黃愛珉

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，源于1986年美國國家科學(xué)基金會的《大學(xué)的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育報告》。該報告首次提出“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)”教育的綱領(lǐng)性建議，以應(yīng)對國際人才競爭和經(jīng)濟發(fā)展壓力下對本國人才培養(yǎng)的反思。香港特區(qū)政府2015年施政報告首次提出推動STEM教育。2016年3月，教育局向所有官立、資助及直資小學(xué)，包括設(shè)有小學(xué)部的特殊學(xué)校，發(fā)放用作推動STEM教育的10萬元津貼，用于舉辦STEM教育相關(guān)的活動、購置所需物資等。2017年3月，又為每個公立中學(xué)提供20萬基金用于發(fā)展和實施STEM教育活動。特區(qū)政府希望通過推動STEM教育，培育更多具備不同范疇和水平技能的多元人才，以增強香港的競爭力。

“做中學(xué)”理論是美國教育家杜威提出的，“如果承認教材的自然的發(fā)展進程，就總是從包含著做中學(xué)的那些情境開始。記憶和作業(yè)構(gòu)成課程的最初階段，它們相當(dāng)于要知道怎樣做才能達成種種結(jié)果”。從“做中學(xué)”也就是從“活動中學(xué)”，從“從經(jīng)驗中學(xué)”，主張從經(jīng)驗中積累知識，從實際操作中學(xué)習(xí)。STEM教育理念就來源于“從做中學(xué)”，香港的STEM教育也正是在這個理論基礎(chǔ)上扎實開展的。被選派參加內(nèi)地與香港數(shù)學(xué)教學(xué)交流計劃的一年中，我仔細觀摩了STEM課堂，收獲良多。以下是一節(jié)香港圣公會諸圣中學(xué)以科學(xué)教育為主的STEM課，及天主教南華中學(xué)的一節(jié)以數(shù)學(xué)為主的STEM課。

一、課例展示

課例一：平板顯微鏡

1. 引入

教師提問：生物的基本單位是什么？什么儀器可以用來觀察細胞？顯微鏡的影像有什么特征？學(xué)生回憶舊知，回答問題。接著，教師要求學(xué)生用平板計算機的照相功能拍一張面值為10元的港幣中“0”內(nèi)的橫線，并放大或縮小所拍攝的圖像，描述其特征。學(xué)生認真觀察后回答問題：相片放大后比較模糊，邊線不銳利。

2. 學(xué)生操作

學(xué)生利用平板計算機、小凸透鏡、回形針組裝平板顯微鏡，并調(diào)節(jié)對象與顯微鏡之間的距離。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：平板顯微鏡與對象的距離可否改變？學(xué)生思考討論，回答問題：不能改變，因為只有在特定距離才能獲取清晰的圖像。

學(xué)生多次拍攝獲得4mm刻度的照片，并測量照片中刻度的長度（不能放大照片），記錄數(shù)據(jù)。學(xué)生計算平均放大率=■。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：“你認為以你的個人手機配以本實驗中使用的凸透鏡能產(chǎn)生相同的放大率嗎？試簡單解釋你的答案?！睂W(xué)生思考討論，回答問題。

利用上面的放大率找出標本的真實長度。學(xué)生用平板顯微鏡觀察微小對象，并找出它們原來的大?。蝴}粒的寬度；頭發(fā)的直徑；小腸細胞的寬度。在這一過程中教師提問及引導(dǎo)：“這些影像比原對象放大了多少倍？如何得出原對象的大??？”“你認為如何改善實驗，使之增加平板顯微鏡的放大率呢？試簡單解釋你的答案。”

3. 思維拓展

利用自制的平板顯微鏡拍攝一張面值為10元的港幣，比較與沒有凸透鏡的情況下拍攝的照片有何不同之處。

課例二：飲料包裝設(shè)計

本課例是七年級數(shù)學(xué)課《立體圖形的探究》單元設(shè)計的STEM學(xué)習(xí)活動。

1. 導(dǎo)入

市售的飲料包裝大多數(shù)都是長方體，或稱為四角棱柱為最多，其次就是圓柱體，而正方體或是球體的包裝幾乎不曾見過。這些飲料包的設(shè)計與數(shù)學(xué)有關(guān)系嗎？什么因素會影響體積？

2. 學(xué)生操作

分析及計算飲料包裝（四角棱柱）的總表面積（為求簡化計算程序，此設(shè)計不包括飲料包裝的接駁面積）和所需材料面積。下頁表所示為兩個相同容量的不同四角棱柱體的展開圖的包裝例子。

活動（1）：計算下列兩個250ml的不同四角棱柱體展開圖的表面積和所需材料面積（展開圖的總長度×總寬度）。（如有需要，答案精確至一位小數(shù)）

從以上計算所得，在固定體積下，不同包裝尺寸的展開圖所需的材料面積有所不同。

活動（2）：設(shè)計一個250ml紙盒（四角柱體），并計算其總表面面積和所需材料面積及制作此紙盒的真實尺寸實物。

活動（3）：在計算機課制作電子表格，得出最少所需材料面積的250ml正方柱體紙盒的大小。

活動（4）：比較市面上250ml飲料紙盒與活動（3）得出的正方柱體紙盒，為何生產(chǎn)商不選擇活動（3）的設(shè)計？請列舉最少兩種考慮因素。學(xué)生考慮的因素有：成本、外觀、所需材料面積、產(chǎn)品的表面設(shè)計、飲管長度。

活動（5）：在活動（2）學(xué)生設(shè)計的四角柱體中，由教師挑選出3個，學(xué)生從中選出最好的一個，并對該設(shè)計給予評分。幾個考慮因素中，對最重要的給予3分，次要的2分，不太重要的1分。

活動（6）：用最少的材料面積，設(shè)計能包裝6盒飲料的沒有蓋的包裝箱。

二、分析與反思

1. 從“做中學(xué)”理論分析

課例一有五個“做”。第一個“做”即拍攝10元港幣，放大或縮小圖像，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。第二個“做”即動手組裝顯微鏡，掌握技能，獲得方法。第三個“做”即多次拍攝獲得4mm刻度的照片，計算平均放大率，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，提升應(yīng)用數(shù)學(xué)知識的能力，也領(lǐng)悟了進行量度的相關(guān)創(chuàng)意。第四個“做”是拍攝幾個微小對象后量度影像，計算原對象的大小，進一步增強了學(xué)生的操作技能和量度技巧。最后一個“做”使學(xué)生進一步明白顯微鏡的功能，體會到科技的重要性，也有了前后呼應(yīng)的效果。

課例二在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學(xué)生下一步“做中學(xué)”的動機。第一個“做”讓學(xué)生明白總表面面積與所需材料面積的分別及其計算方法。第二個“做”鞏固棱柱表面積、體積的計算，明白棱柱體及其展開圖的關(guān)系。第三個“做”使用電腦EXCEL，讓學(xué)生感受跨學(xué)科知識的使用。第四個“做”讓學(xué)生考慮產(chǎn)品設(shè)計問題，感受所學(xué)知識與現(xiàn)實生活的密切關(guān)系，從“智力”上升到“做事的能力”。第五和第六個“做”通過知識和信息的交流，使學(xué)生深化能力。

2. 從STEM教育目標分析

香港教育局在2016年12月的《推動STEM教育—發(fā)揮創(chuàng)意潛能》報告中提到STEM教育的主要目標，包括讓學(xué)生建立穩(wěn)固的知識基礎(chǔ)，提高他們對科學(xué)、科技和數(shù)學(xué)的興趣；加強他們綜合和應(yīng)用知識與技能的能力；培養(yǎng)他們的創(chuàng)造、協(xié)作和解決問題的能力；以及培育與STEM相關(guān)范疇的人才，以促進香港的發(fā)展。STEM教育重視的是跨學(xué)科綜合能力的培養(yǎng)，鍛煉的是學(xué)生靈活運用知識解決實際問題的能力，通過課程學(xué)習(xí)培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的復(fù)合型人才。

課例一中相關(guān)的STEM元素有：顯微鏡的操作；模型的制作、科技應(yīng)用；量度、單位換算、率及比等。通過本節(jié)課，可以培養(yǎng)學(xué)生的解難能力：（1）運用數(shù)學(xué)知識解難能力，如量度標本刻度及計算放大率，運用放大率找出標本的真實長度；（2）動手操作及日常生活的經(jīng)驗解難；（3）運用科學(xué)知識解難，公平測試，估算誤差及改善。

課例二涉及的科技元素有設(shè)計的考慮、資訊處理及資訊處理工具（試算表），涉及的數(shù)學(xué)元素有面積和體積、長方體的折紙圖樣。通過本節(jié)課，可以培養(yǎng)學(xué)生的解難能力：（1）將數(shù)學(xué)知識運用于生活實踐的能力，提高學(xué)習(xí)興趣；（2）動手操作能力：自行設(shè)計后將展開圖折成四角棱柱；（3）綜合應(yīng)用跨學(xué)科知識與技能的能力，以及培養(yǎng)創(chuàng)造力和解決問題的能力。

推動STEM教育以來，香港每個中小學(xué)都組成了STEM教育領(lǐng)導(dǎo)小組，積極探討研究設(shè)計學(xué)習(xí)活動。目前，STEM教育浪潮已經(jīng)擴展到每個國家。要提升新一代在國際上的競爭力，培養(yǎng)其在科學(xué)、科技、工程、數(shù)學(xué)等范疇的多元化才能，我們也應(yīng)常態(tài)化開展STEM教育實踐，構(gòu)建常態(tài)化課程，建立教師團隊，注重教師專業(yè)發(fā)展，同時從硬件和軟件兩方面入手，建設(shè)豐富的STEM教育資源，推動STEM教育與創(chuàng)客運動良性融合，彌補傳統(tǒng)單一學(xué)科教育的不足。

責(zé)任編輯 魏文琦