項目化學(xué)習(xí)將科學(xué)和工程帶入數(shù)學(xué)課堂

山東省青島基隆路小學(xué) 孫曉忠

目前，STEM 課程仍屬于新的理念范疇，除了借鑒國外的一些理念課程以外，符合中國國情并能與傳統(tǒng)教育融合的策略以及方法并不多見，我們所做的一切也都僅僅處于探索階段。下面我就向大家介紹基于青島版數(shù)學(xué)五年級下冊《長方體、正方體表面積、體積》這一課內(nèi)容設(shè)計的STEM 課程案例——為班級制作自動分類垃圾桶。希望能對大家今后開展STEM 教學(xué)有所啟發(fā)和幫助。

一、教學(xué)過程及設(shè)計構(gòu)想

在要求數(shù)學(xué)課程與工程實踐進(jìn)行緊密連接時，我們的研究團(tuán)隊認(rèn)為所謂STEM 課程一定要有設(shè)計，設(shè)計就是工程，也一定要制作作品，制作就是技術(shù)，而工程和技術(shù)也正體現(xiàn)了數(shù)學(xué)學(xué)科提倡的“做中學(xué)”。首先，研究的問題要來源于學(xué)生的生活實際。根據(jù)學(xué)生的觀察與上報，我們匯總出“學(xué)校為各班準(zhǔn)備兩個垃圾桶進(jìn)行垃圾分類，但分類效果并不明顯”這一難題。問題一推出，學(xué)生馬上想到了可以設(shè)計一款可以自動分類的垃圾桶。活動主題應(yīng)運(yùn)而生，接下來的難題就是整個課程該如何開展，這也正是本案例所要表達(dá)的重點。通過實踐探究，我們做出如下結(jié)論：STEM 課程教學(xué)需要五個教學(xué)環(huán)節(jié)，即“引入、探究、解釋、制作、評價”。我們利用兩周的時間，包含兩次室內(nèi)教學(xué)（第一課時：引入、探究；第二課時：解釋、制作、評估）來完成整個課程，基于此，我對這次的STEM 課程做了以下兩個教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計：

環(huán)節(jié)一：聯(lián)系實際問題——確立活動目標(biāo)

STEM 課程的起始環(huán)節(jié)是“問題引入”。這個階段通過學(xué)生參與活動、確定活動任務(wù)，從而激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這一階段活動的目標(biāo)有兩個：

首先，找出實際問題。學(xué)生不是一張白紙，他們在生活中早已學(xué)會了觀察，擁有發(fā)現(xiàn)問題的經(jīng)驗。如學(xué)生發(fā)現(xiàn)班級每天產(chǎn)生很多垃圾，其中大部分是可以回收的，有些像廢紙類可以拿到廢品店換錢。前期學(xué)校也為各班準(zhǔn)備了兩個垃圾桶，但分類效果并不明顯。教師利用這個階段的活動匯總學(xué)生發(fā)現(xiàn)的問題，以便在教學(xué)中設(shè)計活動引導(dǎo)學(xué)生解決問題。

其次，做好診斷性評估，即檢查學(xué)生已有的相關(guān)知識、經(jīng)驗，幫助學(xué)生將以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗與接下來將要做的活動聯(lián)系起來。稍作調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)小學(xué)生其實對于立體圖形的表面積在生活中的應(yīng)用知之甚少，學(xué)習(xí)立體圖形的表面積、體積知識和解決問題，還是停留在課本上。

環(huán)節(jié)二：讓合作探究真實發(fā)生——設(shè)計、改進(jìn)產(chǎn)品方案

合作探究是STEM 課程模式的主體，知識的獲得、技能技巧的掌握都在本階段完成。在本階段，教師應(yīng)該給學(xué)生提供直接參與實踐探究的條件和機(jī)會，通過整合一些有趣的科學(xué)知識、數(shù)學(xué)知識和有一定難度的技術(shù)操作，讓學(xué)生提高解決實際問題的能力。在探究活動中，學(xué)生通過觀察、測量立體圖形的長、寬、高以及計算立體圖形的表面積和體積，進(jìn)一步理解了表面積和體積的區(qū)別，并提出與探索有關(guān)的有意義的問題。本階段的探究活動以學(xué)生為中心，教師作為指導(dǎo)者、引導(dǎo)者發(fā)揮作用，用具體的物質(zhì)和可觀察的事件為學(xué)生提供共同的經(jīng)驗，并從探索活動中提取出正式的概念性觀點，與學(xué)生一起討論這些觀點。

二、實施后的評價

本節(jié)課我采用了STEM 課程的教學(xué)模式，在活動中，我們達(dá)成了以下目標(biāo)：

S（科學(xué)）：每個團(tuán)隊制作展示了“新型垃圾桶”，通過反復(fù)實驗，收集數(shù)據(jù)，驗證效果，能做到讓垃圾桶只有一個投放口，便可以實現(xiàn)垃圾分類，且對扔垃圾同學(xué)的素質(zhì)要求不高，不需要提前分類。培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實驗態(tài)度。

T（技術(shù)）：通過學(xué)生動手操作，利用發(fā)放的瓦楞紙、膠帶、木棍等有限材料，通過技術(shù)手段制作垃圾桶，并修改完善，加強(qiáng)垃圾桶的穩(wěn)定性和牢固性。

E（工程）：學(xué)生通過完成活動表，繪制設(shè)計圖紙，了解工業(yè)設(shè)計流程，培養(yǎng)解決問題的能力。

M（數(shù)學(xué)）：通過觀察、繪制、制作長方體、正方體垃圾桶，培養(yǎng)學(xué)生的空間立體想象能力，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識計算立體圖形的表面積、體積，深化理解數(shù)學(xué)概念。

三、案例設(shè)計實施的創(chuàng)新點與效果

此次設(shè)計新型垃圾桶的活動中，我原本的初衷是設(shè)計智能垃圾桶，能夠?qū)崿F(xiàn)自動開關(guān)蓋。然而因為這是學(xué)生第一次接觸到STEM 課程，上來就要進(jìn)行信息化、自動化的編程，時間緊、任務(wù)重，我和學(xué)生都遇到了困難。但就在活動過程中，一個學(xué)生的設(shè)計啟發(fā)了我，她在設(shè)計中重點關(guān)注的是垃圾分類問題，設(shè)計了分層過濾裝置。我立即掉轉(zhuǎn)重心，在后面的活動中，將活動修改為設(shè)計新型可分類的垃圾桶。

設(shè)計新型垃圾桶僅僅是為了引起學(xué)生的興趣，是智能的還是可分類的并不是STEM 課程所希望引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注的，而如何利用技術(shù)和工程方面的知識去設(shè)計、制作一個這樣的垃圾桶，通過“不斷測試—思考—改進(jìn)”的過程，最終有所收獲，這才是STEM 課程所倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)。

總體而言，這次“利用設(shè)計分類垃圾桶的活動，探究STEM 課程”的嘗試，取得了巨大收獲。工程設(shè)計是教授“應(yīng)用數(shù)學(xué)”的一種非常有效的工具。學(xué)生在實踐活動中，若單獨完成任務(wù)，往往會受挫，因此在工程挑戰(zhàn)活動中需要團(tuán)隊協(xié)作，才能獲得成功，這樣就能幫助更多的學(xué)生對科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程產(chǎn)生興趣。小學(xué)生對于工程設(shè)計和科學(xué)問題會有天然的興趣，就讓我們試著把工程設(shè)計和科學(xué)問題帶入數(shù)學(xué)課堂，把課堂變得豐富起來吧！