滲透STEM教育理念 組織項目式教學

◇陳喜燕（江蘇：張家港市實驗小學）

項目式教學活動，是指在教師監督指導下，師生共同圍繞一個完整的項目工作或任務而進行的綜合實踐活動。本文以STEAM 課程教育理念為理論基礎，從學生科學技能、科學思維、創新精神和實踐能力發展角度出發，概述了項目引領下的小學科學課開發與實踐路徑，以期通過探究、開放、體驗的項目活動方案設計，培養學生獨立思考能力和解決問題能力，讓學生在科學項目活動的假設、猜想、驗證與實施中，獨立辨別問題本質，領悟科學知識技能，逐步實現科學思維、探究精神與創造能力的鍛煉與發展。

STEM 由（Science）科學、（Technology）技術、（Engineering）工程、（Mathematics）數學等多領域學科共同構成。不難理解，STEM強調知識跨界與技術能力的自主建構，反映了課程教學回歸社會、回歸生活的本質訴求。教師在項目式教學中，要有針對性地將多學科理論知識與實踐教學有機結合起來，激發學生探究精神和創造潛能，讓他們在實踐經歷中，體驗科學知識的產生。新課標指出，小學科學是學生認識世界、理解自然界客觀規律的啟蒙課程。教師要以培養學生創新精神、科學思維、實踐能力為目標，組織他們在生活化、有趣、真實的學習中質疑探索，具備運用科學知識分析、解決問題的能力。因此，教師基于STEM 理念設計項目活動，要為學生提供發揮潛力的空間，組織他們在理論知識與技術工作的協作體驗中，理解科學理論概念，掌握技術實踐知識，發展創造精神與實踐能力。

一、目標情境驅動，巧妙構思猜想

STEAM 理念認為，課程教學不是簡單的知識疊加，而是科學、數學等先進技術的綜合實踐與運用。任何事物的創造都需要科學、技術、藝術、計算等多學科知識和多種能力，單一技能、知識的應用，已經無法支撐未來社會的發展。所以，教師在項目教學中，運用整合科學、工程、技術、數學的方法，開展人人都能參與的創造實踐活動，讓學生像科學家一樣，自主運用科學的、工程的思維，自主收集信息、制訂方案、完成項目設計、創造與評估。

例如，教學《我們來做“熱氣球”》《空氣和我們的生活》時，學生已初步了解“空氣具有熱脹冷縮的性質”，知道“熱空氣在同等體積下，比冷空氣體積輕”的科學原理。因此，教師抓住“空氣受熱會膨脹”“空氣受熱會上升”“熱空氣的動力驅動”核心內容，提出“設計走馬燈”的項目任務，目的讓學生在實踐中探尋科學知識的應用，通過觀察、想象、實驗、收集、記錄、分析、制作等方式，學會運用科學、技術、工程、數學融合的制作方法，感受科學技術的力量。教師在課內要把整個實踐過程分解為一個個具體事件，同時以向導、顧問的身份，協助學生獨立進行實踐研究，啟發他們運用工程思想設計解決方案。教師提出問題：“觀察電飯鍋、熱氣球、冰箱的共同特征，聯系生活說明冷、熱空氣的流動方向。”然后，讓學生觀看制作走馬燈的視頻，查找關于走馬燈相關信息。教師在項目式教學中，賦予學生“小小發明家”的身份，讓學生在情境框架中，自主明確走馬燈設計要求，根據活動實踐過程準備制作器材，對走馬燈草圖進行繪制、美化、創新，輔助他們在“走馬燈”性能、結構原理的不斷改進中，發現問題，尋找方法，掌握“走馬燈”“熱空氣上升，冷空氣下降”的科學應用方法，形成應用多學科、多領域知識解決實際問題的思維與能力。

二、收集資料信息，討論設計方案

項目教學主張先學后教，先練后講，教學重點不能放在特定學科上，而是要利用特定的重點問題，引導學生以更廣泛的視角，在實踐中發現新知識，掌握新內容。原則上，教師在明確項目任務目標后，要將整個項目工作交給學生獨立完成，讓學生在環環相扣的方案設計、信息收集、項目實施中利用多學科理論知識，解答疑難，追求真理。因此，教師搭建項目結構，明確任務要求后，要將項目交由學生自主制訂計劃，分析設計流程，相互協作交流，完成對整個工作過程的設計勾畫。

例如，教學《形狀與抗彎曲能力》《做框架》《拱形的力量》時，教師開發“橋梁建筑師”項目課程，引導學生沿著項目主線，融合數學幾何原理，綜合考慮結構、拱形、拉索、物態變化等元素，合作繪制工程草圖，“研究搭建各種不同形狀的橋梁”。教師提問：“欣賞橋的形狀、結構美。揚州二十四橋、長江三峽山谷橋、西藏鐵路大橋、法國古代石拱橋等不同橋的形狀、結構有哪些不同？”用“水泥直立橋、連續石拱橋、鋼框架梁橋”情境畫面啟動項目，任務要求：“用生活材料建造一架結構完整的橋梁，承重至少50 個回形針。”各小組組長控制項目進度，測試橋梁性能，小組成員分工合作收集信息，準備材料，選定橋梁模型。

材料石料水泥鋼鐵鋼筋水泥形狀連續石拱橋水泥直立橋鋼框架梁橋鋼索斜拉橋結構拱形結構條形結構框架結構鋼索結構用途行人引水行車行車拱與橋面關系橋面在拱上方橋面在拱下方

教師：“平面橋、石拱橋、斜拉橋哪個更能夠承力？可能會用哪些技術的處理方法？”定義需要解決問題：“橋梁作用是什么？橋梁基本結構包括哪些？什么會導致橋梁的承受力不同？提高抗彎曲能力的方法有哪些？抗彎曲能力強的形狀是哪種？”然后，由學生自主收集信息，商討、估算所需的木棍、紙板材料，確定需要搭建平板橋、拱橋、斜拉橋的形狀與結構，讓學生能基于風力、地形、結構等因素，測算橋墩之間的距離，統計稱重數據，提高綜合知識技能應用，感受建造橋梁的艱辛與快樂。

三、調動高階思維，協作改進釋疑

STEM 理念，以提升學生創新能力、理性思維、科學精神為教育目標。教師在項目課程開發中，要科學整合資源內容，調動學生高階思維，驅動他們利用所學知識思考、執行、改進、調整和創造。因為，小學科學包含生物、氣象、環境、天文、自然、物理多領域、多學科知識內容，項目任務就是要讓學生在求解的過程中產生一些“奇思妙想”，基于學習內容，自覺整理出與問題解決相關聯的知識，并創造性地解決問題。

例如，教學“計量時間”這一單元時，教師開發項目課程“做一個鐘擺計時器”，目的讓學生在“創造”計時工具的實踐過程中，比較、理解人類計時工具的演變、用途、需求，運用測量、比較、統計的方法，研究擺繩長度對鐘擺快慢的影響。目標：鐘擺外形美觀，環保節約，30 秒擺動30 次。材料準備：木架臺、秒表、50cm 長尺、剪刀、棉繩、膠繩、回形針。高階思維是一個長期持續觀察、更新、反饋的發展過程，所以，教師要在恰當的時機，提出研討話題：“擺繩長短有什么特點？”“擺繩長短與擺的快慢有什么關系？”指導學生在反復測試、記錄、測量、反思中分析實驗數據，修正自己的預測，得出結論。

擺錘輕重25g 50g 75g 90g擺動次數95 95 95 95發現擺錘輕重與擺動快慢無關

在測試過程中，我們發現：擺錘輕重與擺動快慢無關。這時嘗試采用遞減法、倍減法、遞增法、倍增法，依此類推，把擺繩長度減少或增加，統計擺動的頻次會不會相應減少。

擺繩長度10cm 15cm 20cm 25cm擺動次數95 78 66 60發現擺繩越長，擺動越慢擺繩越短，擺動越快

結論：“擺的快慢與擺錘輕重無關，與擺繩長度有關，擺繩越短，擺動越快。”

項目評價表

數據是實驗結果的有力證據，“控制變量”是搜集證據的重要方法，有了數據，就有了比較、發現、結論。因此，教師向學生出示項目評價量表，要求學生按照指令，進行交叉分組測試，展開數據“可視化”分析、調整、記錄，讓學生通過前后數據的計算、對比，認識到數據在實驗中的重要性，形成嚴謹科學態度，在實踐中不斷追求1 分鐘擺動60 次，知道時間的常用單位及換算關系，深刻認識到技術對社會發展的作用。

項目式教學是以知識、技能、行動發展為導向的教學方法。教師在課上要強調學生的主體地位，為學生提供自主改進、完善的空間，讓他們能在項目活動的回顧、評價中，相互交流、展示、反思成果，對科學原理和自然事物規律進行歸納、分析、解釋。因為，學生在生活中，見過各種不同類型的鐘擺，對鐘擺原理、材料理解難度不大，但學生一般不會深入思考擺錘重心至固定點距離的關系。“繩長、擺錘相同，為什么相同時間擺動次數不一樣？”結論：“擺錘改變重心，也改變了鐘擺長度。”項目課程開發不能單純演繹知識，教師要引導學生在問題、設計、制作、評測、完善、回顧、總結中，學會運用理性思維和不同方法探索問題，促使學生在尋求合理證據的過程中，能以更為廣泛的技術思維、工程視角，進行邏輯推理，精準計算數據、尺寸，對復雜問題的相互關系做出科學解釋，讓學生在創新思維、科學精神、實踐能力不斷發展的基礎上，具備運用跨學科知識、方法解決問題的能力。

總之，STEM 教育理念下的項目式教學設計，要融合科學、技術、工程、數學等多領域、多學科知識內容，引導學生在富有挑戰性與思考性的學習環境中，能基于項目實踐需求，自主運用科學的思想和方法，分析問題、解決問題，理解科學概念，掌握綜合知識技能、項目課程開發的目的是更好地培養學生的科學精神、科學態度和創新實踐能力，教師要合理利用項目任務，拓展延伸資料背景，驅動學生在猜測、設計、構想與創造的過程中，相互啟發、相互協作，深刻理解科學本質與科學原理，提高創造能力，實現科學思維與科學精神的綜合發展。