◇朱素素

STEM由科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Mathematics)的首字母組成，STEM教育并不是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四類學(xué)科簡單地疊加，而是使它們彼此之間進(jìn)行有效融合，組成為一個(gè)有機(jī)的整體，并以真實(shí)問題解決為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，在實(shí)踐中應(yīng)用知識(shí)、獲得知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、復(fù)合思維和創(chuàng)新思維。可見，STEM教育是一門跨學(xué)科教育，旨在運(yùn)用多門學(xué)科的知識(shí)和方法解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造力。目前，STEM已成為科學(xué)教育的發(fā)展趨勢，我國最新《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，提倡探究式學(xué)習(xí)，并第一次將“技術(shù)與工程”提出作為四大課程內(nèi)容之一。在美國，聚焦STEM的中小學(xué)已遍布全美，它們?yōu)閷W(xué)生提供嚴(yán)格的STEM課程、超時(shí)的STEM教學(xué)、豐富的STEM教育資源以及優(yōu)秀的STEM教師等。

教科版五下《造一艘小船》中，介紹了船的發(fā)展史，學(xué)生設(shè)計(jì)小船設(shè)計(jì)圖、確定材料、動(dòng)手建造一艘小船，學(xué)生能根據(jù)一些要求改進(jìn)小船模型，如船上裝了玻璃彈滾來滾去如何解決。在小船構(gòu)建模型的過程中，數(shù)學(xué)和工程類要素涉及較少，筆者根據(jù)STEM的理念對(duì)本節(jié)課進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，學(xué)生經(jīng)歷問題討論、獲取背景知識(shí)、設(shè)計(jì)方案、構(gòu)建模型、測試改進(jìn)模型、展示交流等流程，發(fā)展了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力。

一、基于STEM理念的目標(biāo)設(shè)計(jì)

STEM教育目標(biāo)是在真實(shí)的問題情境中獲得多門學(xué)科相關(guān)知識(shí)和技能，培養(yǎng)實(shí)踐能力、探究精神和創(chuàng)新能力。因此，我參照新課程提出的三維目標(biāo)來劃分教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)與技能目標(biāo)、過程與方法目標(biāo)、情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)。

表1 基于STEM理念的三維教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

二、基于STEM理念的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生思維

STEM課堂中教師設(shè)置一個(gè)明確的真實(shí)情境，為解決問題，學(xué)生綜合考慮各方面客觀因素，自然就貫穿了力學(xué)、數(shù)學(xué)、設(shè)計(jì)、技術(shù)等方面的知識(shí)。在這個(gè)構(gòu)建小船模型項(xiàng)目中，學(xué)生需全面關(guān)注情境中的背景知識(shí)，情境中提到了“東南風(fēng)”“茶葉不能濕”“省力”“安全”“節(jié)約”等等，對(duì)學(xué)生來說是充滿挑戰(zhàn)性和趣味性，充分了激發(fā)了學(xué)生的思維積極性。

情境設(shè)置：劉大伯的茶園豐收了，他要運(yùn)茶葉過河去市場上賣，可是村子外有一條河擋了劉大伯的路。你能幫助他設(shè)計(jì)一艘船，既省力又安全地渡過這條河流嗎？對(duì)了，茶葉可不能弄濕。當(dāng)然，你幫忙設(shè)計(jì)這艘船，他一定會(huì)還給你材料費(fèi)和工錢的，不過他希望越節(jié)約越好。（注：當(dāng)?shù)厥⑿袞|南風(fēng)，這是一條大約100米寬的小河，河水幾乎沒有在流動(dòng)，劉大伯大約重70kg，茶葉大約有100kg。）

圖1 問題情境地理分布圖

（二）開展頭腦風(fēng)暴，了解背景知識(shí)

組織學(xué)生開展頭腦風(fēng)暴，討論建構(gòu)小船模型我們需要知道的背景知識(shí)。學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性的討論，暢所欲言，將所需的知識(shí)和問題全部貼在教室。學(xué)生預(yù)設(shè)：一類是知識(shí)問題：小船的裝載量影響因素、船的動(dòng)力等；一類是具體工程問題：船體設(shè)計(jì)、小船模型的材料、經(jīng)費(fèi)預(yù)算等。

（三）開展實(shí)驗(yàn)探究，獲得背景知識(shí)

學(xué)生要進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)概念和數(shù)學(xué)概念的學(xué)習(xí)，促進(jìn)概念的內(nèi)化，幫助接下來的工程和技術(shù)活動(dòng)的開展。

1.測量裝載量

給學(xué)生提供一張導(dǎo)學(xué)單，提示學(xué)生小組材料：橡皮泥、水槽、大燒杯、小量杯、小木塊、細(xì)繩、回形針、墊圈，學(xué)生從這些材料中進(jìn)行選擇，解決以下問題。

（1）如何測試小船的裝載量？測量的方法是什么？預(yù)設(shè)：利用回形針充當(dāng)貨物測試小船能承受多少個(gè)，不斷加回形針，直到小船沉沒。

（2）如何測量排開的水量？如何讓測量準(zhǔn)確一些？預(yù)設(shè)：小木塊墊在燒杯的一邊，讓燒杯傾斜，燒杯加滿水，將小船放在水面，將小量杯放在燒杯口下，開始以后，往里面一個(gè)一個(gè)地加墊圈或者回形針；為了讓排開的水量的讀取更準(zhǔn)確一些，每加5個(gè)墊圈或者回形針讀數(shù)一次。

（3）裝載量和排開的水量有什么樣的關(guān)系？預(yù)設(shè)：設(shè)計(jì)表格記錄并繪制坐標(biāo)圖，尋找規(guī)律。多次實(shí)驗(yàn)，記錄。

（4）能推斷幫助農(nóng)民運(yùn)載茶葉的船排開的水量嗎？預(yù)設(shè)：根據(jù)上述問題進(jìn)行預(yù)測。我們要增加船排開的水量才能增加載重量。

（5）為了增大船的裝載量，你們的小船該如何設(shè)計(jì)？預(yù)設(shè)：盡可能造大一些。

2.搜集船的相關(guān)資料，分析討論造船的動(dòng)力

以小組為單位，通過網(wǎng)絡(luò)搜集船的發(fā)展史和造船技術(shù)運(yùn)用到的技術(shù)。預(yù)設(shè)：學(xué)生了解到船的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)、船的不同類型、船的材料、船的發(fā)展史。

我們的任務(wù)適合設(shè)計(jì)哪種動(dòng)力的小船呢？預(yù)設(shè)：分析任務(wù)發(fā)現(xiàn)，太陽能不好利用，水力驅(qū)動(dòng)也不好利用，人力也不好利用，電力驅(qū)動(dòng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)還是比較貴的，因此我們用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)。學(xué)生了解風(fēng)動(dòng)力的船。

（四）確定造船方案，構(gòu)建小船模型

1.確定造船方案

工程中設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)圖中包含了船體造型、材料選擇及預(yù)算，我們標(biāo)出了每種材料的價(jià)格供學(xué)生參考。真實(shí)的工程建設(shè)均是要進(jìn)行工程預(yù)算的，模型制作也要進(jìn)行預(yù)算。每個(gè)學(xué)生小組需綜合考慮情境所給的客觀因素，尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，確定造船方案，包括需要的材料、船體設(shè)計(jì)圖（船身比例、尺寸）、安全性能、預(yù)算20元材料購置。

表2 材料價(jià)格名目表

2.構(gòu)建小船模型

確定造船方案后，學(xué)生依據(jù)設(shè)計(jì)圖并運(yùn)用一些工具構(gòu)建小船模型。學(xué)生在大水盆里測試小船的裝載量并吹氣測試自己的小船能否前進(jìn)。預(yù)設(shè)：有些小組的小船裝載量比較小，有些小組裝載量大，小船有些前進(jìn)快，有些前進(jìn)慢，小船的方向會(huì)發(fā)生改變。3.改進(jìn)并測試小船模型

學(xué)生測試小船模型，發(fā)現(xiàn)存在的問題，學(xué)生討論并且參考其他小組的模型優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，并再次測試小船模型。參考的改進(jìn)點(diǎn)：①你們的小船裝載量有多少，能再增加嗎？②小船能開得快一些嗎？③你們準(zhǔn)備怎么測試改進(jìn)后的小船？④小船的方向如何控制？預(yù)設(shè)：船身的形狀改造，船的帆的固定位置和形狀再改造。

4.再次改進(jìn)小船模型，測試

真實(shí)的工程設(shè)計(jì)就是會(huì)不斷地進(jìn)行改進(jìn)測試，我們的小船模型要不斷地修改，滿足要求。參考的改進(jìn)點(diǎn)：船上運(yùn)送的茶葉是不能被河水濺濕的，也不能挪動(dòng)以免茶葉破，你們有這方面的考慮嗎？預(yù)設(shè)：學(xué)生在設(shè)計(jì)圖上修改，并再次測試小船；學(xué)生對(duì)船體里面再改造，制造隔間。

5.學(xué)生展示結(jié)果，交流小船設(shè)計(jì)

比較各個(gè)小組小船的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

三、教學(xué)評(píng)價(jià)

STEM教學(xué)評(píng)價(jià)的不是知識(shí)本身，而是知識(shí)、技術(shù)、工程的遷移應(yīng)用能力，而評(píng)價(jià)指向全面發(fā)展的人的STEM技能。STEM技能的評(píng)價(jià)，以小組的形式進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)圍繞著整個(gè)活動(dòng)內(nèi)容，進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)。

評(píng)價(jià)方案：以下七項(xiàng)累計(jì)加分，滿分為100分。

表3 STEM過程性評(píng)價(jià)表

STEM教育作為一門跨學(xué)科教育模式，在真實(shí)的問題情境下，學(xué)生綜合運(yùn)用多門學(xué)科知識(shí)進(jìn)行探索學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。在實(shí)施過程中，如何進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、如何客觀全面地評(píng)價(jià)學(xué)生等，仍需要我們繼續(xù)積極探索。