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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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