聚學科·聯生活·核特征
——第一學段科學STEM項目化學習開展策略探究

浙江杭州市余杭區文正小學 （311199）鄧 君

一、提出問題

發展學生的核心素養，是要培養學生能夠適應終身發展和社會發展所需要的必備品格與關鍵能力。STEM教育因其內涵、模式及特點符合21世紀對學生關鍵能力培養的要求，成為世界各國教育改革的研究熱點。然而，當前我國對第一學段的科學STEM教育實踐研究較少，且相關研究表明，學生盡早接觸到STEM教育，對學生理解能力的發展產生積極影響。因此，立足一線課堂，探索如何設計適合第一學段的科學STEM項目化學習，具有十分重要的現實意義。

STEM教育理念源自美國，是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式。它將科學、技術、工程、數學等學科有機融為一體，有利于對學生創新能力的培養。通過長期的課堂觀察和教學實踐，筆者發現當前部分教師在第一學段科學教學中實施STEM項目化學習時存在以下問題。

1.重環節，輕規律

目前，科學教學中最常見的STEM項目化學習，是基于一個真實問題進行的探究性學習，要求學生在探究實踐中運用已有的科學、數學和技術等學科知識設計一個作品，去解決實際生活中的小工程問題。項目化學習具有相似的流程：創設情境—提出制作任務—設計方案—實施方案—評估方案并改進—反思交流。部分教師會根據這個流程去尋找合適的項目，基于流程開展STEM項目化學習。這樣的做法沒有從學生的身心發展特點出發,沒有結合學生的實際學情，忽視了教育教學的基本規律，導致STEM項目化學習的難度遠遠超過了學生的認知水平，學生無法從中習得知識。

例如，某教師在二年級上學期開展以“紙飛機”為主題的STEM項目化學習。該項目化學習共設置五個環節：第一環節介紹各種物體如何飛行，引出折紙飛機的任務；第二環節為提出想法，即“你覺得什么因素會影響紙飛機的飛行距離？”；第三環節驗證想法，即學生拿到材料后開始制作紙飛機并進行測試；第四環節為改進，即根據試飛經驗再次制作紙飛機；第五環節為反思交流，即舉行紙飛機大賽，讓學生分享成功經驗。

縱觀整個項目化學習流程，是符合STEM教育理念的設計。但走進課堂后發現，在改進環節，教師先讓學生思考紙飛機為什么能夠飛得起來，以此引出與飛機飛行相關的4種力（推力、升力、重力、阻力），引導學生在了解紙飛機飛行的原理之后，再改進自己制作的紙飛機。觀察課堂，可以明顯看出學生在這一環節的參與度較低，難以吸收這些知識。其實，學生第一次正式接觸“力”這個概念，是在五年級上冊“運動和力”單元，學習受力情況分析則是在五年級下冊“沉與浮”單元。顯然，這個項目化學習的難度遠遠超出了學生的認知水平。

2.重模仿，缺思考

由于項目化學習的難度超出了學生的認知水平，所以在這一學習過程中，大多數學生只能一味地進行模仿，并不了解操作背后的原因，導致學生只學會簡單的操作技能，缺少了思維的參與，與STEM教育的初衷背道而馳。

例如，在二年級上學期以“紙飛機”為主題的STEM項目化學習中，改進環節在介紹完飛機的飛行原理之后，教師讓學生討論“力”的來源，思考用什么方法可以改變這些力，讓飛機飛得更遠。如改變飛機頭部形狀以減少阻力，或改變飛機機翼形狀增加升力等。

這一環節超出了學生的認知范圍，仔細觀察發現，大部分學生是在模仿其中一些同學折紙飛機。這樣的課堂變成了沒有思維參與、為完成任務而進行模仿學習的課堂。

3.重協助，錯主體

在開展項目化學習過程中，當學生遇到操作困難且教學時間不足時，部分教師會將學習轉變成由家長與學生合作來完成。這樣會導致制作主體的變換，學生不再是學習的主體。

例如，某教師在二年級下學期開展以“做一頂帽子”為主題的STEM項目化學習。在前兩個環節，教師引導學生認識了各種各樣的帽子，并讓學生設計自己想要的帽子。到了制作環節，學生根據先前的設計，從家里帶來了材料及工具。課時結束后，大部分學生未能完成帽子的制作，于是教師布置了家庭作業：“在家長的幫助下制作好帽子，第二天帶來學校進行班級展示。”

讓二年級的學生自己動手做一頂帽子的難度較大，而教師布置的作業既有內容要求，又有時間限制。可想而知，當這一作業轉移到家庭后，制作的主體從學生轉變成了家長，大大降低了學生的參與度。

4.重成果，輕過程

當前，部分中小學紛紛建設STEM教育課程，急于宣傳STEM教育的成效，在教育教學中過分關注成果的展示，而忽視了STEM項目化學習活動是圍繞解決問題開展的。在整個科學課程的STEM項目化學習中，學生缺少解決問題的動力和分析、推理、交流、合作的經驗，導致STEM項目化學習變成了沒有探索價值的手工課。

例如，某教師在二年級下學期開展以“報紙環保衣”為主題的STEM項目化學習，該項目共設置五個環節。第一環節：展示各種報紙制作的環保衣，引出主題“量身定制環保衣”；第二環節：設計環保衣，“畫出你想要報紙環保衣”；第三環節：測量尺寸，學生合作測量身體各部分的尺寸；第四環節：制作環節，學生根據設計圖合作做報紙環保衣；第五環節：評比環節，將制作出來環保衣進行展示評比。

該項目涉及的原理并不多，難度在學生可接受范圍內。但到了制作環節，學生的制作脫離了前面的測量和設計，一些學生直接將報紙貼在身上，手忙腳亂地制作一件能掛在身上的“衣服”，且教師未能及時指導學生要根據設計進行制作，導致項目化學習變成了只注重成果而沒有探索價值的手工課。

二、尋找對策

要解決以上問題，關鍵在于設計適合第一學段學生水平的STEM項目。適當的項目化學習內容能提高學生的參與度，避免STEM教育停留于環節，止步于模仿，借力于家長，側重于成果。如何準確地設計適合第一學段學生水平的STEM項目，是當下一線科學教師急需解決的問題。教師必須從學生的實際學情出發，遵循學生的身心發展特點和認知規律，才能設計出切合學生實際的項目化學習。

1.聚焦各學科知識

STEM項目化學習注重探究性，強調要讓學生動手、動腦，運用學過的知識去解決問題。因此，整個項目化學習過程中蘊含的新知識應盡可能簡要，否則就會變成教學抽象知識的科學課了。對學生已掌握的學科知識進行梳理時，教師應找到各學科知識之間的關聯點，將STEM項目化學習建立在學生已有的知識基礎上，這樣能有效避免項目化學習內容超出學生的認知。

2.聯系學生生活實際

情境性是STEM教育的特征之一，強調學習過程要圍繞一個真實問題展開，要求學生能夠根據所處情境靈活應用知識解決問題。教學中的情境越貼近生活實際，學生就越能感受到學習活動與自身生活息息相關，其對學習的投入度也就越高。因此，教師要在找到各學科知識的關聯點后，聯系學生的生活實際，設計貼近現實生活的STEM項目群。

3.核對學生特征

根據學生的所學知識和生活實際設計的STEM項目化學習，雖然在認知和相關性方面能夠滿足學生的學習需求，但這并不意味著完全適合學生。學生在學習過程中難免會遇到問題，所以在初步擬定一系列的項目環節之后，教師要將項目群中的各項目環節與學生的特征進行核對，以確保STEM項目化學習順利開展。

綜合以上分析，STEM項目化學習的設計要具有以下邏輯關系（見圖1）。

圖1 STEM項目化學習中的邏輯關系

三、策略運用

結合以上對策，設計適合第一學段學生的STEM項目化學習，讓學生能像科學家一樣經歷完整的研究過程，以有效提高學生的核心素養。

1.繪制學科知識地圖，尋找關聯點

將學生學過的各學科知識以表格的形式進行羅列，有助于找到各學科知識中可切入的關聯點。例如，1~2年級的數學、科學學科知識見表1、表2。

表1 1~2年級數學學科知識地圖

表2 1~2年級科學學科知識地圖

根據數學、科學的學科知識地圖，可以發現這兩個學科在“測量”這一知識點上具有關聯性，教師可以此知識點進行切入。

2.聯系實際生活，建立STEM項目群

找到數學與科學學科之間的關聯知識點——“測量”后，要測量什么呢？教師可帶著這個問題聯想二年級學生在實際生活中可能會遇到的問題。觀察發現，學生在生活中可能會遇到兩種測量問題：一是測量自己的身體尺寸，如身高、腰圍等；二是測量身邊物體的尺寸，如桌子、凳子等。根據這些問題，教師可擬定以下STEM項目群（見表3）。

表3“測量”主題的STEM項目群

3.核對學生特征，確定最后項目

初擬項目群之后，教師要核對學生的特征，如興趣、操作能力等，分析哪個項目最能吸引學生的興趣且難易程度最合適。經調查，學生對以上三個項目都很感興趣，此時則考慮學生的操作能力。項目1和項目2對動手能力要求較高，操作過程中涉及曲面周長的測量、布料的剪裁與縫合等，這類活動對二年級學生而言難度較大。而根據1~2年級美術學科知識地圖（見表4），發現二年級學生正在學習折、剪等基本操作，能夠基本掌握簡單的折、剪技術。由此，項目3更適合在二年級學生中開展。

表4 1~2年級美術學科知識地圖

四、實施成效

確定好二年級下冊的科學課程STEM項目主題為“包書皮”后，教師要提煉項目目標，設計教學內容，商榷評價方法，再進入課堂實施項目。在二年級科學課程教學中，按照以上的對策實施以“包書皮”為主題的STEM項目化學習，之前提到的問題基本消除，項目化學習實施展現成效。

1.符合認知，難度適當

“包書皮”項目所要解決的問題是根據書本的尺寸，設計一個合適的書皮。項目化學習過程中運用的主要知識是測量，而學生在數學和科學學科中均已學習過“測量”這一知識點，能夠很快地理解項目化學習中蘊含的科學原理及學科知識，項目難度處于學生的最近發展區，便于學生進行知識的遷移和應用，符合學生的認知水平。

2.獨立思考，發展思維

學生了解該項目化學習中蘊含的科學原理與學科知識，并能將知識進行有效的遷移和應用，可促進創新思維和實踐能力的發展。因此，這一項目化學習不僅是技能上的實踐，還包含了思維的深度參與。

3.突出主體，增強體驗

“包書皮”項目實施過程中需要用到的操作技巧有量、折、剪、粘、畫等，是基本的操作技巧，學生在日常生活及美術課中都有過實踐經歷。因此，這一項目化學習在實踐和思維上很適合學生，學生在課堂上就能獨立完成。自己動手、動腦，親身參與學習過程，將抽象的書本知識與實際問題聯系起來，增強了學習體驗。

4.環節緊扣，有機融合

以“包書皮”為主題的STEM項目化學習，要求學生先測量書本尺寸，再在原材料上進行設計，然后依據設計圖進行剪裁、美化，“設計—制作—優化成果”等環節緊緊相扣，做到了有機融合，不存在設計與制作或設計與優化成果之間脫節的問題。經過這一項目化學習后，學生的小組合作更團結了，探究能力也有所提升，信息表達能力得到提高。

當前，針對第二學段的科學STEM項目化學習研究仍處于探索階段，希望廣大教育工作者能夠秉承科學探究精神，與各學科教師合作研究，設計出切合學生實際、能夠促進學生核心素養提升的科學課程STEM項目化學習。