STEM項目教學與綜合實踐課堂的融合探索
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摘 要：近年來，國內對STEM課程實踐的熱度逐漸升高。STEM項目教學是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式。本文以《雞蛋保護器》項目為例，通過跨學科教學內容設計、從實際問題入手、工程實踐和探索、提高學生合作學習能力這四個方面來闡述實踐STEM項目教學的一些方法和途徑。
關鍵詞：STEM項目教學；跨學科；綜合實踐課堂；雞蛋保護器
【中圖分類號】G 【文獻標識碼】B 【文章編號】1008-1216（2019）03C-0108-02
近年來， STEM教育快速興起，成為當今教育界一個很受關注的新名詞。STEM，是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科的簡稱，其教育過程強調將原本分散的四門學科內容自然融合形成一個整體，旨在讓學生在問題情境中開展合作探究，提升學生解決實際問題的能力，培養綜合性創新人才。而項目式學習是一種能夠讓學生圍繞復雜真實問題，經過一段時間的探究，從而掌握不同學科的知識和操作技能的學習方法。
我校在2017年12月，成為廣州市實施STEM教育試點學校，在這一年里我們把項目式學習帶入綜合實踐的課堂，對STEM教育模式進行了探索和實踐，試圖找到一條適合我校的STEM教育之路。下面結合六年級組的《雞蛋保護器》STEM項目教學實踐，談談我的理解。
一、STEM項目教學，注重跨學科教學內容設計
跨學科整合意味著我們在STEM教學中，不能過于關注學科界限，不能再將重點放在某個特定學科上，而是要將重心放在特定實際問題上。在教學內容設計上應該圍繞一個共同的主題，把不同學科、領域的理論和方法進行有機融合，有計劃、有目的地將涉及的知識點進行精心設計，并融入到教學活動設計中，引導學生作為研究者直接參與學習活動，從而從多學科知識綜合應用的角度，提高學生解決實際問題的能力。
《雞蛋保護器》項目教學，堅持以學生為主、教師為輔的原則。整個活動經歷“問題與聚焦”“調查與研究”“設計與制作”“展示與評價”“拓展與應用”五個環節，共設計7個活動。項目的目標設計涉及四個層面：科學方面、技術方面、工程方面和數學方面。在活動中不僅讓學生觀察、研究殼體結構等各種結構體，還讓學生觀察、測試各種包裝材料的性質。在這些經驗活動的基礎上，學生收獲了數學、科學、工程、技術等各方面知識，然后綜合運用這些知識進行了設計， 對比資料， 改進，學會了制訂實驗計劃， 也掌握了實驗的方法， 解決了問題。在學習過程中， 學生的交際能力、解決問題的能力、語言表達能力得到了很大的鍛煉。這個項目實現了對多學科融合蘊含的知識進行深度挖掘的目的，同時改善了教學活動的設計和學習者在活動中的學習質量。
二、STEM項目教學，注重從實際問題入手
STEM項目教學堅持“真實問題導向”。因此，我們在設計STEM教育項目時，要考慮的是，一方面項目的問題應來源于生活中的實際問題，另一方面項目問題能激發學生的學習興趣。由于真實問題的不確定性，學生會持續保持探究的積極性，從而激發內在的學習動機，收獲解決問題的成就感。
在本項目“問題與聚焦”環節呈現生活中的問題情境，老師網購了一批雞蛋，可惜收到的時候發現碎了好幾枚，如果你是包裝設計師，你能設計出更好、更結實的包裝保護雞蛋嗎？通過這一生活情境引導學生進行討論，進而引出本項目的任務要求：設計并制作一個雞蛋保護器。明確挑戰任務：這個雞蛋保護器需要保護一枚雞蛋，讓它能通過震動、沖擊力、1.5 米高處掉落等測試。它要美觀實用，方便裝取雞蛋，容易裝入大箱運輸，制作成本低。由真實的情境導入，讓學生心中產生震撼的效果，讓學生充分感受到活動的趣味性，激發學生對工程設計的興趣。在學生看來，制作雞蛋保護器既好玩又具有挑戰性。
三、STEM教學，注重工程實踐和探索
STEM教育遵循做中學理念，注重學生動腦、動手、主動參與學習過程。在工程實踐的過程中，應鼓勵學生用盡可能多的方式進行頭腦風暴，尋找解決問題的方法。這個過程包括：真實情境中認識原理，實驗研究中建構知識儲備，設計制作，改進，再設計，再制作，再改進，再制作等多次重復的步驟，只有不斷地優化設計，才能制作出更好的作品，從而解決實際問題。
在本項目“調查與研究”環節，學生參與了“蛋與殼體結構”“材料的結構與功能”“包裝材料的選擇”三個與雞蛋保護器技術相關的子活動。在這些活動中，學生通過調查、測量、實驗、測試、數據分析等方法認識了殼體結構并知道殼體結構的受力特點；知道不同材料結構的強度；緩沖包裝材料的分類和用途等。通過這些既有趣、又有層次的調查與研究活動，擴寬了學生的知識儲備，增長了探究熱情，為 “設計和制作雞蛋保護器”奠定了基礎。
經歷了幾個背景經驗活動，進入了學生最期待的 “設計與制作”環節。這個活動體現了工程設計過程，引導學生回顧問題，明確任務，繪制設計圖，重新設計雞蛋保護器，并制作雞蛋保護器。在這里，我驚訝于學生的變化。在“問題與聚焦”環節，學生第一次繪畫的雞蛋保護器設計圖是很簡單的，差不多都是在雞蛋下面墊些緩沖材料，用個小盒子把雞蛋裝起來。這樣的設計不僅沒有思維深度，而且離工程設計是有一段距離的。但進入第五個活動時，我發現學生的設計圖豐富很多。學生設計的雞蛋保護器不管是從結構上還是從材料的選擇上，都融入了很多他們的思考。好像有的小組設計了豎向“井”字形的結構裝雞蛋；有的設計三棱鏡的結構裝雞蛋；有的給雞蛋保護器裝上降落傘；有的給雞蛋保護器裝上氣球；有的用小棒制作多面體結構，然后把雞蛋固定在中間位置等。整個環節通過“合理設計—嘗試制作—實際檢驗—深挖原因—優化設計—制作檢驗”這條思路，引導學生進行實踐。通過工程的實踐，學生的綜合能力得到了提升，激發了工程設計的激情。
四、STEM教學，注重提高學生合作學習的能力 STEM課程關注的是學生動手操作和體驗，小組合作是STEM 項目學習重要的組織形式。所以在STEM教學的過程中，強調團隊合作，在團隊內協同設計、制作、測試、修改完善作品。要多給學生提供思考和分析的機會，在團隊內分享成果，從而獲得創造的成就感。
在《雞蛋保護器》的項目教學實踐中，處處體現了學生的合作學習。組內合作，探究殼體的受力特點和不同材料結構的強度等知識、設計制作出作品、測試結果；組間合作，交流研討設計的合理性、實施的可行性、找出失敗的原因，給出合理的建議等。學生通過溝通和交流，活躍了課堂氛圍，產生了學習動力，進而通過不斷嘗試，完成了項目的制作。學生只有經歷多層次、有梯度的合作學習，才能分析并解決復雜的真實問題。
STEM教學不是對各學科知識的交叉融合，而是一種全新的教育理念、課程組織模式和學習方式。更關注對學生合作、創新以及解決實際問題等能力的培養。其與綜合實踐課程的整合可以在確保教學質量提升的同時，為學生打好綜合能力提高的基礎，使其逐漸成長為具有核心競爭力的綜合性人才。
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