基于STEM項目學習的科學教學

朱拓

摘? 要：為解決現實世界的問題或項目，將STEM教育與項目學習有機結合，即基于STEM項目學習的教學。該教學方法采用“激活舊知，選定項目”、“活動探究，展示新知”、“應用新知，作品制作”、“成果交流，融會貫通”四個階段的教學模式，也突出科學教學的核心地位。

關鍵詞：STEM;項目學習;科學教學

一、理念選擇：STEM教育+項目學習（PBL）

STEM教育是整合科學、技術、工程、數學等多方面的教育，單一的科學、技術、藝術、數學都不能生產出東西，只有把它們結合在一起的時候，才能生產出有價值的東西^[1]。項目學習（Project-Based Learning，PBL），“是以學習研究某種或多種學科概念和原理為中心，以制作作品并將作品推銷給客戶為目的，在真實世界中借助多種資源開展探究活動，并在一定時間內解決一系列相互關聯問題的一種教學/學習模式”^[2]。STEM尤其適合于使用基于項目的學習模式，因為在科學、技術、工程和數學之間本來就有很自然的交接。故將STEM教育和項目學習有機結合在一起，為STEM項目學習（如圖1所示）。這種學習方式為學生提供了融入真實情境的體驗，鼓勵學生運用科學、技術、工程、數學等領域的知識與技能解決現實世界的問題。因此STEM項目學習可以理解為以項目學習為框架整合STEM內容的學習模式，是利用STEM領域的知識與技能解決現實問題的學習過程。

二、模式確定

STEM項目學習的核心要素包括以學生為中心、充足的時間、明確的結果以及跨學科。其中“以學生為中心”指在整個項目活動中，學生以小組的形式完成項目活動的各個任務，而教師發揮組織、指導、監督、評價作用;“充足的時間”目的是使學生有充足的時間學習一系列的知識和技能;“明確的結果”包括對需要完成的任務有明確的期望和約束限制，保證所有學生都能學習并獲得成功，但達到目標的時間、方式可以不同;“跨學科”指學生有意識地參與并整合多個學術領域和多種學習方法來研究某個核心問題或項目。

STEM教育中的教學活動設計應遵循梅瑞爾的首要教學原理，又稱五星教學原理，具體結構概括為“一個中心+四個基本點”，即要求整個教學活動應該以問題為中心，進行從激活舊知、展示新知、應用新知、融會貫通四個階段循環往復的學習。常見的基于項目的學習操作流程包括制定項目、制定計劃、活動探究、作品制作、成果交流、活動評價六個階段。故“基于STEM項目學習的科學教學”的實施過程兼顧五星教學原理和基于項目的學習模式，由“激活舊知，選定項目”、“活動探究，展示新知”、“應用新知，作品制作”、“成果交流，融會貫通”四個階段構成。

三、教學實踐

變阻器是初中科學教學中的一個重要概念，下面我將結合“基于STEM項目學習的科學教學”的模式，以浙教版初中科學八年級上冊第4章第4節《變阻器》教學內容為例，建立以項目為中心的基于STEM項目學習的科學教學的教學設計。

（一）“激活舊知，選定項目”階段：教師通過創設情境引出項目，學生回顧舊知。

此階段在于對科學知識進行回顧，為后面的工程、技術活動提供理論基礎。因為STEM教育是以科學知識為核心，是以跨學科知識為載體，依托工程、技術等活動的跨學科教育體系，先對跨學科知識進行激活。

（二）“活動探究，展示新知”階段：教師通過提供資料布置任務，為學生提供交流合作和活動探究的平臺。

此該階段重在對技術方法的選擇以及技術工具的操作、技術數據的采集與解釋。

（三）“應用新知，作品制作”階段：教師通過監督觀察和技術指導，學生應用評估和協作實踐。

作品制作是STEM項目學習活動的重要組成部分。該階段中在對項目的設計優化以及動手制作能力的提高，將知識轉為技能，實現現實問題的解決。

（四）“成果交流，融會貫通”階段：教師通過跨界合作和成品匯集，學生體會STEM知識與技術整合。

該階段側重對各學科知識與技能進行整合與應用，實現對現實問題的解決。

四、實踐反思

我?？茖W組對“基于STEM項目學習的科學教學”作本土化、學科化、操作化的分析與實踐，初步摸索出“基于STEM項目學習的科學教學”模型，并將其應用在教學中。在應用實踐的一年中，我們總結出了實施凸“基于STEM項目學習的科學教學”的有效建議：

（一）通過“任務成線、問題成串、活動成系列、知識成體系、目標不斷實現”的認知發展過程來凸顯STEAM項目學習。

（二）工程項目選擇和設計的要求

以適切的工程項目為載體，可以將教學內容與技術、數學有機結合在一起，選擇的工程項目要有以下三個層次的特征：

1.真實性。教師要創設真實的問題情境，真實的情境才是有意義的，才能引起學生的共鳴。比如提供案例中設計變阻器就是一個真實情境。

2.趣味性。有趣味的工程項目，學生才會積極參與設計，提高課堂的有效性。

3.梯度性。在工程項目設計過程中的問題要有一定的梯度，由簡入深，吸引學生的興趣。比如在《變阻器—調光燈制作》的教學中，各任務問題層層深入，讓學生自制的一個可以調節亮暗的臺燈。

4.延伸性。工程項目的問題能夠具有繼續探討和延伸的價值，有可以挖掘的潛能。比如在變阻器教學中，延伸到生活中變阻器應用于各種用電器等。

（三）結合技術、數學，強調工程項目，突出科學

為體現學科整合，體現本學科的重要性，教師引導學生通過科學探究、數學計算、技術知識與技能的應用，來完成工程項目。比如在《變阻器》的教學中，為制作出變阻器這項工程項目，通過科學探究，結合技術知識與技能的應用，從而設計出變阻器的模型;為了解滑動變阻器，結合電流表上的數據加以分析。這樣的教學不僅突出科學教學，還將工程、技術、數學。

（四）學生的活動要協作

STEM教育提倡以小組合作的形式解決問題或完成工程項目。教師可以根據每個學生的不同特點進行分組，每一小組里有動手能力強、數學成績突出或者實驗設計能力好的學生，這樣分組更有利于學生學會如何在團隊中展示自己所擅長的東西，培養學生的團隊協作能力。比如《變阻器》的教學中的小組活動有：變阻器的應用、建立變阻器模型、變阻器改變燈泡的亮度、旋鈕型變阻器接入臺燈。這些活動中，就需要小組里有動手能力強的學生，利于學生學會在團隊中展示自己所擅長的東西，培養學生的團隊協作能力。整堂課學生進行合作學習，參與整個STEM工程，充分體現了以學生為中心，主動進行變阻器的建構。

參考文獻

[1]? 李雁冰.“科學、技術、工程與數學”教育運動的本質反思與實踐問題——對話加拿大英屬哥倫比亞大學Nashon教授[J].全球教育展望，2014，（11）：3-8.

[2]? 劉程.基于項目學習的STEM教學實踐研究[D].上海：上海師范大學，2017，（4）：10.