STEM撬动科学课堂的跨学科融合

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　　[摘 要]基于项目的学习为学生提供了融入真实情境的机会，帮助学生对科学、技术、工程和数学各领域的概念进行深入的理解。STEM项目学习以工程设计为基石，将课堂学习和现实世界相结合，帮助学生建立批判性思维。在科学教学中，教师可从激发动机、引发认知冲突、改进技术、拓展延伸四个方面，创设真实情境，调动学生的知识储备，使学生的思维碰撞出火花，形成创意并付诸实践。
　　[关键词]科学教学;项目式学习;跨学科;思维
　　[中图分类号] G623.6 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9068（2019）15-0080-02
　　STEM在众多孤立的学科中建立起一座新的贯通桥梁，通过把各领域内的学科知识和技能的教和学有机整合到一起，将学生零碎的知识梳理成相互联系的统一整体，是一种跨学科的有机融合，为学生提供了整体认知的契机。STEM项目学习促使学生钻研与生活相关的现实问题，取得具体的学习成果。在目前的教育框架下，这种学习方式尤为重要。在基于项目的STEM学习中，学生要经常进行聚焦于现实世界的真实问题的、跨学科的探究活动。参与跨学科的STEM项目学习的经历，有助于学生更好地理解自己身边的世界。下面，笔者就《玩转小陀螺》一课谈谈自己是如何进行STEM项目教学的。
　　一、动机激发——真实情境的创设
　　传统的教学以学生对知识点的掌握为核心，忽视真实情境的创设，学生对知识的应用与解决问题能力的培养。在教学过程中，教师要创设良好的教学情境，激发学生的学习动机，调动学生学习的积极性，使其产生强烈的求知欲，保持积极的学习情感与态度。
　　教学设计（一）：聚焦任务，认识陀螺
　　问题1：你最喜欢的玩具是什么？应该怎么玩？（生：我最喜欢乐高，它是拼装起来玩的。）
　　问题2：你是个乐高小高手。还有谁想说一说？（生：我喜欢一个毛绒玩具，因为它有一股特殊的香味。）
　　问题3：今天老师也带来一个好玩的玩意儿，这是什么？（生：陀螺）
　　问题4：陀螺怎么玩？（生：陀螺下面有个发条，一拉发条，陀螺就会转起来。）
　　教师从学生喜闻乐见的小陀螺入手，激发学生的兴趣，提倡真问题真探究，从生活中来，到生活中去，为课程的教学做了充分的准备。
　　二、认知冲突——经验的提升
　　在制作模型活动中，学生进行了迭代式学习和摆弄式学习。这不同于常规的有条理的规划，允许学生以玩耍、摆弄、探究、迭代的方式投入到模型制作活动中，但无论是学习方式还是学习进程，都强调以创新思维为核心，学习路径是开放的。
　　教学设计（二）：构建模型，制作陀螺
　　教师介绍陀螺的发展史，让学生了解陀螺由转轴、转盘构成。
　　问题1：同学们平时玩的陀螺是哪来的？是买来的还是自己做的？大家想不想自己动手做一个陀螺？
　　问题2：今天我们来制作陀螺，应该准备什么？怎么做？（学生讨论）
　　问题3：老师准备了一些简单的材料——一张圆纸片、一根火柴，怎么把它们组装成一个小陀螺，并转起来？请大家小组讨论一下。
　　技术为改造世界提供可行的手段和方法。技术的核心是方案设计，而方案设计的要求是具体可行。在方案探究设计中，教师首先要筛选出具有可操作性的探究目标;其次，要对教学内容进行选择，采用一定的变式，控制一定的变量，使之成为具体的可操作的方案，以便学生把探究活动顺利进行下去;最后，对探究方案进一步优化改进，培养学生的批判性思维和创造性思维，使探究方案更完善，探究活动更有效。教师通过介绍陀螺史，让学生通过观察和归类，概括出不同类型陀螺的相同构造，认识不同时期、不同种类的陀螺，培养分析、概括能力，为制作一个能转动的小陀螺奠定基础。项目式学习应该听到学生发自内心的声音。
　　三、改进技术——思维火花的碰撞
　　工程设计过程的下一个环节是让学生测试自己设计的解决方案是否有效。学生要收集有关方案性能的数据并找出需要改进的地方。有时，依次对构成设计的每一个单独因素进行更改，明确每一个因素会对设计方案的性能造成怎样的影响，是非常重要的。这个环节，使学生认识到工程设计过程具有反复性。在这个过程，教师要引导学生通过测试对自己的设计进行优化。在优化设计的过程中，学生理应获得对自己所做的修改进行再测试的机会。
　　教学设计（三）：改进技术，设计一个轉得久的陀螺
　　测试1：①接下来，我们进行一场PK赛。②交流——为什么各组的陀螺转动的时间不同？③学生改进技术，调整转盘位置。
　　测试2：①你还有什么办法能让小陀螺转得更久？②小组讨论、汇报。③出示大转盘，让学生与自己制作的小转盘进行比较。④学生展示并交流方法。
　　测试3：①转轴和陀螺的旋转时间有什么关系？②学生集体交流，并改进转轴。
　　头脑风暴是一个交互过程，让学生独立思考解决方案，有助于推动这个过程，但是大部分时间，教师应该让学生分组进行头脑风暴。好的项目式学习，需要学生既贡献个人智慧，还要分享专业知识和技能，尊重彼此，团队协作。
　　工程是改造世界的实践活动和建造实施过程。如果说技术是停留在纸面上的设计，那么工程就是技术的行动，是对技术的验证和完善，是技术落实在实践中的真实结果。教师可引导学生在调整转轴与转盘间的位置关系，测量陀螺旋转时间的长短，使转轴和转盘处在最佳位置。整个实验过程由学生自己控制完成，学生在动手前设计，在动手中思考，在动手后改进。
　　四、拓展延伸——完善创意陀螺
　　要成功完成一个项目，学生需要更多的时间，更多的探究尝试，不能因课程结束而停止探究。
　　教学设计（四）：拓展学习，完善一个创意陀螺
　　1.拓展：陀螺仪介绍。
　　2.还有哪些方法能使陀螺转得更久？请大家课后试一试。
　　通过课后的研究探索，学生发现陀螺持久旋转的秘决：在陀螺转盘边缘增加重量，这比给整个转盘增加重量更有效。通过比较，学生自然而然明白为什么要将陀螺的下方设计成圆锥形;通过反思，学生学习到专业知识，增长技能，增强自信心。项目就是探究的延伸，项目具有现实世界的吸引力，当学生进行体验时，他们看到了自己所学东西的价值，会更加积极地钻研。
　　STEM项目学习为不同学科内容的整合提供了机会，良好的项目式学习本身就是跨学科的，而其本质是合作性的，可以帮助学生建立高阶思维，也可以帮助学生在不同学科之间建立有意义的联系。
　　（特约编辑 木 清）
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