设计制作活动中实施STEM教育的思考
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【摘要】综合实践活动与STEM教育培养目标与课程特质有着相通之处，在小学综合实践课堂开展STEM项目学习极具可行性，对培养学生的独立思考能力和创新思维有着重大的意义。设计制作作为综合实践活动课程的主要活动方式之一更是与STEM项目学习有着异曲同工之妙，因此，笔者认为在设计制作活动中实施STEM教育具有较强的可操作性。本文中，笔者尝试在设计制作活动的课程内容、教学步骤、学习支架、评价方式上阐述如何在设计制作活动中实施STEM项目学习。
【关键词】综合实践活动；设计制作；STEM
提高学生的实践水平和创造力是我国素质教育中是值得重视的问题。综合实践活动是从学生实际出发，强调运用各种学科知识解决现实问题的课程，是具有自主型、实践性、整合型等特点的跨学科实践性课程。而STEM也是一种跨学科整合的教育模式。学生在在特定的情景中运用相关学科知识，解决现实生活中的问题，这与综合实践活动的课程理念不谋而合。因此，在小学综合实践课堂开展STEM项目学习极具可行性，对培养学生的独立思考能力和创新思维有着重大的意义。
《中小学综合实践活动课程纲要》中提出：“学校与教师要根据课程目标，并根据学生发展的实际需要，设计活动主题和具体内容，并选择考察探究、社会服务、职业体验或设计制作等活动形式。其中，设计制作指学生运用各种工具、工艺（包括信息技术）进行设计，并动手操作，将自己的创意、方案付诸现实，转化为物品或作品的过程，如动漫制作、编程、陶艺创作等，它注重提高学生的技术意识、工程思维、动手操作能力等。在活动过程中，鼓励学生手脑并用，灵活掌握、融会贯通各类知识和技巧，提高学生的技术操作水平、知识迁移水平，体验工匠精神等。”设计制作的关键要素包括：创意设计；选择活动材料或工具；动手制作；交流展示物品或作品，反思与改进。而STEM项目学习一般以制作手工作品为起点，在教师的指导下，学生按自己的设计思路，采用科学的方法完成作品设计。学生在完成作品的过程中运用各学科知识，进行系列的探究与设计活动。因此，笔者认为，设计制作活动与STEM项目学习的基本理念是一致的，在设计制作活动中实施STEM教育具有较强的可操作性。
如何在设计制作活动中实施STEM项目学习？笔者在课程内容、教学步骤、学习支架、评价方式上做了思考与实践。
一、开发让学生运用多学科知识解决实际问题的课程内容
跨学科性是STEM最重要的核心特征，意味着教师在STEM教育中不再将重点放在某个特定学科或者过于关注学科界限，而将重心放在特定问题上，强调利用科学、技术、工程或数学等学科的关联知识解决问题，实现跨越学科界限，从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力的教育目标。（赵中建，2017）
笔者在二年级《神奇的密封袋》主题活动中，让学生通过观察、探究活动了解密封袋的原理后，设计了让学生自制密封袋活动。密封袋是学生生活中常见的用品，通过不同的连接方式，使两个部分牢固的锁在一起，起到密封的作用。学生通过观察和研究常见的各种密封袋，了解密封袋的原理，了解在设计需要考虑其用途和条件的限制，这个项目中，学生围绕如何自由的打开和闭合密封袋这个实际问题，运用了科学、设计与技术等知识来设计密封袋。
二、设计凸显STEM项目课核心的教学步骤
以工程为框架这一点对于STEM课程来说无可置疑。工程设计过程是解决STEM项目挑战的组织方法，这个过程包含从定义问题到创造并开发最终解决问题的一系列步骤。STEM中的E（工程）就是传统课程与STEM课程的重要区别。工程设计流程可以简单概括成以下5个步骤：确定问题、确定标准和约束条件、产生得解决方案、建立模型或原型、测试并完善设计。
以五年级《DIY水过滤器--设计制作课》为例，阐述如何设计课堂教学。首先，从谈话导入开始，引发学生思考工程师如何通过过滤去除水中的有害物质，确定设计制作一个过滤器，去除这杯水中的有害物质的这个问题。第二步，引导学生思考与讨论以下三个问题：水处理在整个水循环过程中的位置；绘制过滤器的草图，思考你会采用那些材料制作过滤器；你如何得知你设计的过滤器能够起作用？为什么？以此明确确定标准和约束条件是：使用棉球、沙、砾石、活性炭为材料制作的过滤器能把红色的物质过滤，该项活动预算总开支不能超过5元。第三步，各小组根据限定条件与标准，讨论确认一个方法，并绘制草图与制订小组预预算计划。第四步，学生分组制作水过滤器。第五步，对已完成的小组进行测试评判，引导学生思考不足之处，失败原因。学生根据新知识，重新设计水过滤器，完善设计。
三、建构帮助学生完成任务的学习支架
STEM教育重视学习者学习主体地位的同时，也不忽视教师的指导作用。教师提供必要的学习支架，是确保学生在顺利进行学习并解决问题的关键所在。典型的支架包括（闫寒冰，2003）：情境型支架、问题型支架、实验型支架、信息型支架、知识型支架、程序型支架、策略型支架、范例型支架、训练性支架等。
在三年级的《设计制作植物构造模型》中，笔者在活动中设计了让学生观察被阻隔阳光的植物，引导学生讨论植物生长的必要条件优哪些，引发学生思考植物如何在叶子上制造养分？各种物质如何在茎里上下移动？空气如何进出？为学生设计了问题型支架，创设问题情景，帮助学生进入学习，引发学生思维。在动手制作之前，笔者给学生介绍了植物的构造与运作的相关知识，为学生提供信息型支架，帮助学生了解正确的知识，指导设计制作产品。学生在老师的引导下，经历确定问题、确定标准和约束条件、产生得解决方案、建立模型或原型、测试并完善设计等工程设计流程，实际上是为学生提供了程序型支架，培养学生的工程思维。
四、运用关注学生的真实能力的评价方式
STEM教学侧重于培养学习者解决实际问题的能力，因此，STEM项目学习的评价应更关注学习者的真实能力。STEM项目学习的教学评价包括形成性评价和总结性评价。形成性评价注重学生过程表现，较多地使用评价量表等形式了解活动过程中的存在问题，及时反馈，一遍教师调整教学方案。在STEM项目学习中，评价量规实较为常见的一种评价方式。筆者围绕三维目标，对学生的搜集资料能力、质疑能力、探究性阅读能力、口头表达能力、动手操作能力、小组学习计划、合作学习、学习成果、成果展示效果、学习效率情况、参与态度等方面设计评价量表，检验学生真实的能力，为学生明确努力方向。
综上所述，在设计制作活动中实施STEM教育，要做到以下几点：围绕生活问题开展的设计制作活动，让活动自然而然成为应用跨学科知识解决问题的STEM教育；在课堂上运用工程设计的步骤培养学生工程思维，凸显了STEM项目课的核心内容；为学生构建不同类型的学习支架，发挥教师在STEM教育中对学生意义建构的帮助和促进作用；制定评价学生真实能力的STEM项目学习评价方案，让学生在设计制作中综合应用知识解决真问题，激发学生的创造力和创新能力，同时发展了应用科学思维、进行批判性思考的能力，提高学生综合素质。
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