初中STEM課程的教學實施策略研究

洪敏儀

【摘要】以初中綜合實踐課為例，以廣州市某中學初一學生為研究對象，本文采用文獻分析法、行動研究法等方法，以《設計水火箭》的教學流程設計為切入點，通過兩輪行動研究實踐，提煉出初中STEM教學中的可行教學策略。

【關鍵詞】STEM;教學策略;PBL;探究式學習;小組合作學習

在科技高速發展的時代，國家的競爭力來源于教育能否培養出適合社會發展的人才。無論是國家發展戰略，還是個人職業發展需求，都將培養學生的創造力、協作交流、批判思考、解決真實問題的能力以及社會責任等置于優先地位。為此，STEM教育應運興起。

STEM教育是指在科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineer）和數學（Maths）領域的教和學，其教育過程是將原本分散的多學科內容融合形成統一整體，培養學生多學科知識的整合能力、基于真實世界問題的解決能力、融入情境的探究與創新能力，養成終身學習習慣。

然而，STEM課程教什么、怎么教，已經成為教育界的重點關注內容。本文以初中綜合實踐課為例，以廣州市某中學初一學生為研究對象，以《設計水火箭》的綜合實踐課教學設計為對象，通過兩輪行動研究實踐，探討初中STEM教學中可行的教學策略。

一、STEM教學策略文獻分析

筆者在中國知網以“STEM”（或 “STEAM”）并含“教學策略”為關鍵字進行檢索，截至2020年2月9日查找到相關文獻僅有28篇。其中，中文文獻15篇，英文文獻13篇，2012年至2015年中文文獻甚至為零，表明國內在這方面的研究比較晚，基礎比較薄弱。具體數據情況如圖1所示。

通過對這些文獻的整理，發現當前STEM教育的教學模式與方法主要有以下

幾種：

（1）5E教學模式：這是基于建構主義的探究式教學模式。該模式由美國的

生物學課程研究會提出，包含參與（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、精致（Elaboration）和評價（Evaluate）五個環節。

（2）Berlin and White建構Berlin-White Integrated Science and Mathematics （BWISM） Models。這個模型主要包含5個方面：①學習;②認知方式;③過程和思維能力;④概念性知識;⑤態度和觀念。

（3）Davisonetal 總結了五種整合數學和科學的方法：①特定主題;②內容;③流程;④方法;⑤主題。

本研究將這些理論融入到兩輪行動研究中，支持學校順利開展STEM課程，并且細化出適合校本的STEM教學策略。

二、行動研究設計方案

在第一輪行動研究的過程中，先擬定計劃，初步設計出STEM課程的教學策略，過程中針對學生的行為表現、教學效果和課堂觀察進行分析，從而修改并完善新的教學策略;然后開展第二輪行動研究，繼續完善并總結出STEM教學的可行教學策略。

三、初中STEM課程的教學實施策略案例

（一）教學分析

1.內容分析

本節課屬于校本STEM課程《設計航天器》的第四節內容《制作水火箭》，經過前幾節課的學習，學生已初步了解STEM 課程的特點和評價方式，了解科學和技術結合的一些應用，也學習了一些航天航空相關知識。本節課學生通過小組合作學習認識火箭工作原理，并親自動手制作水火箭并進行測試。

2.現狀分析

一直以來，學生學習的知識是按學科進行劃分的，這種分科學習容易導致學生的知識割裂。在STEM課程的實施過程中，把多學科知識融于有趣、具有挑戰性的問題中，激發學生內在的學習動機，讓學生享受成就感，并在學習過程中強調分享、創造和體驗，提高學生的學科知識水平。

初一學生天性活潑，對事物充滿好奇心，對于實踐活動都很感興趣，都想制作本小組個性化的水火箭，但由于平時缺少訓練，他們的動手能力比較欠缺，對于工具的使用，規范性和安全性不足，需教師在課堂上強調。學生對于小組合作還不是擅長，教師可利用學案幫助學生整理學習任務和協助各小組成員分工合作。

（二）教學目標

1.了解火箭的工作原理，了解牛頓第三運動定律;

2.規范、安全地使用剪刀等工具，制作出水火箭，并能利用發射架對本小組的火箭進行測試;

3.在小組合作探索制作過程中，提高溝通能力和相互協作能力。

（三）教學重點、難點

1. 重點：制作水火箭并測試

2.難點：（1）火箭工作原理;

（2）牛頓第三運動定律;

（3）制作水火箭并測試。

（四）教學方法

用PBL（基于項目的教學方法）引出本課的主題《制作水火箭》;提供微課和視頻（長征火箭升空、水火箭的工作原理、水火箭制作的方法等）給學生進行探究式學習，讓他們初步了解火箭的工作原理，并結合日常生活中的滑板、氣球例子學習牛頓第三運動定律;教師講解制作水火箭的工具和需要注意的事項;學生結合課堂學案，分小組分角色合作制作水火箭;教師組織學生在戶外測試各小組的水火箭。教學過程采用PBL項目式教學方法，激發學生的好奇心和主動探究的積極性。

（五）教學準備

多媒體電腦室、有水源的操場、課件、微課和視頻、小組學案、制作水火箭的材料等。

（六）教學過程

四、STEM教學策略

根據《設計水火箭》課例的兩輪行動研究，我們歸納出學校開展STEM課程的一般教學策略：

（一）教學設計策略——PBL教學法，項目式引領

PBL是一種基于建構主義的教學策略，教師設計基于項目（問題）的、有意

義的學習內容，并提供豐富的教學素材、教學資源作為“腳手架”，而學生通過真實的學習項目并為這些項目提供適當的解決方案，在此過程中，提高問題解決的能力。

PBL項目式學習強調學以致用，要求學生從被動的知識接受者，變為主動的自主學習者。因此教師在設計PBL項目的時候，要充分考慮項目的趣味性和可操作性，并引導學生積極探究。學生在利用信息技術手段采集、存儲、加工項目所需要的知識與信息的過程中，可提高信息檢索、邏輯思維和批判性思維等能力。

PBL項目式教學設計與STEM課程的理念一致，在STEM課程當中采用PBL項目式教學設計能促使學生積極協作、自主探究、深度思考，并實現多學科核心素養的提高。PBL也能促進學生創新精神，在解決真實問題的過程中將多學科知識的進行融會貫通，激發新靈感。

（二）教學組織形式策略——小組合作學習，學生各盡其能

小組合作學習采用先分后合的（下轉第10版）? ? ? ? ? ? ? ? （上接第9版）切塊拼接法（Tigsaw）：首先將學生分到不同的小組中，并且將所要學習的內容也分成幾部分，小組中每人負責一個部分;然后，各個小組中學習相同內容的學生組成“專家組”（expert group），在一起共同討論他們所要學習的對應內容，直至掌握;接著這些學生分別返回各自的小組，向其他的同組同學教授所負責的內容;最后，小組各成員合作完成作品。

在教學過程中，教師先讓各小組按學案提供的角色進行分工，分別有“火箭外形設計師”“動力工程師”“機械工程師”“宣傳發言人”等角色，然后各角色通過集中學習和討論研究，熟練掌握本部分的重點，成為相應的“專家”;然后回到自己小組，再在組內和其他領域的小組成員交流溝通，設計出本小組的火箭，再由“宣傳發言人”負責小組項目的整體匯報。由于每個成員都是某部分的“專家”， 他所掌握的這部分知識比同組成員更專業，從而在交流過程中能更流暢地表達，也更易樹立自信。

STEM課程強調超越學科的鴻溝，培養有協作交流能力和社會責任的學生。在STEM教學策略中采用小組合作的學習方式，能使學生更多的與同伴交流學習，他們能感受到項目的最終成功是有賴于全組所有成員的努力，大家互相尊重、目標一致、合作共享，才能設計出最佳的作品。這些課堂活動受到學生的歡迎，提高學校課堂教學對學生的吸引力，也提高學生的幸福感。

（三）學習方式策略——探究式學習，深度體驗建構

探究式學習（Inquiry-Based Learning）是一種以學生為中心的建構主義教學方法，引導學生在開放問題情境中積極主動探索，實現自我導向，構建知識。

學生在STEM課程中采用探究式學習方式后，對學習的興趣更加濃厚。學生先根據興趣選擇教師提供的資源進行學習，然后與相同任務的其他組成員展開討論和交流，在一輪頭腦風暴后，大家都自己負責的領域都有了較深的認識。學生對知識的需求和好奇心已經拓展到老師提供資源之外，這時老師可以借助家長、教師、專家的力量，再次增加學生學習的深度和難度。

在《設計水火箭》的這個課例中，學生圍繞水火箭為中心開展探究式學習，在課后他們已經對無人機、飛機等航空器產生極大的興趣，紛紛要求學習這方面的知識，這體現了學生的自我導向，讓學生對自己的學習任務負責，在深度學習中體驗多學科的知識整合。

經過兩年STEM教學實踐研究，在課堂采用了PBL項目式教學、學生小組合作學習和探究式學習等教學策略后，取得預期效果：一是開放的STEM教學空間，使學習場所拓寬到操場等戶外空間，令學生感到新意;二是教學內容新穎，能激起學生學習興趣，教學效果好;三是教學設計以學生為主體，搭建更多給學生展示的平臺，提高學生的表達能力;四是課程增強了學生的動手能力，使課堂教學做到理論與實踐相結合，促進學、做、研一體;五是增強師生互動和生生互動，提高學生人際交往能力，完善公民素養。STEM課程能夠促進學習方式變革，引發多樣化的教學形式，提高學生綜合素質。

[本文系廣州市教育研究院課題“學校STEM課程的教學實施策略研究”（課題編號：GZJY2017—044）研究成果]

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