吳彥君

摘 要：青少年校外STEM教育活動(dòng)是由校外教育機(jī)構(gòu)和各種社會(huì)教育團(tuán)隊(duì)，面向中小學(xué)生，在校內(nèi)課程之外開展的以科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)為主要內(nèi)容的各種教育活動(dòng)，其目的是培養(yǎng)青少年的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。本文將該教育模式運(yùn)用到我國中學(xué)生的環(huán)境教育教學(xué)過程中，并以自編教材《我的環(huán)保小屋——關(guān)于不同塑料材質(zhì)對(duì)于房屋內(nèi)散熱與隔熱性能的比較探究》為案例進(jìn)行剖析，簡(jiǎn)要探討了STEM教育模式對(duì)校外環(huán)境教育教學(xué)的啟示，提出了合理建議。

關(guān)鍵詞：STEM教育;環(huán)境教育;校外教育

0 背景

STEM是Science （科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering （工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）的簡(jiǎn)稱，旨在將原本分散的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)4門課程集合成一個(gè)新的整體。這一集合，不是簡(jiǎn)單地加和整理四要素，而是把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎知識(shí)與機(jī)械工程相結(jié)合，讓學(xué)生體會(huì)知識(shí)間的相互關(guān)系，它強(qiáng)調(diào)在“雜亂無章”的學(xué)習(xí)情境中提升學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、合作能力、問題解決能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。[1]將STEM教育整合到校外環(huán)境教育教學(xué)中是未來的發(fā)展方向。將科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)有機(jī)地整合到環(huán)境教育中，是在校外環(huán)境教育教學(xué)中體現(xiàn)STEM教育理念的關(guān)鍵。[2]

1 校外STEM教育教學(xué)活動(dòng)的理念

STEM教育將原本分散的4門學(xué)科（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）集合成一個(gè)整體，這4門學(xué)科分別代表科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)與數(shù)學(xué)素養(yǎng)，STEM教育理念的核心就在于培養(yǎng)學(xué)生的4大素養(yǎng)。

在校外STEM教學(xué)課程中，教師應(yīng)為學(xué)生提供一個(gè)教學(xué)情境，然后由學(xué)生自主地展開討論與探究，從而在實(shí)踐中提高他們?cè)谔囟ㄇ榫持性O(shè)計(jì)與解決問題的能力，最后讓學(xué)生與同伴交流各自的成果與心得，提升青少年的創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力，并最終將成果運(yùn)用于實(shí)際生活，真正做到學(xué)以致用。

2 STEM教育模式運(yùn)用于校外環(huán)境教育教學(xué)中的案例剖析

一節(jié)好的STEM課堂，不僅要有足夠的新意和吸引力，還要體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教育理念和科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的相互碰撞。[3]在STEM教育理念的影響下，課堂更加體現(xiàn)出學(xué)生的主體地位。在某一特定的教學(xué)情境下，教師提出問題，學(xué)生通過自主探究的學(xué)習(xí)方式，結(jié)合STEM教育包含的4方面綜合知識(shí)，進(jìn)行主動(dòng)研究，通過小組合作自行設(shè)計(jì)問題并嘗試解決問題，最終獲得相應(yīng)的環(huán)保知識(shí)，[4]進(jìn)而獲得相應(yīng)的STEM素養(yǎng)。

在校外環(huán)境教育教學(xué)中，教學(xué)設(shè)計(jì)是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。STEM教育要求教學(xué)設(shè)計(jì)具有綜合性、開發(fā)和動(dòng)態(tài)性、回歸性、實(shí)踐性、多樣性。[5]依據(jù)這一原則，現(xiàn)以自編教材《我的環(huán)保小屋——關(guān)于不同塑料材質(zhì)對(duì)于房屋內(nèi)散熱與隔熱性能的比較探究》為例，將教學(xué)過程分為以下6個(gè)過程：

2.1 STEM教育需要解決實(shí)際問題

教師以社會(huì)生活情景引入，向?qū)W生提供有關(guān)塑料在生活當(dāng)中的運(yùn)用以及塑料的白色污染問題，以此作為激發(fā)本課堂的學(xué)習(xí)主題，另外引入當(dāng)今社會(huì)較為前沿的低碳環(huán)保建筑結(jié)構(gòu)，引發(fā)學(xué)生的思考：“假設(shè)能夠變廢為寶，將塑料垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞辑h(huán)保的隔熱建筑材料豈不是一舉兩得？”并請(qǐng)學(xué)生根據(jù)教師所提供的不同塑料材質(zhì)及模擬建筑對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，說明不同塑料種類對(duì)于房屋內(nèi)部隔熱與散熱性能的影響情況。

2.2 STEM教育需要教師呈現(xiàn)問題

在本課題中，主要探究有關(guān)塑料隔熱性能的3個(gè)問題：一是房屋內(nèi)哪個(gè)方位散發(fā)的熱量最多，哪里是房屋隔熱保溫的重點(diǎn)部位;二是哪種塑料材料對(duì)于房屋頂部隔熱保溫效果比較好;三是不同隔熱材料具有不同的保溫性能，這主要取決于隔熱材料的什么性質(zhì)?；赟TEM教育模式的問題提出略有不同，在建立起教學(xué)情境后，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考并設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單歸納統(tǒng)計(jì)，最終解決問題。

2.3 STEM教育需要基于問題探究

基于已有的有關(guān)塑料的物理及化學(xué)知識(shí)（其中包括熱傳遞的種類，塑料內(nèi)部結(jié)構(gòu)等），大部分學(xué)生可以設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，并得出初步結(jié)論。在正式開始實(shí)驗(yàn)操作與探究前，教師發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生忽略了科學(xué)研究是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)只考慮了變量因素，但是對(duì)于不同塑料材質(zhì)的厚度、塑料材質(zhì)在模擬房屋結(jié)構(gòu)的安放位置沒有達(dá)成一致，大大降低了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。在遇到這些問題時(shí)，教師不能急于指導(dǎo)，因?yàn)镾TEM教育的優(yōu)勢(shì)就在于讓學(xué)生自己想辦法尋求幫助，最終通過自己的努力解決實(shí)際遇到的問題。[6]

2.4 STEM教育需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和統(tǒng)計(jì)，并得出結(jié)論

在本課題中，學(xué)生需要每隔3分鐘對(duì)鞋盒周圍（前、后、左、右、上）5個(gè)方位的盒內(nèi)溫度進(jìn)行溫升記錄，記錄次數(shù)為3次，根據(jù)不同方位30分鐘內(nèi)的溫升記錄求平均值，得到相應(yīng)的平均溫升，根據(jù)平均溫升數(shù)據(jù)，最后得到“房屋”不同方位在不同情況下的溫升數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)必要的組成部分，學(xué)生們通過組間的橫向數(shù)據(jù)比較，可以非常清晰地分析與判斷出哪種塑料材質(zhì)的隔熱與散熱性能最好，這也是最直觀地反映科學(xué)結(jié)論的方法。

2.5 STEM教育需要學(xué)生共享數(shù)據(jù)，完成設(shè)計(jì)

以小組為單位，向全班展示自己小組修改前后的環(huán)保小屋設(shè)計(jì)方案，并總結(jié)第一次設(shè)計(jì)的不合理之處與修改之后的優(yōu)點(diǎn)。與其他小組進(jìn)行討論，全班分享、交流成果，并總結(jié)這堂課學(xué)習(xí)到的有關(guān)塑料隔熱性能的學(xué)科知識(shí)。

2.6 STEM教育需要基于社會(huì)問題進(jìn)行擴(kuò)增

在本課題的結(jié)尾，教師留下思考問題：“塑料除了會(huì)影響室內(nèi)溫度外，會(huì)不會(huì)對(duì)屋內(nèi)的其他因素產(chǎn)生影響呢（比如濕度，二氧化碳濃度等）？設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)用來驗(yàn)證自己的觀點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前必須得到教師的同意）;節(jié)能環(huán)保教室的設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)用?！闭n堂教學(xué)的最終目的是要學(xué)生學(xué)以致用，運(yùn)用于社會(huì)、生產(chǎn)與生活，該課題的開展來源于生活，最終通過實(shí)驗(yàn)論證，得出最佳方案并運(yùn)用生活中節(jié)能環(huán)保建筑的設(shè)計(jì)與建造。

該教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)出了STEM教育的基本要求。首先，STEM是基于問題的教育，以學(xué)生為主體，讓他們自己通過觀察設(shè)計(jì)，動(dòng)手解決實(shí)際問題;其次，如何探究不同塑料對(duì)于屋內(nèi)隔熱與散熱性能的影響是將物理、化學(xué)問題與數(shù)學(xué)和工程學(xué)聯(lián)系起來;最后，延伸學(xué)習(xí)要求學(xué)生將課堂上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)結(jié)論運(yùn)用于生活中，設(shè)計(jì)出一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中低碳環(huán)保的生態(tài)小屋。學(xué)生發(fā)現(xiàn)、思考并解決問題的過程可以使其更好地感知科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)4大領(lǐng)域之間的密切聯(lián)系，從而幫助他們更加全面地掌握和運(yùn)用知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生積極、廣泛、有遠(yuǎn)見地追尋有意義的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3 在校外環(huán)境教育教學(xué)中運(yùn)用STEM教育模式的啟示

將STEM教育理念運(yùn)用到校外環(huán)境教育教學(xué)中是我國校外教育發(fā)展的必然結(jié)果，為了更好地在校外環(huán)境教育教學(xué)中體現(xiàn)STEM教育理念，提高學(xué)生的STEM素養(yǎng)，可將重點(diǎn)放在如下工作中：

第一，增強(qiáng)融合意識(shí)，改變單一學(xué)科的現(xiàn)狀，注重生物學(xué)、化學(xué)、物理、工程、數(shù)學(xué)等其他學(xué)科的有機(jī)結(jié)合。[7]第二，以現(xiàn)有的課程為載體，開發(fā)整合與其他學(xué)科內(nèi)容相關(guān)的設(shè)計(jì)任務(wù)，注重發(fā)掘不同類型的設(shè)計(jì)元素，并根據(jù)任務(wù)特性選擇合適的途徑。[8]第三，大力發(fā)展STEM教育，加強(qiáng)STEM教師的培養(yǎng)。第四，加大對(duì)于STEM教育的投入，針對(duì)今后的STEM教育，各學(xué)校應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)際情況設(shè)計(jì)不同的教學(xué)方案，并完成探究與實(shí)踐。第五，有效利用社會(huì)資源，加強(qiáng)與科普教育基地及各大院校的聯(lián)系，上海目前擁有科普?qǐng)鲳^260多所，大學(xué)20多所，這些資源涵蓋的領(lǐng)域廣，專業(yè)性強(qiáng)，如果學(xué)校和校外機(jī)構(gòu)能夠建立深入、長(zhǎng)效的合作機(jī)制，聯(lián)合開發(fā)STEM綜合課程必將有助于提高中學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

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