滲透STEM 理念的項目學習課堂教學實踐與反思

黃家策

（晉江市平山中學，福建 晉江 362200）

2017 年8 月至2018 年7 月，筆者有幸參加泉州市首批“教育領航”在北京、上海為期一年的脫產學習。2018 年5 月至6 月，在上海格致中學掛職跟崗期間，聽了一堂上海同濟黃浦設計創意中學徐琤雅老師主講的《“夢之橋”項目課程——合金》化學課，感覺與往常聽過的課堂教學有很大的不同。這節大課（90 分鐘）共有四個環節：

環節1.情境導入。回顧“夢之橋”項目活動過程中的學生表現。

環節2.學生數字建模創作橋梁路演。現場網絡連線同濟大學專家教授點評。

環節3.學生運用Scratch、Arduino 等專業軟件制作橋梁周邊項目。引發學生思考橋梁實踐構建過程中可能遇到的細節問題。

環節4.橋梁材質的選擇及維護。設計實驗探索鋼鐵銹蝕的原因。

“夢之橋”項目試圖以基礎課程相關知識為抓手，從語文、藝術、歷史、政治、物理、化學等多個維度對“橋”進行解構。化學學科教師從分析橋梁材料入手引入合金、吸氧腐蝕、氧化還原基本原理等知識；歷史學科教師則從外白渡橋、四川路橋等對歷史的見證引發學生關注上海近代史的變遷；其他相關的基礎學科教師也參與進來，共同為項目課程的學習增添了趣味性及多元性。

透過授課者對《“夢之橋”項目課程》的介紹，筆者感受到了課程項目組的老師們，著力借助“夢之橋”這一項目來提高學生發現問題的敏銳度、思考問題的維度、解決實際問題的能力。通過講座、工作坊、實地參觀等多種教學活動，帶領學生了解橋梁產生的政治歷史背景、橋梁外觀的各種演化和受力原理等內容，最終讓學生以團隊合作形式，完成以濱江大道為背景的人行橋的設計。通過項目學習，讓學生體驗從感性認識—形態邏輯—結構分析—模型制作的全過程。

對學生而言，這是一次全新的自我挑戰，他們需要通過各類基礎課程相關知識的學習，借助項目學習課程理念、經驗、技術運用于項目的實踐研究，從而發展自身的認知能力、合作能力、創新能力、社會責任意識等核心素養。

對聽課者而言，尤其是作為一名傳統學科教學思維模式下的化學教師，筆者聽課時更關注的是教學設計中的第四個環節。筆者課后追問，在化學課堂上實施前面三個環節，是否屬于“越界”行為，一種“不務正業”——花自己的學科時間種別的學科的地？即使是新高考綜合改革，已經又從文科、理科綜合走向單科考試，這種學科間融合的教學，是否會與針對性備考的現實需求相悖？

華東師范大學趙中建教授說，美國把STEM 教育視為決定國家的未來能否成為世界領袖，能否解決諸如醫療衛生、能源、環境和國家安全等諸多領域的巨大挑戰。還認為STEM 教育將有助于培養具有國際市場競爭所需要的能干且靈活的勞動力。北京教育學院馮華教授認為，未來的教育要注重STEM 理念以及其在學科教學中的應用與研究，要把需要學生掌握的科學知識和方法集合成具體項目，通過開展解決核心問題的主題活動，使學生像學科專家一樣經歷科學探究和工程設計過程。概言之，STEM 教育將有助于實踐者的課堂轉型，從教學目標，教與學的內容，教師與學生的關系，教學方式、教學評價等方面實現觀念和教學策略、方式方法的轉變。

然而，STEM 理念下的項目學習，需要整合多個領域多個學科的內容，其融合度高、難度大，對學生綜合素養的培育提出了更高的要求。創新性的教育實踐需要多學科、多教師的共同合作，將考驗著一所學校的教育管理水平和教師的綜合素質。

一、實踐探索

晉江市高中化學名師工作室團隊，著力以STEM教育理念，結合新版教材，以問題（項目）為導向，以科學為引領，以數學為基礎，以技術為支持，以工程為切入點，開展一系列的課堂教學實踐探索。引領學生圍繞教材內容，結合與中學教學緊密相關的學科研究成果等各種真實情境，挖掘、提煉學習項目主題，選擇學習資源，模擬化學科技工作者、工程師深入探究，對已學知識深度加工，從而收獲技術經歷，建構更為完整的學科知識體系。期望在各種實踐與創新活動中，能更全方位、多渠道地發展學生化學核心素養。

1.挖掘新教材中與STEM 理念相融合的教學內容

如江蘇鳳凰教育出版社高中《化學》必修上冊專題3 第二單元和第三單元中，鈉、鎂單質的金屬冶煉，電光源研制，新材料開發；過氧化鈉用作漂白劑和呼吸面具中的供氧劑；鈉和鉀合金用于快中子反應堆作熱交換劑，高壓鈉燈用于照明；純堿在化工、烘焙、醫療上的用途；工業上以氯化鈉為原料生產純堿——侯氏制堿法、海水中提取鎂、鎂用來制造信號彈和焰火等，都可以作為滲透STEM 理念設計為項目學習的教學內容。

2.挖掘教學參考書中與STEM 理念相融合的資源

與新教材配套的《高中化學教學參考書》，比以往有了更多的教學案例，有了更多的化學與實際工業生產的聯系，涉及很多使用手持技術的探究項目。如“溴、鎂、碘的提取”“從海水中提取溴單質實驗”，以數字傳感器來做滴有酚酞的氫氧化鋇溶液分別與鹽酸、硫酸、硫酸鈉溶液反應的實驗情況等，也可以滲透STEM 理念設計為項目學習。

3.基于STEM 理念的高中化學教學設計實施方案

STEM 理念下項目學習的教學實施方案，可以從以下設計的流程進行：創設問題情境→提出問題→提出解決方案→實施方案→匯報方案成果→評價總結。首先要在化學學科核心素養的指導下，找到認識化學事實、化學理論的角度，通過設置能體現思維活動的問題組，進行證據推理和模型構建的過程，發展學生的思維水平，使學生的化學學科的素養達到一定的高度。在教學設計的過程中，也要了解學情，不盲目增加難度。要尋找合適的研究主題，并非所有教學內容都能通過以上的方案設計。要找到與主題相契合的STEM 理念方向和內容，再合理設置問題組，探究項目。要將課本中結論性、規律性的知識通過STEM 理念引導，讓學生有目標有意識地完成項目式探究。

4.基于STEM 理念的跨學科研究性學習探索實踐

研究性學習是新課程改革的產物，在國家課程體系學分認定中占有很大的比重。與其說研究性學習是一種課程，不如說是一種學習方式，應該滲透在其他學科的教學中。化學研究性學習是化學教學與研究性學習實踐相結合的產物，是學生在化學教師指導下，主動發現與化學相關的問題，并能運用化學思想方法分析問題、解決問題的學習活動。這種以學生為主，由他們自行策劃、執行及自我評估的跨學科學習模式與STEM 理念和項目學習十分相似。若能把STEM 理念有機地融入化學類型的研究性學習中，在學習活動中將所學的化學知識進行遷移，用于解決身邊的化學問題和復雜的社會問題，將起到很好的教育效果。如“自來水中游離氯的存在”為主題活動探索時，教師除了給學生有關氯氣的知識，還應注意挖掘其中所涉及的生命健康、環境保護、疾病預防等社會問題，鼓勵學生發散思維，利用掌握的知識和應用相關的技術設計檢測方法，改進自來水的凈化手段。通過化學研究性學習，可以變革教學方式和學習方式，有利于培養學生的學習化學的興趣和體驗化學研究過程與方法，在活動過程中還可以潛移默化地培育學生的創新精神，促進包括實踐能力在內的綜合能力的全面發展與提升。

二、教學反思

目前，我們這些課堂教學還只是一部分教師的探索與實踐，課題研究經驗的積淀、總結及推廣還有一個較長的過程。我們看到它作為特色化公開課展示的可行性，也看到常態化課堂教學實施時的艱巨性。

1.正確認識STEM。首先，STEM 是分學科的，它代表著科學、技術、工程和數學等四門相對獨立的學科領域。不僅要思考科學、技術、工程和數學的核心知識，還要思考連接這四個學科領域的大概念。其次，STEM 又是整合的。作為集成戰略的STEM 教育并不局限于四門各自獨立的學科，而是更關注“整合”的意義和價值。再次，STEM 還是延伸和擴展的。STEM教育從最初關注或集中于高等教育，到逐步下移至中學教育乃至小學、幼兒園活動，從國家競爭力人才的培養擴展至學習方式的變革。

2.理想化的設計。滲透STEM 理念的項目學習教學實踐，都是以提高學生解決實際問題能力，培育核心素養為目的，而不只是提高學生的解題能力。我們希望通過項目活動的開展，讓更多的學科教師聚焦到培養學生的協作能力、自主學習能力、良好自我導向能力，最終成為能為自己的人生負責的創新型人才。

3.現實性的思考。利用STEM 理念培養學生跨學科思維方式，有一個無法繞開的問題，就是要在課堂學習之余提供給學生時間、機會和各種教育資源，讓學生得到充分的實踐和經歷。時間、機會、資源均是成本問題，優質學校因高考壓力不敢貿然行動，普通學校又缺乏開設跨學科課程的條件而愛莫能助。所以，處理好與高考的關系是這項課堂教學改革最現實的問題。項目學習不但要學生喜歡，而且質量要不錯，負擔不能過重。學生要喜歡，說明這項改革學生有興趣，有熱情，參與程度高。質量不錯是教學的價值和意義所在，也是學校、社會支持的保證。僅僅有學生喜歡，課堂熱熱鬧鬧，沒有一定的質量，這樣的改革是沒有生命力的。負擔不能過重，體現了對獲得教育質量的途徑和方式有效性的追求，不僅要求不能有過重的作業負擔，而且要求學生不能耗費太多的精力在做課前準備，甚至影響其他學科的學習。在課堂上也不要用過于頻繁和大運動量的活動使學生身心疲憊，否則也是不可持續的。

4.成功關鍵是教師。課堂教學改革成功最關鍵的要素是人，尤其是作為課程實施者的教師。滲透STEM 理念的項目學習是一項綜合性和創造性的實踐活動，真正要落實跨學科的項目學習，就離不開教師的自我發展。教師要有較高的專業素養，才能精心地進行課程頂層設計、踏實的課程實施和適時的專業性指導。科學設計、審美能力、工程與技術等素養往往是傳統學科教師專業知識體系中最薄弱的環節，必須補齊短板，才能讓學生達成預設的能力水平。

三、改進方向

當前，雖然各級教育行政部門都一直致力于教育改革，倡導以學生為主體，以自主、合作與探究式的教學方式，以培養具有創新精神和實踐能力的人才，但是事實上基層學校的課堂形態變化甚微，傳授式的課堂依然是大多數學校的常態。而當今全球教育趨勢越來越推崇主題式、項目化的課程，作為領導學校課程教學的負責人，有責任改進和完善當下的課堂現狀，建立個性化的學習系統，在確保完成國家課程教學的前提下，通過STEM 理念下的項目活動，促進學生在解決實際問題的探究實踐過程中，綜合運用學科的知識、技能，全面發展綜合素養，讓學生更積極地學習，帶動學與教的實質性變革，使學生更好地適應未來不確定的社會做各種準備。

1.豐富課程結構和形態。一直以來，學校的課程形態是以分科制為主，它可以使學習更精準、有效，但是從教育所處的復雜而不確定的環境出發，綜合性的、跨學科的思考問題解決都應該成為必要的學習經驗。只有豐富課程結構和形成，才能更好貫徹落實五育并舉，德育、勞動教育也只有通過課程化和項目學習，才能更好地讓德化于心，勞而受益。

2.教與學的實質性變革。通過課程結構性的變革帶動師生產生實質性學習變革，通過跨學科的項目學習，撬動學校學與教之凝固的講授常態，繼而影響其他常態下的分科教學，帶動學校教與學本質之變。項目學習的課堂時間彈性化，課程空間無界限等特點，都可以成為提升學生綜合素養的重要推手。

總之，開展核心素養導向下的多學科整合，科學、技術與人文等領域融合的課堂教學改革任重而道遠。但是，我們應該堅信，未來課堂教學改革一定是向著促進人的全面發展進行。課堂教學實踐與創新，一定要在立足現實，勇于開拓創新。