《小帆船》STEM項目的開發與實施

郭亞南

《義務教育小學科學課程標準》指出小學科學不僅是一門基礎課程、實踐課程，還是一門綜合課程，需要學生綜合運用不同領域的知識和方法來理解自然現象和解決實際問題，并且強調應與語文、數學等課程相互滲透，促進學生的全面發展。這也是STEM教育理念與小學科學教學的契合之處，即都強調不同學科領域知識的跨越整合以及知識與實踐的結合。STEM課程的設計如何開展呢？北京師范大學余勝泉教授提出了一種STEM項目設計模式，該模式以“教學分析”為基礎，立足“項目或問題”，設計項目完成或問題解決過程中的學習資源與工具、學習活動過程、學習支架、學習評價等關鍵環節，同時關注項目完成后，讓學生獲得知識的系統化與結構化遷移，并有相應的強化練習與總結提升。筆者嘗試借鑒這一模式設計了《小帆船》STEM項目。

教學分析

1.學習者特征分析

本項目的學習對象是小學二年級的學生，他們對身邊的事物充滿好奇心和探究欲。經過兩年的學習，學生已經掌握比較和分類等簡單的探究方法，具備了一定的動手能力和合作能力，且能夠在教師引導下進行科學探究。

2.學習內容分析

《小帆船》是滬科教版小學《自然》二年級的學習內容。本單元要求學生將科學知識、數學知識以及工程技術能力融合才能夠完成學習任務，符合STEM課程的項目式學習特點，因此筆者將本單元重構為STEM項目。在認知基礎上，學生對于船以及物體在水中的沉浮現象已有一定的感性認識。本項目選取帆船為研究對象，布置制作小帆船的任務。項目中學生綜合運用科學、技術、工程和數學知識，以小組合作的方式探究小帆船的制作。重構后內容與原教材內容的對應情況見表1。

3.教學目標分析

根據《上海市小學自然學科教學基本要求》以及分冊基本要求，筆者細化制定出項目的教學目標?！缎》讽椖可婕暗慕虒W基本要求如下：

能用符號記錄物體的沉與浮，能選擇會浮的物體制作簡易“救生圈”，知道不同的物體在水中有沉有浮，提高安全防范意識。

感受船以及船動力的發展歷程，體會船的制作是隨著科學技術的進步在不斷發展的。

能選擇材料制作一艘簡易帆船，經歷簡易帆船制作和調試、改進的過程，知道帆船主要由船體、桅桿和帆組成，懂得合理利用身邊資源的重要性。

根據基本要求重整擬定的《小帆船》項目三維教學目標見表2。

教學過程設計

STEM項目設計模式所指的教學過程設計包含學習任務、學習活動、學習支架、學習資源與工具等關鍵環節，同時關注學生完成任務后知識的遷移和鞏固強化。

1.學習任務的設計

學習任務強調在特定的情境中開展?；诖?，筆者將《小帆船》項目的學習任務設置為：“小貓咪想要回到河對岸的家里，但是唯一的橋卻被洪水沖垮了，你能幫它想想辦法，利用身邊的工具制作一艘小帆船過河嗎？要求：小帆船能夠成功將小貓咪送到河對岸?！痹O定此情境以期激發學生的學習興趣。

2.學習活動的設計

《小帆船》項目圍繞4個活動展開，分別是幫小貓咪渡河、選取材料并設計小帆船、制作小帆船以及評價展示。本項目需要6個課時，學生先了解船及其發展史，體會船的制作是隨著科學技術的進步在不斷發展，再選取合適的材料制作小帆船。學生在活動中不斷學到新知識，即物體在水中有沉有浮，提高了設計、制作以及創新能力?；顒右?人小組形式開展，組內成員合理分工。學生在活動中可以體驗小組合作的樂趣，養成動手動腦探究的習慣。

3.學習支架的搭建

項目中針對學生可能遇到的一些問題，筆者搭建了一些問題支架來指導學生自主學習。學生在實施過程中可能采取不同的設計、實施路徑，遇到的困難也不同，因此教師應時刻關注，保證他們不偏離項目的目標。

4.學習資源與工具

項目式學習需要豐富的材料資源、信息資源以及各種工具的支持。只有教師提供給學生合適的資源和工具，才能保證項目的順利實施。另外活動的開展必須要有其他相關學科教師的參與。

經過梳理，從具體的學習活動、學習支架和學習資源與工具等方面構建了本項目的設計框架（見表3）。

學習評價設計

評價是教學的重要組成部分，能夠起到促進教學的作用。形成性評價和終結性評價常常被結合在一起使用，既關注了結果，也關注了過程。筆者認為，目前研究比較多的表現性評價也適合用于STEM項目的過程性評價，因為表現性評價強調的是在真實的情境中解決問題的能力。其實，《小帆船》項目中也有一些表現性任務，筆者根據教學目標開發出調查問卷、作品核查表、設計與制作評價量規等用于項目的評價。針對項目中的評價關鍵點，筆者從幾個維度詳細列出評價的內容、工具和方式（見表4），核查表（見表5），評價量規（見表6）。

項目實施與改進

項目的實施要嚴格按照項目的設計進行，在教學過程中，應該不斷根據學生的表現與生成性問題適時調整教學。具體的實施過程如下：

1.幫小貓咪渡河

首先教師出示情境圖片，引出任務“小貓咪想要回到河對岸的家里，但是唯一的橋卻被洪水沖垮了，你能幫它想想辦法，利用身邊的工具制作一艘小帆船過河嗎？”學生都表現出十足的興趣，非常踴躍地發言。有的學生說要先知道帆船的結構，有的學生說要看看從古至今的船都是什么材料做的。學生可以使用iPad搜集資料，也可以通過UMU互動學習平臺學習教師發放的資料，了解船的發展史以及帆船的結構等。

2.選取材料并設計小帆船

教師出示小貓咪的模型以及制作材料，展示校園小花園中的小河圖片（試航地點），制作材料為泡沫、木板、吸管、氣球、水槽等常見材料。將核查表和評價量規出示給學生，讓他們小組討論，可以合理補充。根據教師設置的支架問題，學生以小組為單位選取材料，討論并設計小帆船，以工程的思想繪圖，并將設計圖紙上傳到UMU互動學習平臺。教師在學生設計過程中巡回指導，根據評價量規給予評價。

3.制作、改進和裝飾小帆船

4人小組分工合作，按照設計圖制作小帆船，并根據教師搭建的支架問題測試小帆船的功能。記錄員記錄測試時遇到的問題，組內討論解決問題的辦法，最后改進小帆船的制作。小組內學生經過測試改進保證小帆船的功能后，再發揮自己的藝術才能對小帆船進行裝飾。教師在活動過程中及時指導學生，給予一定的幫助。小帆船的裝飾由美術教師指導實施效果會更好。

4.評價展示

學生將制作的作品發布在UMU互動學習平臺上，小組派代表介紹作品。各個小組依據核查表與評價量規進行自我評價并反思，隨后教師對各個小組的作品評價反饋。小組在UMU互動學習平臺投票選出“最具創意作品”“最美觀作品”和“最實用作品”。最后，學生參與問卷調查以及相關知識的紙筆測試。經過評估，筆者發現幾乎所有學生對整個探究過程充滿興趣，能夠參與小組分工并且愿意在設計、制作和裝飾作品時創新。

經過項目實施，筆者總結一些遇到的問題：在材料的選取環節，學生根據測試選了一些能夠上浮的材料，但有少數人發現一些沉入水底的材料（如橡皮泥）改變其形狀后也可以浮起，這涉及四年級《影響沉浮的因素》的內容，教師在指導過程中進行了個別輔導并肯定他們的想法，沒有大范圍地指導講解?？赡芟乱慌鷧⑴c項目的學生也有此疑問，因此應準備一些相關資料放置在UMU互動學習平臺上，供有疑問的學生解惑。另外項目的流程上也有一些問題，比如裝飾小帆船這一步驟是放在最后還是放在制作那一步。經過反思與探討，基于船帆固定到桅桿上的方式很多，筆者將裝飾小帆船分為船帆的裝飾和船體的裝飾，船帆的裝飾放置在制作帆船那一步，船體的裝飾放置在改進時進行。改進的具體活動安排見表7。

STEM項目設計模式還特別強調了總結與強化練習環節，因此在項目實施之后，筆者布置了任務：分小組說一說項目中的收獲和反思。經過展示總結，項目組發現學生已基本掌握知識技能，但是掌握的知識缺乏結構性，因此課后教師指導學生將自己的收獲制作成思維導圖來強化知識的結構性。