STEM理念下項目式學習的實踐探索

顧潔

[摘要] STEM理念下的項目式學習，強調為學生提供真實生活中的情境，引導學生運用科學、技術、工程、數學等學科知識，通過層層遞進的科學探究和工程設計等活動，完成主題項目，解決生活中的真實問題，從而提高思維能力和解決問題的能力，提升綜合素養。以基于STEM理念的項目式學習“點亮紅綠燈”為例，由實際問題出發，以項目式學習為主線，科學探究、工程設計與制作為基礎，不斷地利用問題推動課堂教學。

[關鍵詞] STEM；項目式學習；小學科學；活動

STEM即科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）的統稱，已經成為當下教育界熱門的教育模式。STEM教育主張學科間的交叉融合，鼓勵學生開展合作學習，旨在激發學生的創新思維能力，提高學生的動手實踐能力。項目式學習（Project-Based Learning，PBL）是學生通過一段時間的工作來調查、探究和解決真實和復雜的問題，從而掌握相應的知識和技能。相較于傳統的教學模式，項目式學習更能使學生的思維能力和解決實際問題的能力得到發展，提升學生的綜合素質。

一、制定教學目標與課時

本次項目式活動是圍繞小學科學四年級“電”單元教學目標進行的，指向物質科學領域。它主要是讓學生認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電，有的材料不容易導電。以下是學生需要掌握的四門教學分科目標，見表1。

本次項目式活動主要針對小學四年級的學生，通過三個活動分別學習“點亮小燈泡”“導體和絕緣體”“做個小開關”，在此基礎上進行紅綠燈的設計制作與測試優化，共用5個課時（如表2）。

二、實施教學過程

紅綠燈設置在交叉路口或一些特殊地點，指示車輛及行人停止、注意與行進的交通管制設施。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

教師組織學生觀察小燈泡的構造，引導學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，教師應鼓勵學生嘗試其他連接方式。通過各小組的展示、匯報，學生小組總結小燈泡點亮的原因：“只有電流流過燈絲時小燈泡才會發光。”教師再總結：“電流從電池的正極流出，經過導線到達小燈泡的一個連接點，電流從連接點進入，經過燈絲再從另一個連接點流出，經過導線回到電池的負極，形成了一個回路，才能使小燈泡發光”。

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

（二）活動二：導體和絕緣體

學生將在了解簡單電路的基礎上，學習如何連接電路檢測器，并用電路檢測器正確進行各種物質導電性的檢測，認識到有的物質易導電，這樣的物質叫作導體，有的物質不易導電，這樣的物質叫作絕緣體。加深學生對身邊物質屬性的認識，同時加深對電的認知。

活動先導入“點亮小燈泡PK賽”，既對活動一的內容進行了回顧，又激發了學生的探究興趣。這時教師用三根導線連接電路（如圖2）提問：“如果把導線1和導線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通過，使小燈泡亮起來？”學生通過實驗發現，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。

小組根據要求制訂研究計劃，通過檢測12種常見物體是否導電，讓學生有足夠的經驗認識生活中的導體和絕緣體。教師并沒有提供全部的12種物體，而是留一些空白給學生，期望學生能留心身邊的物體，將科學回歸于生活。學生通過動手操作來實施檢測步驟，并用表格記錄實驗數據，進行整理分析，總結導體和絕緣體的特點。

最后以“玩一玩人體導電球”為拓展活動，全班同學手拉手，一起點亮導電球。“導電球亮了，說明我們人體是導體嗎？”教師可針對這一問題進一步展開安全用電教育。

（三）活動三：做個小開關

教師創設情境：“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，學生仔細觀察小開關，并記錄下來。在認識小開關的主要構造后，學生嘗試將小開關連接到電路里，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計并制作一個簡單的小開關呢？”教師提供材料：帶有鱷魚夾的導線、木塊、金屬環（如圖3）。學生以小組合作的形式討論、設計、制作一個小開關，并能用它來控制電路，然后在全班展示交流。教師進一步追問：“為什么開關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？”以此鞏固學生對回路的理解。

（四）活動四：設計制作紅綠燈

教師通過設置連續提問，啟發學生思考：“這個開關有什么樣的特點？要求開關連接到紅燈時，紅燈亮綠燈不亮，連接到綠燈時，綠燈亮紅燈不亮，這樣的開關應該怎樣設計呢？我們設計的控制一盞燈的開關上有兩個金屬環，現在加了一盞燈，兩個金屬環還夠不夠了？我們應該在原來的小開關上如何改進呢？”學生通過小組討論，逐步形成開關的設計思路，教師引導學生將設計的紅綠燈電路圖記錄下來（如圖4、圖5）。

學生動手制作紅綠燈時，可按照設計好的電路圖，根據提供的材料進行連接（如圖6）。學生通過實踐發現，紅燈和綠燈都分別有兩根導線，一紅一藍，兩根紅色的導線可以連接在開關的兩個金屬環上，另外一個金屬環用導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線，一頭是鱷魚夾直接夾住紅燈和綠燈的兩根藍色導線，一頭連接到電池的負極，這樣紅綠燈的電路就連接完成了（如圖7）。

（五）活動五：測試優化紅綠燈

各小組對制作的紅綠燈電路進行測試，檢測是否符合要求，并介紹是如何控制紅綠燈的，若未達到預設要求，應繼續對電路圖進行改進。

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行方案優化，設計出一個開關，能控制紅、黃、綠三盞燈呢？我們可以將學生分為幾個小組，以小組為單位，先進行電路圖的優化，再根據提供的材料進行實物連接（如圖8、圖9），最后，全班分享交流并總結：①小組在設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你對設計制作的紅黃綠燈作品還有什么改進與優化的建議嗎？

評價是促進學生成長、教師專業發展和提高課堂效率的重要手段，這在項目式學習中是必不可少的。教學評價是貫穿于整個教學過程中的，學生根據學習過程和學習結果進行自我評價。

三、教學實踐反思

（一）著眼真實性問題

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

（二）實現跨學科教學

STEM理念下的項目式學習是一門跨學科的整合性課程，也是一門內容豐富的開放性課程，以提高每個學生的STEM素養為目標。項目式學習的特點決定了它與STEM教育理念是非常契合的，選擇合適的項目通常能將各學科要素有機融合。“點亮紅綠燈”的項目式活動有明確的科學、技術、工程、數學四門教學分科目標，學生需要靈活運用各學科知識，經歷科學探究和工程設計的學習過程，完成主題項目，從而真正起到提高STEM素養、發展綜合能力的作用。

（三）設計遞進式活動

STEM理念下的項目式學習需要學生通過一段時間的調查、探究、實踐來解決真實問題。“點亮紅綠燈”項目式活動根據學生的知識儲備和探究能力水平，先布置了“點亮小燈泡”“導體和絕緣體”和“做個小開關”三個學習活動，讓學生在實踐中打下扎實的基礎。教師引領學生進行紅綠燈的設計制作與測試優化，學生在一步步探究、一次次測試中發現問題、改進方案，這正是一個學生不斷收獲、不斷成長的過程。