STEM项目教学与综合实践课堂的融合探索
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摘 要：近年来，国内对STEM课程实践的热度逐渐升高。STEM项目教学是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式。本文以《鸡蛋保护器》项目为例，通过跨学科教学内容设计、从实际问题入手、工程实践和探索、提高学生合作学习能力这四个方面来阐述实践STEM项目教学的一些方法和途径。
关键词：STEM项目教学；跨学科；综合实践课堂；鸡蛋保护器
【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2019）03C-0108-02
近年来， STEM教育快速兴起，成为当今教育界一个很受关注的新名词。STEM，是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简称，其教育过程强调将原本分散的四门学科内容自然融合形成一个整体，旨在让学生在问题情境中开展合作探究，提升学生解决实际问题的能力，培养综合性创新人才。而项目式学习是一种能够让学生围绕复杂真实问题，经过一段时间的探究，从而掌握不同学科的知识和操作技能的学习方法。
我校在2017年12月，成为广州市实施STEM教育试点学校，在这一年里我们把项目式学习带入综合实践的课堂，对STEM教育模式进行了探索和实践，试图找到一条适合我校的STEM教育之路。下面结合六年级组的《鸡蛋保护器》STEM项目教学实践，谈谈我的理解。
一、STEM项目教学，注重跨学科教学内容设计
跨学科整合意味着我们在STEM教学中，不能过于关注学科界限，不能再将重点放在某个特定学科上，而是要将重心放在特定实际问题上。在教学内容设计上应该围绕一个共同的主题，把不同学科、领域的理论和方法进行有机融合，有计划、有目的地将涉及的知识点进行精心设计，并融入到教学活动设计中，引导学生作为研究者直接参与学习活动，从而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。
《鸡蛋保护器》项目教学，坚持以学生为主、教师为辅的原则。整个活动经历“问题与聚焦”“调查与研究”“设计与制作”“展示与评价”“拓展与应用”五个环节，共设计7个活动。项目的目标设计涉及四个层面：科学方面、技术方面、工程方面和数学方面。在活动中不仅让学生观察、研究壳体结构等各种结构体，还让学生观察、测试各种包装材料的性质。在这些经验活动的基础上，学生收获了数学、科学、工程、技术等各方面知识，然后综合运用这些知识进行了设计， 对比资料， 改进，学会了制订实验计划， 也掌握了实验的方法， 解决了问题。在学习过程中， 学生的交际能力、解决问题的能力、语言表达能力得到了很大的锻炼。这个项目实现了对多学科融合蕴含的知识进行深度挖掘的目的，同时改善了教学活动的设计和学习者在活动中的学习质量。
二、STEM项目教学，注重从实际问题入手
STEM项目教学坚持“真实问题导向”。因此，我们在设计STEM教育项目时，要考虑的是，一方面项目的问题应来源于生活中的实际问题，另一方面项目问题能激发学生的学习兴趣。由于真实问题的不确定性，学生会持续保持探究的积极性，从而激发内在的学习动机，收获解决问题的成就感。
在本项目“问题与聚焦”环节呈现生活中的问题情境，老师网购了一批鸡蛋，可惜收到的时候发现碎了好几枚，如果你是包装设计师，你能设计出更好、更结实的包装保护鸡蛋吗？通过这一生活情境引导学生进行讨论，进而引出本项目的任务要求：设计并制作一个鸡蛋保护器。明确挑战任务：这个鸡蛋保护器需要保护一枚鸡蛋，让它能通过震动、冲击力、1.5 米高处掉落等测试。它要美观实用，方便装取鸡蛋，容易装入大箱运输，制作成本低。由真实的情境导入，让学生心中产生震撼的效果，让学生充分感受到活动的趣味性，激发学生对工程设计的兴趣。在学生看来，制作鸡蛋保护器既好玩又具有挑战性。
三、STEM教学，注重工程实践和探索
STEM教育遵循做中学理念，注重学生动脑、动手、主动参与学习过程。在工程实践的过程中，应鼓励学生用尽可能多的方式进行头脑风暴，寻找解决问题的方法。这个过程包括：真实情境中认识原理，实验研究中建构知识储备，设计制作，改进，再设计，再制作，再改进，再制作等多次重复的步骤，只有不断地优化设计，才能制作出更好的作品，从而解决实际问题。
在本项目“调查与研究”环节，学生参与了“蛋与壳体结构”“材料的结构与功能”“包装材料的选择”三個与鸡蛋保护器技术相关的子活动。在这些活动中，学生通过调查、测量、实验、测试、数据分析等方法认识了壳体结构并知道壳体结构的受力特点；知道不同材料结构的强度；缓冲包装材料的分类和用途等。通过这些既有趣、又有层次的调查与研究活动，扩宽了学生的知识储备，增长了探究热情，为 “设计和制作鸡蛋保护器”奠定了基础。
经历了几个背景经验活动，进入了学生最期待的 “设计与制作”环节。这个活动体现了工程设计过程，引导学生回顾问题，明确任务，绘制设计图，重新设计鸡蛋保护器，并制作鸡蛋保护器。在这里，我惊讶于学生的变化。在“问题与聚焦”环节，学生第一次绘画的鸡蛋保护器设计图是很简单的，差不多都是在鸡蛋下面垫些缓冲材料，用个小盒子把鸡蛋装起来。这样的设计不仅没有思维深度，而且离工程设计是有一段距离的。但进入第五个活动时，我发现学生的设计图丰富很多。学生设计的鸡蛋保护器不管是从结构上还是从材料的选择上，都融入了很多他们的思考。好像有的小组设计了竖向“井”字形的结构装鸡蛋；有的设计三棱镜的结构装鸡蛋；有的给鸡蛋保护器装上降落伞；有的给鸡蛋保护器装上气球；有的用小棒制作多面体结构，然后把鸡蛋固定在中间位置等。整个环节通过“合理设计—尝试制作—实际检验—深挖原因—优化设计—制作检验”这条思路，引导学生进行实践。通过工程的实践，学生的综合能力得到了提升，激发了工程设计的激情。
四、STEM教学，注重提高学生合作学习的能力 STEM课程关注的是学生动手操作和体验，小组合作是STEM 项目学习重要的组织形式。所以在STEM教学的过程中，强调团队合作，在团队内协同设计、制作、测试、修改完善作品。要多给学生提供思考和分析的机会，在团队内分享成果，从而获得创造的成就感。
在《鸡蛋保护器》的项目教学实践中，处处体现了学生的合作学习。组内合作，探究壳体的受力特点和不同材料结构的强度等知识、设计制作出作品、测试结果；组间合作，交流研讨设计的合理性、实施的可行性、找出失败的原因，给出合理的建议等。学生通过沟通和交流，活跃了课堂氛围，产生了学习动力，进而通过不断尝试，完成了项目的制作。学生只有经历多层次、有梯度的合作学习，才能分析并解决复杂的真实问题。
STEM教学不是对各学科知识的交叉融合，而是一种全新的教育理念、课程组织模式和学习方式。更关注对学生合作、创新以及解决实际问题等能力的培养。其与综合实践课程的整合可以在确保教学质量提升的同时，为学生打好综合能力提高的基础，使其逐渐成长为具有核心竞争力的综合性人才。
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