面向全体学生的情境驱动式中长期STEM项目实践研究
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作者:刘阳丹
摘要：作者基于常规课时，聚焦航空情境，挖掘了“制作肺活量计”的现有教学资源，并设计了8～10课时的STEM中长期项目课程。以期能够让学生理解与项目相关的科学、技术、工程和数学等学科知识，体验运用系统思维跨学科解决复杂情境问题的过程。
关键词：STEM;课程设计;面向全体
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2020）11-0000-03
STEM课堂的主体是学生，教师的主要任务是为学生提供理论及活动支撑、整合学科概念、激发学生发挥主观能动性等。调查表明，师生对STEM教育的需求强烈，但在开展STEM课程时存在以下缺点：①授课时长非常规。无论是尝试课、公开课，教师往往采用非常规教学课时，把常规课时延长至1～1.5小时，且难以常态化。②课程零碎化。以“压缩式”的教学方式，教师试图在一个课时让学生综合运用跨学科知识。教学时间大量地花费在教学流程上，具体的学习环节还没来得及完全展开就匆匆收场。
在本项目中，笔者尝试基于常规课时，以情境问题为任务驱动，设计了面向全体学生的中长期STEM项目“制作肺活量计”课程。
● 基于情境的中长期STEM项目
航空航天领域是我国科技领域发展最快、成果最为显著的领域，也是少年儿童开展学科学、爱科学、用科学活动最为活跃的领域，开展校园航空航天教育有利于培养青少年的航空航天意识与科技创新能力。
“制作肺活量计”是苏教版小学科学五年级上册第四单元《呼吸和血液循环》中《肺和呼吸》一课的动手操作内容。笔者将“制作肺活量计”教学内容结合STEM跨学科理念进行教学设计，基于航空航天情境进行创设问题，在复杂问题情境中引导学生综合运用科学、技术、工程、数学等跨学科知识解决一系列核心问题，使其体验问题解决、技术制作和工程设计的全过程。
学生在体验该项目的过程中所运用的跨学科知识与“生物医学工程师”这一角色契合度较高，因此，在课程实施的过程中，笔者一方面以此职业角色激发学生持续研究中长周期项目的热情，另一方面，结合项目内容，设计与该角色相关的拓展内容，如挑战设计满足更多需求的肺活量计，设计一种装置来替代重伤的手臂等项目，加强学生学习STEM后的迁移应用能力，增强职业角色体验。
● 教学资源有效整合，实现跨学科教学目标一体化
为实现不同学科知识与方法在不同情境中的整合、运用和迁移，凸显技术制作和工程设计学科体验，在STEM项目教学中，教师应有效整合现有教学资源，制订清晰的长周期项目教学目标。让学生理解与项目相关的科学、技术、工程和数学领域知识，体验运用系统思维跨学科解决复杂情境问题的过程。
本项目，笔者结合“制作肺活量计”教学资源，以信息技术为依托，鼓励学生在课外访问航空航天网站，了解更多感兴趣的航天科学知识。拓展学生利用信息技术进行自主探究学习的能力。在完成项目任务的过程中，实现相关学科知识一体化学习，跨越学科界限提高解决复杂问题的能力。
● 课程设计三点成面，落实面向全体的教学理念
1.组织形式多样，整合小组交流
STEM教育不仅是多学科知识的整合，其项目开展的过程中还要突出不同观点的整合，个体观点充分交流，形成团队最佳观点。因此，在教学组织上，笔者采用个体、小组、班级多种教学组织方式，将教学活动落实到每一个个体，激发学生合作学习的动力。例如，制作肺活量计项目的方案设计，是先由每位学生独立完成，然后在小组内讨论交流，进行评估和分析，初步形成小组全体成员认可的设计方案。然后，以小组为单位在全班进行交流，教师引导学生从多方面评价作品设计的合理性，小组再次反思讨论，形成迭代后再改进方案。
2.课程评价多层，反馈课堂实效
在教学实践中，作品迭代、小组讨论等教学环节，可引导学生进行组内自评和同伴互评，体现学生学习的自主性和反思性。此外，教师可对学生的思维能力、跨学科应用能力等进行表现性评价;并对学生的肺活量计设计方案、产品等进行展示性评价，且课程评价贯穿于课程始终。
使用的评价类型方面，笔者采用了形成性评价和總结性评价，如通过课堂观察、作品展示、表达交流、纸笔评价、学生评价等方式实施形成性评价，对教学活动全过程进行反馈、调控;并借助纸笔评价和学生量表自评作为总结性评价，由教师在课后进行分析，以深化对项目课程的反思和改进。
3.学习材料开放，突显工程应用
教师准备的制作肺活量计资源包提供了部分制作材料，其中吹气嘴、软管、量杯、记号笔为基础材料，其他所需的材料可由学生自行在生活中寻找。由学生自行选取部分日常生活中常见的开放性材料来解决问题情境，一方面让STEM课程适合全体学生，让每个学生都有强烈的参与感。另一方面，材料的开放性也从一定程度上反映出学生的跨学科应用能力，如能否结合科学知识，选择合适容量、合适材料的容器。学习材料易得，课程实施的可操作性强。
● 课程设计灵活可调，注重“迭代”工程思维实践体验
中长期STEM项目课程设计多以工程设计流程为指导，注重“迭代”工程思维的实践体验。通过“整合”个体和团队的观点，对作品进行“迭代”优化，深入体验工程迭代设计过程。如对肺活量计方案设计的迭代，对肺活量计制作材料的迭代，对肺活量计产品制作的迭代等。
本项目以常规课时为教学单位，设计8～10课时STEM中长期项目课程（如下表）。涵盖“太空旅行情境”等八个学习主题，其中两个课时为拓展课程，可根据具体学情进行取舍。
● 课程实施建议
1.根据具体学情，调整课程实施
该中长期STEM项目强调学生的STEM体验，适合在四～六年级开展。根据学生不同年龄特点、知识结构特点，可在相应学习主题有所侧重。例如，四年级的学生动手能力较弱，教师可以重点指导“制作肺活量计”学习主题，解决核心问题需要涉及到较严谨的科学和数学思维，对于四年级的学生可以作为开放性、启发性的学习主题加以指导，而对于五、六年级的学生则可以提出更高的学习要求。同时，课时的安排也可以根据学生具体的知识储备，进行适当调整。
2.关注学习分享，促进生生互动
在STEM项目学习中，教师是项目的支持者、组织者，而学生才是项目学习的参与者、推进者。因此，需要特别关心学生在项目学习中的分享和交流，无论是课堂讨论中的思维碰撞，还是“迭代”各相关作品过程中的个体和团队思想整合，以及专题 “分享与交流发布会”，分享观点、评价观点都是贯彻项目学习始终的互动方式。STEM项目中每个小组的想法、产品都具有独特性，教师要让学生通过个性化的表达和交流中，形成用严谨的科学方法评价他人观点、产品的思维能力。
3.鼓励课后拓展，实现学习迁移
STEM课程着力培养学生的创新思维和科学探究能力，注重学习过程。在项目学习中，问题是STEM学习的起点，学生面临的是复杂问题、真实问题，问题的解决方法具有多样性，解决问题所需要的跨学科知识具有拓展性和延续性。因此，教师不但是学生在STEM项目学习中的组织者，更是学生在课后对相关衍生问题进行进一步研究的支持者，是学生在生活中借助STEM理念解决类似问题的鼓励者。通过中长期STEM项目的深度体验学习，促进学生实现STEM能力的迁移。
参考文献：
邹绮雯，梁斌.STEM跨学科视域下的项目设计分析[J].中国教育信息化，2019（14）：39-42.
本文为福建省教育科学“十三五”规划2018年度常规课题“核心素养下培养小学生创新思维能力的实践探索”的研究成果，课题号：FJJKXB18-583。
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