直接從家里拿了一個折頁。

師：科學課上學習了幾種機械原理，你覺得哪種可以實現這個功能？

生：輪軸可以，但是那個軸我們做不好，紙卷總是變形。

師：用其他材料代替可以嗎？（學生不語）只要思考，就有辦法。

生：可以用硬吸管加工一下，似乎可以。

師：好主意，去試試。

教師通過連續追問，了解學生學習的情況，發現問題，引導他們思考，尋求解決問題的辦法，并進行創新實踐。這里，追問不僅是一種教學策略，更是一種智慧、一門藝術。

從“感受”到“感悟”

基于STEM理念的項目學習，強調學生在實踐中發現與探索，注重引導學生獲得感悟。但在教學中，許多教師過于考慮教學內容的完整性和教學進度，對學生的科學實踐指導過多，導致學生在學習中以體驗和感受為主，缺少探索和感悟的機會和空間，美方教師的表現則有很大不同。

1.課堂真實， 引發真研究

在本次活動中，教師以學生的學習為中心，沒有任何教學表演的痕跡。教學時，有時“一言堂”——大半節課在講故事或者要求;有時“一句話”——發布一個學習任務，然后都是小組的學習活動。教學的進度和教學環節也時常因不同班級學習情況的不同而進行調整。每天課后，任課教師會聚在一起開展臨時討論會，交流教學情況，調整學習進度、內容或者形式等，使教學更好地適應學生的學習。

課堂上，教師和學生的對話平等和藹，無論是課內還是課外，都與成人的交流基本一致。個別學生出現紀律問題，教師不會在全班進行批評教育，而是單獨約談，或者通過助教與家長聯系，試圖從根源上分析并尋找解決問題的辦法。

聽課老師問任課教師，是否在自己的課堂上也是這樣上？是否因為有聽課老師而進行特別的教學準備？任課教師回答：基本都一樣，因為只有真實的課堂，才能觸發聽課老師的思考，才有研究的價值和意義。

2.接納融合，形成凝聚力

學生的學習有大量的討論與交流，教師鼓勵學生大膽表達自己的想法，與同學進行充分交流，形成共識。教學中，時常會出現學生為了表明自己的觀點正確而去找對方觀點的漏洞和不足，由討論變成了爭論或爭執的現象。任課教師不當裁判，不判斷誰的想法對與錯或者好與壞，只是強調每一種想法都是好的，要接納不同的想法并進行融合，形成團隊的凝聚力。

例如，一個5人小組在討論作品設計時，出現了三種不同想法，誰都無法說服誰，于是，三人誰也不理誰，另外兩人也很無奈地隨意擺弄著材料。教師見狀走過來：

師：你們出現了什么問題？

生：大家意見不一樣，誰都說服不了誰，就生氣不做了。

師：說說具體的想法是什么？

生：我的想法是……

生：老師，他的想法不對，如果這樣的話……

生：我覺得××（第一名同學）的想法更好一些。

師：（等學生分別說完之后）你們的想法都有一定的道理，沒有對與錯或好與壞之分，但都可以優化。現在你們需要想一想，能否把這些想法融合，變成一個更好的設計。而且，你們必須形成統一的想法之后，才能進行接下來的活動。在達成共識之前，不能觸碰材料。

說完之后，教師離開了，這個組的學生繼續沉寂了10分鐘后，開始一起商量，直到形成共識，然后繼續學習活動。

聽課老師問任課教師，這件事差不多“浪費”了半節課時間，為什么不幫助他們分析一下他們的想法，從而更高效地進行教學呢？任課教師認為，每一個人的生活經歷、家庭背景、認識基礎等不同，看待問題的角度自然有所不同，產生的觀點存在差異很正常，想法沒有好壞之分，每種想法都可以優化。團隊溝通合作的前提是關注到每一位成員，忽略、拒絕任何人的想法，都會導致團隊合作出現問題。因此，成員需要接納、融合多種想法，形成更優化的團隊方案。這種接納、融合想法的能力，需要在實踐中鍛煉。所以，這些時間的“浪費”是必要的、有價值的。

3.接軌生活，實踐中感悟

科學課教學要與社會生活相聯系，讓學生在接近社會生活的情境下學習。例如，一個學習小組因分工問題，產生了爭執，雙方各不相讓，先是“罷工”，然后各做各的，隨意地玩實驗材料，誰也不理誰。教師此時介入進來：

師：出現了什么情況？

生：他們兩個都要拍照，就吵起來了。

師：沒有任務分工嗎？

生：有的，可是他們不聽安排。

師：那今天的組長應當負起責任。

生：可是他們不聽我的。

師：你們是一個團隊，要形成合力。在沒有解決分工之前，把材料放在盒中，誰也不能動，我相信你們能解決好。

教師說完就離開了，過了大約12分鐘，小組開始重新商量，直到分工完畢，繼續學習活動。

聽課老師十分疑惑：“浪費”了十幾分鐘時間，這個小組這節課的學習任務無法完成，為什么教師不給予幫助以提高課堂教學效率？任課教師解釋：在現實生活中也會遇到這樣的問題，團隊的溝通很重要，這種能力的培養需要在實踐中練習、感悟，這個時候就是一個教育契機;學生因溝通問題完不成任務，是未掌握這種能力的代價，他們要學會承受，這是現實生活的規則，也應該是學習活動的規則。

他山之石，可以攻玉。STEM和項目教學在各個國家有不同的解讀和實踐樣態，我們在借鑒學習時要把握其核心與本質，結合具體實際情況，創造性地開展STEM和項目教學，更好地促進學生核心素養的形成與發展。