基于STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的科學(xué)教學(xué)

朱拓

摘? 要：為解決現(xiàn)實(shí)世界的問題或項(xiàng)目，將STEM教育與項(xiàng)目學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，即基于STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)。該教學(xué)方法采用“激活舊知，選定項(xiàng)目”、“活動(dòng)探究，展示新知”、“應(yīng)用新知，作品制作”、“成果交流，融會(huì)貫通”四個(gè)階段的教學(xué)模式，也突出科學(xué)教學(xué)的核心地位。

關(guān)鍵詞：STEM;項(xiàng)目學(xué)習(xí);科學(xué)教學(xué)

一、理念選擇：STEM教育+項(xiàng)目學(xué)習(xí)（PBL）

STEM教育是整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多方面的教育，單一的科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)都不能生產(chǎn)出東西，只有把它們結(jié)合在一起的時(shí)候，才能生產(chǎn)出有價(jià)值的東西^[1]。項(xiàng)目學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PBL），“是以學(xué)習(xí)研究某種或多種學(xué)科概念和原理為中心，以制作作品并將作品推銷給客戶為目的，在真實(shí)世界中借助多種資源開展探究活動(dòng)，并在一定時(shí)間內(nèi)解決一系列相互關(guān)聯(lián)問題的一種教學(xué)/學(xué)習(xí)模式”^[2]。STEM尤其適合于使用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式，因?yàn)樵诳茖W(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)之間本來就有很自然的交接。故將STEM教育和項(xiàng)目學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合在一起，為STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)（如圖1所示）。這種學(xué)習(xí)方式為學(xué)生提供了融入真實(shí)情境的體驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)與技能解決現(xiàn)實(shí)世界的問題。因此STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)可以理解為以項(xiàng)目學(xué)習(xí)為框架整合STEM內(nèi)容的學(xué)習(xí)模式，是利用STEM領(lǐng)域的知識(shí)與技能解決現(xiàn)實(shí)問題的學(xué)習(xí)過程。

二、模式確定

STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的核心要素包括以學(xué)生為中心、充足的時(shí)間、明確的結(jié)果以及跨學(xué)科。其中“以學(xué)生為中心”指在整個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)中，學(xué)生以小組的形式完成項(xiàng)目活動(dòng)的各個(gè)任務(wù)，而教師發(fā)揮組織、指導(dǎo)、監(jiān)督、評(píng)價(jià)作用;“充足的時(shí)間”目的是使學(xué)生有充足的時(shí)間學(xué)習(xí)一系列的知識(shí)和技能;“明確的結(jié)果”包括對(duì)需要完成的任務(wù)有明確的期望和約束限制，保證所有學(xué)生都能學(xué)習(xí)并獲得成功，但達(dá)到目標(biāo)的時(shí)間、方式可以不同;“跨學(xué)科”指學(xué)生有意識(shí)地參與并整合多個(gè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域和多種學(xué)習(xí)方法來研究某個(gè)核心問題或項(xiàng)目。

STEM教育中的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循梅瑞爾的首要教學(xué)原理，又稱五星教學(xué)原理，具體結(jié)構(gòu)概括為“一個(gè)中心+四個(gè)基本點(diǎn)”，即要求整個(gè)教學(xué)活動(dòng)應(yīng)該以問題為中心，進(jìn)行從激活舊知、展示新知、應(yīng)用新知、融會(huì)貫通四個(gè)階段循環(huán)往復(fù)的學(xué)習(xí)。常見的基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)操作流程包括制定項(xiàng)目、制定計(jì)劃、活動(dòng)探究、作品制作、成果交流、活動(dòng)評(píng)價(jià)六個(gè)階段。故“基于STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的科學(xué)教學(xué)”的實(shí)施過程兼顧五星教學(xué)原理和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式，由“激活舊知，選定項(xiàng)目”、“活動(dòng)探究，展示新知”、“應(yīng)用新知，作品制作”、“成果交流，融會(huì)貫通”四個(gè)階段構(gòu)成。

三、教學(xué)實(shí)踐

變阻器是初中科學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要概念，下面我將結(jié)合“基于STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的科學(xué)教學(xué)”的模式，以浙教版初中科學(xué)八年級(jí)上冊(cè)第4章第4節(jié)《變阻器》教學(xué)內(nèi)容為例，建立以項(xiàng)目為中心的基于STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的科學(xué)教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）“激活舊知，選定項(xiàng)目”階段：教師通過創(chuàng)設(shè)情境引出項(xiàng)目，學(xué)生回顧舊知。

此階段在于對(duì)科學(xué)知識(shí)進(jìn)行回顧，為后面的工程、技術(shù)活動(dòng)提供理論基礎(chǔ)。因?yàn)镾TEM教育是以科學(xué)知識(shí)為核心，是以跨學(xué)科知識(shí)為載體，依托工程、技術(shù)等活動(dòng)的跨學(xué)科教育體系，先對(duì)跨學(xué)科知識(shí)進(jìn)行激活。

（二）“活動(dòng)探究，展示新知”階段：教師通過提供資料布置任務(wù)，為學(xué)生提供交流合作和活動(dòng)探究的平臺(tái)。

此該階段重在對(duì)技術(shù)方法的選擇以及技術(shù)工具的操作、技術(shù)數(shù)據(jù)的采集與解釋。

（三）“應(yīng)用新知，作品制作”階段：教師通過監(jiān)督觀察和技術(shù)指導(dǎo)，學(xué)生應(yīng)用評(píng)估和協(xié)作實(shí)踐。

作品制作是STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的重要組成部分。該階段中在對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)優(yōu)化以及動(dòng)手制作能力的提高，將知識(shí)轉(zhuǎn)為技能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)問題的解決。

（四）“成果交流，融會(huì)貫通”階段：教師通過跨界合作和成品匯集，學(xué)生體會(huì)STEM知識(shí)與技術(shù)整合。

該階段側(cè)重對(duì)各學(xué)科知識(shí)與技能進(jìn)行整合與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的解決。

四、實(shí)踐反思

我校科學(xué)組對(duì)“基于STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的科學(xué)教學(xué)”作本土化、學(xué)科化、操作化的分析與實(shí)踐，初步摸索出“基于STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的科學(xué)教學(xué)”模型，并將其應(yīng)用在教學(xué)中。在應(yīng)用實(shí)踐的一年中，我們總結(jié)出了實(shí)施凸“基于STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的科學(xué)教學(xué)”的有效建議：

（一）通過“任務(wù)成線、問題成串、活動(dòng)成系列、知識(shí)成體系、目標(biāo)不斷實(shí)現(xiàn)”的認(rèn)知發(fā)展過程來凸顯STEAM項(xiàng)目學(xué)習(xí)。

（二）工程項(xiàng)目選擇和設(shè)計(jì)的要求

以適切的工程項(xiàng)目為載體，可以將教學(xué)內(nèi)容與技術(shù)、數(shù)學(xué)有機(jī)結(jié)合在一起，選擇的工程項(xiàng)目要有以下三個(gè)層次的特征：

1.真實(shí)性。教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，真實(shí)的情境才是有意義的，才能引起學(xué)生的共鳴。比如提供案例中設(shè)計(jì)變阻器就是一個(gè)真實(shí)情境。

2.趣味性。有趣味的工程項(xiàng)目，學(xué)生才會(huì)積極參與設(shè)計(jì)，提高課堂的有效性。

3.梯度性。在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的問題要有一定的梯度，由簡(jiǎn)入深，吸引學(xué)生的興趣。比如在《變阻器—調(diào)光燈制作》的教學(xué)中，各任務(wù)問題層層深入，讓學(xué)生自制的一個(gè)可以調(diào)節(jié)亮暗的臺(tái)燈。

4.延伸性。工程項(xiàng)目的問題能夠具有繼續(xù)探討和延伸的價(jià)值，有可以挖掘的潛能。比如在變阻器教學(xué)中，延伸到生活中變阻器應(yīng)用于各種用電器等。

（三）結(jié)合技術(shù)、數(shù)學(xué)，強(qiáng)調(diào)工程項(xiàng)目，突出科學(xué)

為體現(xiàn)學(xué)科整合，體現(xiàn)本學(xué)科的重要性，教師引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)探究、數(shù)學(xué)計(jì)算、技術(shù)知識(shí)與技能的應(yīng)用，來完成工程項(xiàng)目。比如在《變阻器》的教學(xué)中，為制作出變阻器這項(xiàng)工程項(xiàng)目，通過科學(xué)探究，結(jié)合技術(shù)知識(shí)與技能的應(yīng)用，從而設(shè)計(jì)出變阻器的模型;為了解滑動(dòng)變阻器，結(jié)合電流表上的數(shù)據(jù)加以分析。這樣的教學(xué)不僅突出科學(xué)教學(xué)，還將工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)。

（四）學(xué)生的活動(dòng)要協(xié)作

STEM教育提倡以小組合作的形式解決問題或完成工程項(xiàng)目。教師可以根據(jù)每個(gè)學(xué)生的不同特點(diǎn)進(jìn)行分組，每一小組里有動(dòng)手能力強(qiáng)、數(shù)學(xué)成績(jī)突出或者實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力好的學(xué)生，這樣分組更有利于學(xué)生學(xué)會(huì)如何在團(tuán)隊(duì)中展示自己所擅長(zhǎng)的東西，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。比如《變阻器》的教學(xué)中的小組活動(dòng)有：變阻器的應(yīng)用、建立變阻器模型、變阻器改變燈泡的亮度、旋鈕型變阻器接入臺(tái)燈。這些活動(dòng)中，就需要小組里有動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生，利于學(xué)生學(xué)會(huì)在團(tuán)隊(duì)中展示自己所擅長(zhǎng)的東西，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。整堂課學(xué)生進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，參與整個(gè)STEM工程，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心，主動(dòng)進(jìn)行變阻器的建構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

[1]? 李雁冰.“科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)”教育運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)反思與實(shí)踐問題——對(duì)話加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)Nashon教授[J].全球教育展望，2014，（11）：3-8.

[2]? 劉程.基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的STEM教學(xué)實(shí)踐研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2017，（4）：10.