STEM教育背景下《制作太陽能小臺燈》項目式教學模式探索

查嘉雯

〔摘? ? 要〕? STEM教育背景下的小學科學教學，更多的是項目式教學，以項目式教學為載體，以項目式學習為方式。小學科學課程中“技術、工程與社會”內容中有一些項目，符合STEM教育理念，適合開展STEM活動。教師可以開發一些項目，引導學生基于跨學科思維和方法，制造產品，借助創意作品進行實驗探究。

〔關鍵詞〕? 小學科學；STEM教育；項目式教學模式；太陽能技術

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 16? ? 070-072

STEM教育是一種源于美國的教育理念。STEM是科學、技術、工程、數學英文首字母的縮寫，它主張將科學教育、技術教育、工程教育、數學教育融為一體，運用多學科知識解決復雜的問題，強調教學的跨學科性、實踐性、探究性。STEM教育對我國的教育產生了一定的影響，推動了科學等學科教學的革新與發展。廣大科學教師應積極嘗試，將其融入科學課程教學，以優化科學教學方法，提升科學教學質效，促進學生科學素養發展。STEM教育背景下的科學教學是一種跨學科主題教學，是一種多學科的實踐探究活動，教學中主張借助跨學科概念，加強工程、技術、數學與科學的融合，整合探究式、體驗式、項目式等教學方式。STEM教育背景下的小學科學教學更多的是一種項目式教學，以項目為載體，以項目式學習為方式。

小學科學課程中的“技術、工程與社會”內容中有一些項目，符合STEM教育理念，適合開展STEM活動，教師可以開發一些項目，引導學生基于跨學科思維和方法制造產品，借助創意作品進行實驗探究。譬如，“制作太陽能小臺燈”就是一個很好的項目，是以“太陽能技術”為核心概念，將科學、工程、技術、數學等內容高度整合的創意實踐活動。教師可以借助太陽能小臺燈的制作，引導學生展開探究學習，在科學課堂上滲透STEM教育。筆者以《制作太陽能小臺燈》一課為例，談談STEM教育背景下的小學科學項目式教學模式。

一、情境導入，引出項目

小學科學課程標準在“技術、工程與社會”內容中做出教學提示，建議教師通過創設真實的問題情境，引導學生在解決問題的過程中體感受工程與技術的基本特點。情境是項目的生發土壤，是科學探究的載體。教師可以立足現實世界，創設生活情境，在具體生動的場景中，引導學生去發現問題、提出問題，從而引出研究項目，啟動科學探究。

項目式教學的情境創設，要具有真實性、趣味性、可操作性。要激發學生的興趣愛好，增強學生的學習內驅力，充分喚醒學生的主體意識，促使學生變為學習的主人，積極主動地投入項目研究中去。

在《制作太陽能小臺燈》一課教學中，我出示了一張小區路燈圖片，請學生觀察并說說圖片中的路燈與普通路燈有何不同。熟悉的場景一下子吸引了學生的注意力，喚起學生的生活回憶：“我見過，這是太陽能路燈?！薄八抢锰柲軄碚彰鞯??！薄吧厦娴难b置是太陽能光電板?！薄疤柲芄怆姲蹇梢詫⑻柲苻D換成電能?！睂W生你一言我一語，太陽能路燈引起了他們的興趣。“你們懂的可真多！你們知道生活中還有哪些地方用到太陽能嗎？利用太陽能有什么優點呢？”我邊表揚邊向學生提出問題，引導他們進一步認識太陽能。在引導學生初步了解了太陽能的應用和價值后，我給學生出示了一盞小臺燈，并向學生求助說：“我做了一臺太陽能小臺燈，可是覺得不夠亮，你們能幫我想想辦法嗎？”我的求助再次引發學生的思考和討論。有的學生建議：“換一個大一點的燈泡，這樣亮度就會變大。”有的學生說：“換一塊大一點的太陽能光電板，讓太陽光照射的面積大一點。”“換一塊大一點的蓄電池，使儲存的電能多一點?！薄澳銈兊南敕烧娑啵沁@些方法到底行不行呢？太陽能燈的亮度受哪些因素影響呢？”我邊耐心地聆聽學生的回答，邊對學生的觀點提出疑問，同時激勵學生說：“你們愿意親手做一盞太陽能小臺燈來研究研究嗎？”學生聽說我讓他們制作太陽能小臺燈，一個個歡呼雀躍。就這樣，既提出了科學探究問題，又引出了科學研究項目，還激發了學生探究興趣，可謂一舉三得。

二、跨界思考，設計方案

“工程設計與物化”是科學課程的一個重要內容，也是STEM教育的重要載體?！霸O計與物化”是STEM活動的兩個重要環節，其中“設計”是工程的關鍵，也是項目式教學的重要環節?！霸O計”是設計問題解決方案的過程，是為產品或模型制作準備的過程。設計方案也是跨界思考的過程，是訓練學生思維的一個重要途徑。部分科學教師對設計教學不太重視，很少組織引導學生設計方案，往往直接把作品的制作方法、步驟告知學生，讓學生“依葫蘆畫瓢”，機械地模仿制作。這樣的操作，往往束縛了學生思維，導致學生失去思考分析的機會，失去綜合運用知識、方法解決問題的機會，也使STEM教育與科學探究失去了意義。

STEM教育背景下的工程設計，是跨學科融合的過程，是跨界思維的過程。教師引導學生綜合運用多學科知識，引導學生利用科學思維、工程思維、技術思維、數學思維去思考和解決問題，整合科學、工程、技術、數學知識和方法去設計工程問題的規范和流程，優化并形成合適的方案。

教學《制作太陽能小臺燈》一課時，在提出“制作太陽能小臺燈”的任務后，我讓學生分組討論，合作探討“太陽能小臺燈的制作方案”。在學生設計制作方案時，我給學生提供了助學單，為學生搭建了學習支架，給學生提供了設計思路：制作太陽能燈需要哪些部件？每個部件分別起到什么作用？怎樣組裝部件將線路串聯起來？畫出示意圖闡明自己的思路和創意。

各組學生圍繞助學單上的幾個問題展開討論，從科學、工程、技術等角度進行構思。他們運用科學中的電路知識和方法，選擇太陽能光電板、燈泡、開關、導線等電路連接的主要材料，并且繪制出零部件的連接草圖。他們還從技術與工程視角出發，選擇了一個底板當臺燈的底座，選擇了一個燈泡座安裝燈泡，選擇了雙面膠固定連接部件。在方案設計過程中，他們有商量也有爭議，有針對電路如何設計的問題，有關于燈泡亮度的影響因素，有關于太陽能光電板的安裝要求，有關于如何對接接口確保電路接通。在學生爭議時，我適時介入，引導學生質疑碰撞，幫助他們發現問題，探討解決方法，通過集思廣益，不斷優化改進方案，提高方案的合理性與可操作性。

三、通力合作，制作作品

“實踐是檢驗真理的唯一標準。”實踐體驗是科學教學、STEM教育的重要途徑和方法，在項目式科學教學中，自然也少不了實踐體驗。工程活動的本質是創造人工實體，也就是人們常說的“物化”的過程，是實施設計方案和檢驗方案的過程。制作作品也是項目式教學模式的第三步，是訓練學生工程實踐能力與創新能力的重要環節。在這一步中，學生親手操作，親身體驗。

制作作品的過程并非“依葫蘆畫瓢”，并非原封不動地照搬設計方案，而是“做思結合”的過程，是“做中學”的過程。在制作作品時，學生要動手操作，要觀察，要思考，要融入多元思維，調整操作方法、步驟。在制作作品時，需要團隊分工與合作，小組成員相互配合支持，教師與學生共同合作。

學生制作作品的過程，往往是學生最為活躍的時候，此時的組織紀律比較差，需要教師的管控和指導。在學生動手制作之前，教師要明確紀律要求，提出注意事項。在學生制作過程中，經常會出現一些意外狀況，如有爭搶器材不守紀律的，有不按要求任意操作的，有遇到困難無法完成的。因此，教師要巡視，適時干預調控，或提醒學生注意秩序，或介入小組予以指導?？傊?，在學生制作作品過程中，教師要當組織者、服務者與合作者，要為學生助力、賦能，確保方案的有效實施，確保任務的圓滿完成。

四、測試評估，深入探究

從科學探究的角度看，適當利用實物模型或者工具有助于科學探究。產品制作讓科學、工程、技術、數學成為密切相關的整體?？茖W作品的制作有兩大作用：一是給學生提供應用科學知識、方法、原理的平臺；二是可以借助作品深入探究，更好地理解科學原理。作品的制作完成，并不代表教學活動的結束，教師應當充分利用學生制作的作品，繼續組織開展相關教學活動：可以組織學生展示交流作品；可以組織測試評估作品；可以利用作品進行相關實驗。

測評是項目式教學模式的第四步，對作品進行測試評估，以了解學生產品的質量和項目的完成情況。這既是對作品的檢驗，也是對學業質量的評價。測評是在作品制作活動結束后，教師為學生搭建一個平臺，讓學生展示作品，交流觀點，分享經驗，相互學習。

在檢測過程中，我還組織學生展開深入探究，引導學生比較各組小臺燈的亮度，分析造成不同亮度的原因，找出影響太陽能燈亮度的因素。有的學生通過觀察比較，發現光電板小的臺燈暗較，光電板大的臺燈較亮，從而得出“受光面積越大，燈亮度越大”的結論；有的學生通過猜想和實驗，發現光電板的受光角度也會影響太陽能燈的亮度；有的學生還利用制作的太陽能臺燈反復實驗，通過研究得出新的結論：“光電板的受光角度越大，燈就越亮，當受光角度達到90°時最亮?！睖y評過程中，教師引導學生檢測作品，感受成功；引導學生發現問題，深入探討；引導學生質疑碰撞，創新提升。在評價過程中，我們不僅要評價作品，關注學生的學習成果，還要評價學生的表現，關注學生的學習過程，讓他們懂得過程和結果同樣重要。在評價過程中，我們要面向全體，對每一組的作品都要予以認可，要采取賞識性評價，以提高學生的獲得感與自信心。

五、改進優化，迭代升級

科技的創新發展促進了產品的迭代更新，迭代升級反過來催生學生深度學習和思維創新。學生制作的作品不可能十全十美，或多或少會存在某些方面的不足。有的可能是設計時就存在缺陷，有的可能是制作時精度不準，在作品測評中，這些問題就會暴露出來。因此，在測評結束后，教師要引導學生發現問題，改進完善有缺陷的作品，鼓勵學生聽取同學提出的合理意見，借鑒他人的經驗，有針對性地進行修改。

改進優化是項目式科學教學中非常重要的一個環節。該環節不僅是為了讓產品迭代升級，也是為了提高學生的能力和經驗，幫助學生養成積極上進的品格和不斷學習提升的習慣。例如，教學《制作太陽能小臺燈》一課中，我在組織學生對制作的太陽能小臺燈進行“測試評估”后，引導學生對出現的問題進行分析，對學生提出的一些建議進行取舍，以改進優化小臺燈的性能，提高小臺燈的亮度與美感。有的小組發現自己的臺燈不如別的小組臺燈亮，于是就更換大的光電板，以嘗試提高亮度。有的小組還創新想法：根據向日葵等植物的向光性，讓太陽能光電板隨著太陽移動而轉動，通過智能化轉動自動調節受光角度，保證受光角度時刻達到最優，以使太陽能燈亮度一直最大。這種創新思路雖然暫時未能實現，卻可大大提高產品的性能，給學生提供了新的研究課題。

產品的改進與優化，促進了學生深度思考，幫助學生實現了從低階學習向高階學習的轉化，實現了自我進階與升級。我們要借助改進優化環節，在不斷迭代升級的過程中，培養學生“問題—改進—新問題—再改進”的習慣。

六、回顧總結，拓展延伸

項目式教學是一根完整的閉環鏈條，從項目的引出到項目結束，中間經歷了方案設計、作品制作、測試評估、改進優化等四個環節，最后一環是總結延伸。所謂總結延伸，是指對整個項目式學習活動過程的回顧梳理、反思總結，從而建構完整的知識體系，形成基本的活動經驗。與此同時，教師還要將學習內容予以拓展，給學生提出新的研究項目。

回顧總結時，教師應以學生為主體，引導學生回顧學習過程、自我歸納總結所學到的知識、技能和方法，對得失成敗予以全面分析和反思。在教學結束前，教師還可以創設新情境，提出新問題，布置新任務。

參考文獻

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