(江蘇省南京市鎖金新村第一小學(xué),江蘇 南京 210042)

1 引言

美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)將知識學(xué)習(xí)與生活實踐結(jié)合起來的STEM教育，用于解決真實世界中的問題，在我國也興起了STEM教育熱，STEM該如何融入本土教育，如何與新課標(biāo)結(jié)合，服務(wù)于日?？茖W(xué)教學(xué)？筆者分享了應(yīng)用STEM教學(xué)策略前后課堂的對比，結(jié)合STEM教學(xué)特點，探討提升學(xué)生探究力的有效途徑。

2 教學(xué)對比

2.1 “搭支架”的常規(guī)教學(xué)

師：請同學(xué)們以小組為單位，搭建一座既高又穩(wěn)，承受力大的支架。

生1：高、穩(wěn)還要承重力大？

生2：那怎么測試承重力？

師：拿書放上面測試。

學(xué)生領(lǐng)材料，設(shè)計草圖，動手操作，部分學(xué)生合作呈散漫離群狀。教師來回巡視，不停督促?？煜抡n時，學(xué)生交上來各種形式多樣、造型奇特的支架。

課堂反思：本課的教學(xué)任務(wù)是搭建一座“既高又穩(wěn)，承受力大的支架”，但學(xué)生的作品效果卻不甚理想，教學(xué)目標(biāo)并未如愿實現(xiàn)?？v觀課堂，本課提問容量大、不聚焦，脫離學(xué)生現(xiàn)實生活，也沒有給學(xué)生提供明確的學(xué)習(xí)支持。至于塔的高度、穩(wěn)定性、承重力三者該如何協(xié)調(diào)，也缺乏有效衡量標(biāo)準(zhǔn)，故無法綜合評價學(xué)生作品。

在學(xué)習(xí)了STEM教學(xué)理論后，筆者有了新的實踐思路，重新構(gòu)思了“搭支架”一課的教學(xué)設(shè)計。此次，筆者設(shè)置了具體的教學(xué)目標(biāo)，以增加支架承重力為焦點，并創(chuàng)設(shè)“支架變形”這一生活中常見問題情境，激發(fā)了學(xué)生解決實際問題的愿望。與此同時，為學(xué)生提供了有效的學(xué)習(xí)支持和評價方式，讓探究細(xì)致化、深入化、生活化，重新開展了教學(xué)。

2.2 改進(jìn)后的“搭支架”教學(xué)

圖1

2.2.1 問題源于生活

師：前幾天，老師在網(wǎng)上買了一個這樣的掛物架，可用一段時間后，問題來了，請看如圖1的實物照片，你們看出來了么？

生：架子有點變形了。

師：好！今天老師想和大家一起在課上解決這個問題。

學(xué)生充滿好奇，情緒被調(diào)動。

圖2

師：為了便于大家研究，老師制作了一個模型(出示吸管架模型,如圖2)。我們先來測測目前它的承重力。

教師演示：放一個光盤在上面，架子塌了。

師：我們要增加它的承重力，最后要能承受得了一盒鉤碼的重量，想不想來挑戰(zhàn)一下？

學(xué)生覺得不可思議，但躍躍欲試。

片段說明：作為第二課時，學(xué)生已掌握在平面的情況下構(gòu)建三角形、增加支架穩(wěn)定性的知識。本課正是從亟待解決的生活實際問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生在真實情境中展開探究?？紤]到課堂教學(xué)實際和STEM的特點，為方便操作，教師先建立模型，與學(xué)生共同研究。

2.2.2 方案設(shè)計導(dǎo)向明確，支持學(xué)習(xí)發(fā)生

教師用課件出示評分標(biāo)準(zhǔn)，并為不同組提供數(shù)量相同的吸管、大頭針，鉤碼等材料。

評分標(biāo)準(zhǔn)如下：(1) 作品承載1盒砝碼得60分，每增加一個鉤碼加5分。(2) 每減少一根吸管的用量加5分。(3) 在規(guī)定的20分鐘內(nèi)完成，提前1分鐘加1分，超時10分鐘成績無效。

學(xué)生根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)交流設(shè)計方案，方案如圖3所示。

圖3

片段說明：為學(xué)生提供方向明確的設(shè)計依據(jù)，學(xué)生在時間、耗材盡可能節(jié)約的情況下重點聚焦于“承重力”，讓學(xué)生的思考有方向，同時對學(xué)生的設(shè)計不做過多評價，在多方案共存的現(xiàn)實情境中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，通過對后期支架的承重測試來幫助學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化方案，從而解決問題。

教師指導(dǎo)學(xué)生將自己的方案付諸實踐，組織搭支架比賽。

學(xué)生興趣盎然，在真切地體驗到三角形結(jié)構(gòu)在穩(wěn)固形狀方面的顯著效果后，不時發(fā)出驚呼聲和贊嘆聲，即使挑戰(zhàn)失敗，也不甘示弱，主動要求再設(shè)計。

時間一到，所有組都完成了對支架的加固，和以前一節(jié)課只做幾個造型奇異的支架相比，課堂效率明顯提高，學(xué)生們帶著解決問題的主動性，在比賽中充分發(fā)揮了自己的聰明才智。

2.2.3 評價反饋多元、開放

師(找出承重測試最高組A、D和最低組B的作品，手持三個支架)：對比一下，成功或失敗的關(guān)鍵是什么？

學(xué)生意識到成功組的三角形結(jié)構(gòu)比較多。

師：多在哪里？

學(xué)生交流分析后發(fā)現(xiàn)，支架的每條腿上，每個面上都有兩個三角形結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計承重力更強(qiáng)。

生1：老師，如果再給我們點時間，我們肯定做得更好，我們剛才第一個交，我們的材料得分和速度得分都是冠軍。

同組生2補充：對，我們的設(shè)計并不是相鄰兩條腿之間的連接，而是1、3連接，2、4連接，這樣更節(jié)約材料。

師：細(xì)看他們C組的作品，節(jié)約材料，設(shè)計具有創(chuàng)意，但對增加支架承重效果不顯著，其原因在于這里并沒有完整的三角形結(jié)構(gòu)。你們的設(shè)計很有創(chuàng)意，下面我將備用的材料送給你們，請你們發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化方案，在原來基礎(chǔ)上繼續(xù)研究。

老師綜合成本得分，選出推薦的如圖4所示的作品D，圖中每個盒中放有6個鉤碼，它利用三角形增加支架的承重力。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生又回到解決生活中的架子承重力不理想的問題上。

圖4

圖5

師：根據(jù)這個作品的啟示，大家怎么幫我解決掛物架問題呢？

學(xué)生交流分析，認(rèn)為應(yīng)增加幾個三角形，輕松得出如圖5所示的解決方案。

圖6

片段說明：學(xué)生分析數(shù)據(jù)，在體驗和反思中積累經(jīng)驗，從生活中來，并回到生活中去，鼓勵學(xué)生用多種方法解決現(xiàn)實中的問題。

2.2.4 聯(lián)系生活會遷移

師：以這個桌子為例，如圖6所示，聯(lián)系我們剛剛的實驗，你能說出為什么這樣設(shè)計嗎？

生：每條腿上都有兩個三角形，這樣可以顯著增加桌子的穩(wěn)定性及承重力。

師：還有誰要補充嗎？

生：每個三角形都很小，這樣在保證穩(wěn)定性的同時還可以節(jié)約成本。

片段說明：聯(lián)系生活中的應(yīng)用，幫助學(xué)生識別并準(zhǔn)確提取有助于得到結(jié)論的信息，說明桌子的每條腿上都有兩個三角形的設(shè)計在生活中確實有其存在的意義。

3 案例反思

3.1 前后兩課對比分析

“搭支架”一課常規(guī)教學(xué)與STEM教學(xué)的相關(guān)特點總結(jié)如表1。

表1

STEM教學(xué)是基于任務(wù)情境的、學(xué)生主動參與探究的動態(tài)過程，能更好地讓學(xué)生的探究能力得以體現(xiàn)。在日常教學(xué)過程中，需要一線教師深入思考，科學(xué)應(yīng)用。

3.2 基于真實問題解決的STEM教學(xué)策略

3.2.1 精心創(chuàng)設(shè)問題情境

在應(yīng)用STEM教學(xué)策略的科學(xué)課堂中，需要教師創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生感受科學(xué)的現(xiàn)實性，感受其在生活中的重要性，激勵學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機(jī)。

對比前后兩次教學(xué)，第一次教學(xué)設(shè)計脫離具體情境，“搭支架”的目的、用途不明確，學(xué)生的學(xué)習(xí)也缺乏熱情和章法；在改進(jìn)后的教學(xué)中，解決“生活中支架易變形”的真實問題被轉(zhuǎn)化為一系列的學(xué)習(xí)任務(wù)，開展基于真實問題情境下的探索式學(xué)習(xí)，學(xué)生的探究積極有效。

3.2.2 在問題解決的過程中提供有效的學(xué)習(xí)支撐

應(yīng)用STEM教學(xué)策略于科學(xué)課堂中，需要教師引導(dǎo)學(xué)生在問題解決的過程中習(xí)得相關(guān)知識技能。在本課中，學(xué)生已有在平面情況下，構(gòu)建三角形、增加支架穩(wěn)定性的知識經(jīng)驗，因此才能去解決生活中立體支架的問題。

3.2.3 跨學(xué)科、課內(nèi)外融合解決問題

STEM教學(xué)是多學(xué)科整合、課內(nèi)外融合的一種教學(xué)方法，其課程要求提供給學(xué)生們一些數(shù)學(xué)和科學(xué)知識。在本案例中，不僅包含“三角形最穩(wěn)定”的科學(xué)原理、成本計算和數(shù)據(jù)處理等數(shù)學(xué)方法，還包含了如何改善支架承重力、優(yōu)化制作工藝等工程技術(shù)問題。這些內(nèi)容和使用的技能、實驗方法都與學(xué)生正在學(xué)習(xí)的科學(xué)課程、綜合實踐課程內(nèi)容相對應(yīng)。筆者有意識地將數(shù)學(xué)和科學(xué)課程中的內(nèi)容聯(lián)系和整合起來，引導(dǎo)學(xué)生尋找最佳問題解決方案。

3.2.4 解決問題的結(jié)果多元可迭代

在應(yīng)用STEM教學(xué)策略的科學(xué)課堂中，允許有多個答案，對失敗作品的重新設(shè)計也是學(xué)習(xí)的一個必要部分，失敗被認(rèn)為是發(fā)現(xiàn)和設(shè)計解決方案過程中的必經(jīng)階段。在本課中，學(xué)生能夠在活動中建立承重力與耗材之間的關(guān)系，最終就這兩者的關(guān)系形成自己的最佳解決方案，這就是成功。測試優(yōu)化也是應(yīng)用STEM教學(xué)策略重要環(huán)節(jié)，本課中學(xué)生即使測試失敗，也不甘示弱，主動要求優(yōu)化方案，進(jìn)行迭代式設(shè)計。

4 結(jié)語

應(yīng)用STEM教學(xué)策略的“搭支架”一課，取材簡單廉價，操作方便高效，通過學(xué)生分析、解決問題的過程，在日?？茖W(xué)教學(xué)中體現(xiàn)了STEM教育的理念。一線教育工作者應(yīng)客觀認(rèn)識STEM教育的特點，結(jié)合現(xiàn)狀，深入學(xué)習(xí)，勤于實踐，為STEM理念的本土化開展探索出有效的途徑，以利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。