基于產品導向STEM教育理念的小學數學課例建構行動研究

文/廣州市教育研究院 侯煜群

廣州市白云區棠溪小學 李志勇

基于STEM理念促進小學數學課程與其它課程有效地融合，是數學學科核心素養培育的重要內容之一。科學探究取向和產品制作取向是當前STEM教育的兩個重要的發展方向。為更好地開展研究，下面將只討論基于產品導向的STEM教育如何融入小學數學課堂教學中。由于相關的實證研究較少，我試圖以行動研究為方法，探討基于產品導向STEM教育理念的小學數學課例應如何建構。

一、課例一：筆袋設計與制作

（一）課程導入階段

首先借助“工程設計”的動畫引入工程設計的概念和流程。

（二）問題確認階段

1.需求分析。創設設計筆袋的情境，教師指導學生明確目標是什么？客戶是誰？客戶需求是什么？筆袋設計的標準是什么？筆袋制作的限制是什么？

2.實際調研。教師讓學生分析概括現有筆袋的特點，從而遷移到即將設計的筆袋的標準。

（三）概念設計階段

教師帶領學生回顧工程設計流程后，提出繪制設計圖的要求：1.用多種視角繪制設計圖，清晰準確的表示出筆袋的外觀，幫助學生實現立體到平面的轉換。學生應用四年級所學三視圖（主視圖、左視圖、俯視圖）的數學知識完成設計圖的繪制。2.用比例尺標記設計圖，用形象的語言與直觀的實物進行引導，有助于加強學生對比例尺的理解。教師提出工程上常用的比例尺的概念。3.在設計圖上寫出設計制作需要的材料及數量。在設計前，將材料價目單與設計圖紙一并發放給學生，提出產品預算的概念，幫助學生加深對情境學習的認知。

（四）制作實施階段

完成產品的制作是考查學生數學與科學、技術等知識整合情況的標準。在制作實施階段，關鍵是如何組內分工合作？如何運用技術手段優化設計產品？如何憑借科學知識改進材料？本階段的重點是制作工具的選取和使用，難點則是使平面到立體的轉化。

（五）測試改進階段

教師對制作完成的筆袋提出評價標準，去極值取平均分進行評分。各小組代表展示產品，匯報本組的設計制作理念，并從產品的性能、外觀等方面進行闡述，匯報后完成產品測試。教師歸納總結，提出如何改進筆袋的要求，學生思考后再設計制作。

（六）二次循環階段

1.再設計與制作

本階段學生應更加關注產品質量的提升。學生分組討論，重新繪制設計圖。教師要求學生在設計圖上寫出改進的地方以及運用的科學原理。學生前往老師處領取制作材料后完成再制作。

2.再測試與反思

本階段中產品的評價仍由各小組成員采取去極值取平均分的方式評分。本階段學生測試完產品后，對比本次測試結果與上次測試結果，對產品的二次設計制作的改進之處進行闡述。

二、行動結果與研究結論

1.行動結果

產品導向型STEM教育融入到小學數學教學中，通過讓學生動手參與工程任務，使學生體會到學習數學的樂趣，對解決實際問題也有極大的幫助。在課例《筆袋的設計與制作》中，應用科學、數學學科知識解決問題，應用技術學科知識提供策略，應用工程學科知識整合知識工具。在制作筆袋這一真實情境中，學生需要了解制作筆袋所涉及的相關的學科知識，學科知識與真實情境實現了整合；在完成筆袋的承重力測量過程中，科學與技術等學科知識實現了整合；在考慮何種大小、形狀的筆袋受力最為均勻過程中，數學與科學等學科知識實現了整合；將工程設計的流程貫穿于設計制作中，工程設計與實施策略更加具有科學性。設計制作筆袋的整個流程將相應的科學、數學、技術、工程等學科知識實現了較好的整合。學生在動手制作筆袋之后，不僅學會了使用測量工具進行精確測量，而且學會了將數學知識中的比例尺應用到工程的繪圖中，還學會了借助數學知識中的多種視角繪圖呈現筆袋各面。

2.研究結論

通過對課例《筆袋的設計與制作》的行動研究，筆者將基于產品導向的STEM教育理念較好地融入到了小學教學中，為更好地指導小學一線教師進行相應的課例開發。課堂是推進STEM教育的主陣地，但STEM教育對于教師們來說比較陌生，如何在課堂上有效實施STEM課程，是教師們的難題。以設計制作為主要活動形式、以工程設計為框架的項目學習的課堂教學步驟，建構作為產品制作為取向的STEM課堂的基本范式，并以此為突破點，創建研究性學習課程體系下的課堂教學范式是未來可期的方向。