STEM教育背景下的項目化學習課程設計與分析

◇鐘鎮宇 邱 楓 鄧彥興（江蘇：蘇州西交利物浦大學附屬學校）

當今社會，人們對科技的依賴程度越來越高，STEM 教育理念也已經被引入基礎教育階段。本文結合“沖上云霄”實驗設計，探索STEM 背景下小學科學項目化學習設計模式，力圖將新教改對課程的要求落實到科學課程中去。

在STEM 教育背景下，利用好跨學科整合的模式，設計出小學科學項目化學習課程，成了小學科學教師在科學設計方面的重要任務。

一、項目化學習課程設計——以“沖上云霄”為例

（一）第一課時：問題與聚焦

2019年，正值中華人民共和國成立70 周年，學生觀看了盛大的閱兵儀式，大家的愛國熱情、民族自豪感油然而生。閱兵儀式上，大家看到了祖國許許多多先進的武器裝備，其中就有頗具氣勢的火箭。問題聚焦，大家能設計制作一個“沖上云霄”的火箭嗎？

1.導入

引發動機：觀看火箭發射視頻，2013年10月15日，是中國航天史上意義非凡的日子，神舟五號載人飛船成功發射，將航天員楊利偉成功送上太空。讓我來重溫這一激動人心的時刻吧！

激發動機：你有什么感受？想不想做一可以發射的火箭模型呢？

2.確立目標

提問：剛剛看到視頻里面的火箭飛行有什么特點啊？

達成共識：火箭飛得又直、又高、又穩。

制作一個可以沖上云霄的火箭模型，需要考慮哪些方面的問題？

制作你們小組的火箭需要哪些材料？

制作火箭的步驟以及注意事項。

（二）第二課時：調查分析和活動體驗

通過自學完成調查分析，訓練資料搜集整理和分析能力、自學能力。教師需要指導學生運用電腦網絡，對相關信息進行搜索和歸類整理，幫助學生完成第一課時布置的任務。并組織交流。學生帶著任務查詢資料，交流討論制作火箭的材料。

最終達成共識：課堂上，箭頭和箭身選擇紙質材料是最安全、最容易操作的。

（三）第三課時：設計與制作

此時，涉及蘇教版六年級數學知識“圓柱圓錐”,體現了STEM 教學中跨學科的內容。學生需要知道要使箭頭和箭身能夠盡量貼合，箭頭扇形的弧長要與箭身長方形的長盡可能相等。學生要根據計算預估，畫出自己小組的圖紙。

（四）第四課時：測試與優化

1.討論研究動力

我們在科學課中學到了，可以使用橡皮筋作為動力，也可以利用氣球的反沖力作為動力。我們的這個火箭可以利用什么作為動力，讓它“沖上云霄”呢？學生分組討論。

2.達成共識，確定動力

在教室里，可以通過擠壓2L 的飲料瓶提供給火箭動力。在測試之前，學生先思考，怎么樣進行發射才能使我們的小火箭達到飛得“又高、又直、又穩”這個目標。

確定發射方式：將飲料瓶放在平穩的桌上，豎直向上發射，快速擠壓飲料瓶，利用空氣作為動力使火箭起飛。

3.測試空氣火箭

明確測試方案，避免出現課堂混亂無法控制的情況。

測試方案：小組四人每人測試一次，并觀察記錄小組火箭飛行情況。

思考：為什么會出現這種情況？怎樣改進？

測試結果：很多小組都出現飛行不穩的情況，有的火箭發射出去出現旋轉的情況。

分析原因：為什么會這樣？

尋求對策：要想讓小火箭在空中飛行得更平穩，可以怎樣改進？

觀察發現：容易發現制作不對稱會導致火箭飛行偏離、不直。

解決方案：進行適當配重，使火箭中心平穩。

觀察發現：從弓箭手佩戴的箭、飛鏢的圖片上，有什么發現？

各個小組開始制作小組火箭的尾翼。此時學生都知道要粘貼對稱，保持中心穩定。

（五）第五課時：展示與評價、拓展與應用

各個小組展示通過配重、安裝尾翼調整后的火箭模型。上臺分享上節課優化與調整中遇到的問題，并介紹是如何解決的。

評價：有的小組能夠嘗試很多種尾翼對火箭飛行的影響，并通過優化尾翼大小、形狀得到最終的火箭模型。有的小組發現發射時應該有一名同學扶著發射的飲料瓶，另一名同學負責大力擠壓飲料瓶，這樣不會使火箭一飛出去就飛歪。很多小組都能通過測試，增加配重、尾翼，解決空氣火箭飛行不穩的問題。

二、案例分析

（一）教學目標

“沖上云霄”課程設計中，所涉及的不同領域之間融合不是知識點的歸納，而是要發揮不同學科的優勢，使科學、技術、工程、數學互為補充和促進。以下是不同學科教學目標：

科學：知道空氣可以提供相應的動力使火箭起飛；了解適當的配重或尾翼可以幫助火箭飛行得更加平穩。

技術：掌握制作紙質火箭的方法；運用科學的方法觀測火箭飛行的平穩程度；掌握制作尾翼的方法。

工程：設計“提出問題—設計方案—制作火箭—測試火箭—改進火箭”的實驗設計方案；通過添加尾翼、配重能使火箭飛行平穩。

數學：掌握軸對稱圖形知識，制作多個相同的尾翼。

（二）設計過程

“沖上云霄”教學設計中，初次設計空氣火箭模型時，以STEM 課堂為載體，融合了技術、數學、工程課程內容，學生通過自主探究，設計大小合適的空氣火箭。當測試發現火箭飛行不平穩后，學生發現增加配重、尾翼可以使火箭飛行平穩，開始了第二次設計，結合了數學里軸對稱圖形知識、科學里重心等知識，設計出穩定的空氣火箭。

（三）測試優化和解決問題

“沖上云霄”教學設計中，學生能夠發現，火箭都是直直地升上天空，而小組制作的火箭很容易偏離。發現問題、提出問題“怎么樣能夠使自己的火箭穩定？”然后通過交流討論，發現安裝火箭尾翼、配重能夠使火箭穩定。學生在科學課堂中，經歷了一個完整的制作、測試、調整的過程。

從實際設計出發，引導學生從現實生活中尋找材料，用常見的飲料瓶提供空氣動力。通過小組測試，增加配重、尾翼，解決空氣火箭飛行不穩的問題。整改過程都浸潤著STEM教育理念。