STEM理念下小學科學沉浸式項目活動課程的設計與研究

陳麗璇

摘 ?要：通過分析小學科學學習活動的特性、當代小學生在沉浸式課堂上的表現和項目式活動的特點闡明沉浸式的項目活動是落實STEM理念的重要途徑。分析STEM教育項目活動當中符合沉浸式的項目特點;對比在同一個項目活動中不同設計方式下學生的表現分析闡明給學生提供沉浸式體驗，有利于提高積極性和主動性，實現在STEM理念下的多學科知識的融合教學方式，提高學生問題解決能力和創新能力，提高學生的科學素養。

一、緒論

（一）研究背景

STEM教育理念最早來源于1986年美國國家科學委員會發表的《本科的科學、數學和工程教育報告》，報告指出要“科學、數學、工程和技術集成（SMET集成）”的綱領性建議，被視為STEM教育的起始點。^【1】21世紀初，美國把SMET改寫成STEM，折射出哲學上的變化。至此，其他國家也紛紛開啟了STEM教育的潮流。

（二）研究的目的

本次研究的目的是圍繞STEM教育理念，結合我國國情，結合小學科學教材的基礎教學內容，設計開發符合學生認知特點，適合能力發展的項目式活動。同時初步探討沉浸式的項目活動對學生的學習興趣、學習態度、學習效果的影響。

（三）研究的意義

本次研究的實踐意義是為小學科學活動設計和開發提供思路和視角。在實踐中，發現并解決問題，從而對現階段小學科學活動的設計和開發提供借鑒。

二、研究內容

（一）STEM理念下小學科學沉浸式的項目活動的設計基礎

通過分析小學科學學習活動的特性、當代小學生對沉浸式體驗的認識和項目式活動的特點闡明沉浸式的項目活動是落實STEM理念的重要途徑。

（二）STEM理念下小學科學沉浸式的項目活動的設計及其意義

在項目設計中，整體架構上借鑒項目管理的五個過程及其間的邏輯關系制定項目式活動的整體流程。給學習者提供沉浸式體驗，提高積極性和主動性，實現STEM理念下多學科知識的融合、提高學生的科學素養、問題解決能力和創新能力。

（三）沉浸式的項目活動的實踐與學生發展需要的分析

對符合沉浸式項目特點的STEM教育項目活動進行分析;對比在同一個項目活動中不同設計方式下學生的表現分析課程設計是否滿足學生發展需要。

三、概念界定

（一）STEM理念

STEM活動（Science Technology Engineering Mathematics Activity），是指“科學、技術、工程、數學”于一體的跨學科知識融合活動，與傳統教育活動相比，更加注重的是學科理論知識與動手實踐的結合。

（二）沉浸式

沉浸式是指提供用戶置身于虛擬世界之中的感覺的體驗。在心理學上沉浸式是指個人精神完全投注于某種活動的感覺。“沉浸式體驗”被廣泛運用于游戲領域和數字展示領域。沉浸式體驗產生的條件是：設置玩家的能力與挑戰相匹配;設計體驗過程時，要有非常明確的目標;設計的交互行為會有即時的反饋，讓用戶體驗到任何互動都有回應，并且這個回應在可接受范圍內。

四、STEM理念下小學科學沉浸式的項目活動的設計

項目的周期包括“啟動階段、執行階段、收尾階段”這三個階段。在項目開展的過程中又將項目執行階段分為五個階段，分別是啟動過程、設計過程、實施過程、控制過程、結尾過程。^【3】

教師在啟動過程中完成對活動主題導入，學生投入到活動情景中進行參與活動的準備;在設計制作過程，學生沉浸在創設的真實情景中進行思考和設計;在實施過程中，是一個學生利用已有的生活經驗和資源嘗試解決問題的過程;控制過程貫穿整個活動，在活動中學生互相學習，教師進行引導;結尾過程中，學生對自己的解決方案進行闡述，或對遇到的問題進行分享求助。^【4】

以下是筆者設計的《茶壺的秘密》案例中《壺嘴的設計》一課為例的活動框架過程。

五、沉浸式的項目活動的實踐與學生發展需要的分析

（一）沉浸式學習與常態教學在知識滲透上的分析

1.西安高新第一小學校本課例《降落木星——探究神秘的歐不裂》的沉浸式活動分析

在西安高新第一小學校本課例《降落木星——探究神秘的歐不裂》中通過神秘的太空話題吸引學生的注意力，給與了學生沉浸式的情景。課例的設計滿足沉浸式活動三要素：

（1）這個課例的設計對象是低年段的學生，設計的問題既要符合學生的思維特點又要在學生的認知范圍內，這就滿足沉浸式活動當中設置玩家的能力要與挑戰相匹配的條件;

（2）在制作“歐不裂大陸”和“如何能在歐不裂大陸上著陸的研究”兩個活動中給學生非常明確的活動目的;

（3）在學生制作過程和探究過程中教師通過及時反饋從而調動了學生沉浸在主題活動的氣氛。

2.沉浸式活動在知識滲透的作用

在課例當中滲透的是“非牛頓流體特性”這一知識，在這個項目活動中學生動手制作“歐不裂大陸”，直觀感受到材料的特性。通過幫助飛行員緊急降落在“歐不裂大陸”上這一活動，學生利用已有的生活常識，跟教師申請不同的材料深入探究“歐不裂大陸”的特性。在整個課例活動中，學生完全沉浸在“歐不裂大陸”這一主題活動中，實現了沉浸式的知識滲透。學生是參與活動的主體，主動參與完成既定的工程項目任務，在活動過程中學生將新舊知識進行整合，順利構建自身的認知體系。

（二）沉浸式學習與常態教學在技能鍛煉上的分析

在粵教版小學科學一年級上冊《我們來觀察》和《學會運用工具》兩課中也出現了相關的技能知識，在教材設定的情景化教學中，學生對教師提供的材料進行了觀察探究，但掌握技能的情況參差不齊。在技能鍛煉上，沉浸式學習提供學生自主探究的動力，提高了教學效率。在發展空間上，沉浸式活動給了學生更大的學習和思考空間。

西安高新第一小學校本課例《降落木星——探究神秘的歐不裂》和粵教版小學科學一年級上冊《我們來觀察》和《學會運用工具》課例對比情況如下：

（三）沉浸式學習在解決問題能力培養上的分析

在自制課例《茶壺的秘密》中壺嘴的設計活動中，兩個同年級不同班級的實驗教學出現了不同的教學效果。實驗班1在進行數學課《角的大小比較》教學后進行壺嘴設計活動，學生設計作品大多停留在對茶壺的常識上，出現如圖設計作品。在實驗班2中進行沉浸式的項目活動后，學生能有效地把壺嘴的設計問題聚焦到壺嘴位置、長度和角度問題，對《角的大小比較》這一課的知識也能在探究中總結出來。

在沉浸式活動中，學生代入感強，從設計壺嘴問題聚焦到壺嘴位置、長度和角度問題，為了解決問題而自發地深入探討“角的大小比較”這一知識點，由學習知識到知識遷移轉變。學生在學習的過程中潛移默化地得到了解決實際問題能力的培養。通過對比，初步發現沉浸式的項目教學有利于學生在解決能力問題上的提高。

六、結束語

教師在教學設計活動中給學生提供沉浸式體驗的教學模式有利于提高學生學習的積極性和主動性，實現STEM理念下多學科知識的融合的教學目標，提高學生的科學素養、實際問題的解決能力和創新思維能力。區別于課堂情景化教學，對課程設計采用沉浸式的項目活動設計是落實STEM理念的重要途徑。

參考文獻：

[1]傅騫，劉鵬飛.從驗證到創造一一中小學STEM教育應用模式研究[J].中國電化教育，2016，（04）：71-78+105.

[2]王暉項目管理理論與方法體系研究[D].昆明理工大學，2004.

[3]武永生.項目管理在科研項目管理的應用研究[D]西安科技大學，2005

[4]劉景福基于項目的學習模式（PBL）研究[D].江西師范大學，2002.