(江蘇省南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校,江蘇 南京 210000)

STEM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Mathematics)四個(gè)首字母的縮寫，在各國(guó)教育實(shí)踐中表明：STEM教育有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識(shí)、批判性思維、信息技術(shù)能力等未來(lái)社會(huì)必備的技能與能力，并有可能在學(xué)習(xí)者的未來(lái)生活和工作中持續(xù)發(fā)揮作用。

“升降梯”課程是美國(guó)康涅狄格科學(xué)中心向中國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會(huì)提供的3個(gè)STEM案例之一，它巧妙地將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四者相融合，依據(jù)美國(guó)《新一代K-12科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，課程內(nèi)容基于現(xiàn)實(shí)情境，有助于培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力與批判性思維，具有較高的實(shí)踐價(jià)值。筆者利用18課時(shí)對(duì)該課程進(jìn)行實(shí)踐，現(xiàn)將課程實(shí)施情況說(shuō)明如下。

1 “升降梯”課程內(nèi)容與特點(diǎn)分析

1.1 課程內(nèi)容

“升降梯”課程內(nèi)容主要包括三個(gè)部分：“問(wèn)題引入““背景知識(shí)學(xué)習(xí)”“解決工程問(wèn)題”，其中“背景知識(shí)學(xué)習(xí)”主要包括力、能量、簡(jiǎn)單機(jī)械、輪軸。

1.2 課程特點(diǎn)分析

(1) 關(guān)注現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，注重在真實(shí)情境中學(xué)習(xí)

該課程的“問(wèn)題引入”建立在現(xiàn)實(shí)問(wèn)題基礎(chǔ)之上，在學(xué)習(xí)之初，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，學(xué)生在真實(shí)問(wèn)題解決中學(xué)習(xí)。

(2) 以學(xué)生為中心，倡導(dǎo)自主實(shí)踐

學(xué)生在學(xué)習(xí)“升降梯”課程時(shí)，大多通過(guò)自主實(shí)踐來(lái)建構(gòu)知識(shí)，了解相關(guān)知識(shí)及其應(yīng)用，教師主要起到引導(dǎo)、點(diǎn)撥的作用，學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)與自主實(shí)踐活動(dòng)如表1所示。

表1 學(xué)習(xí)任務(wù)與自主實(shí)踐活動(dòng)

(3) 過(guò)程與結(jié)果開(kāi)放

該課程對(duì)學(xué)生制作的“升降梯”結(jié)構(gòu)與外觀設(shè)計(jì)沒(méi)有明確要求，學(xué)生需要做的就是根據(jù)所學(xué)的知識(shí)與給定的器材設(shè)計(jì)、制作模型，這樣可以充分發(fā)揮學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力。對(duì)于模型的評(píng)價(jià)也是多方面的，如：穩(wěn)定性、成本、外觀設(shè)計(jì)、機(jī)械效率等，學(xué)生結(jié)合自己的設(shè)計(jì)，撰寫工程建議書(shū)，最后在班級(jí)交流、討論。

(4) 科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)融合

在對(duì)該課程實(shí)施之后，筆者將該課程中涉及的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)內(nèi)容整理如表2所示。

表2 科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容

該課程將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)進(jìn)行有機(jī)融合，剛開(kāi)始制作時(shí)，學(xué)生需要上網(wǎng)查閱相關(guān)資料(技術(shù))，從而了解電梯的基本結(jié)構(gòu)(工程)以及其中包含的物理原理(科學(xué))，最后需要將模型以設(shè)計(jì)圖的方式呈現(xiàn)出來(lái)(數(shù)學(xué))。

2 “升降梯”課程實(shí)施情況與反思

2.1 課程實(shí)施情況介紹

筆者在南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校高一年級(jí)以選修課形式對(duì)該課程進(jìn)行實(shí)踐，參加選修的學(xué)生共18人，將學(xué)生分為5組，進(jìn)行了為期18課時(shí)的實(shí)踐，每次上課為兩課時(shí)，每課時(shí)40分鐘，具體實(shí)踐時(shí)間與內(nèi)容如表3所示。

表3 實(shí)踐內(nèi)容與課時(shí)安排

2.2 課程實(shí)施中可能出現(xiàn)的問(wèn)題

(1) 教師隨意將學(xué)生分組

“升降梯”課程以項(xiàng)目的形式開(kāi)展，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行學(xué)習(xí)與制作，這樣的安排，有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作、交流能力，但是筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在小組合作學(xué)習(xí)過(guò)程中存在一些問(wèn)題，比如：成員分工不明確、有學(xué)生無(wú)所事事等。教師在分組前應(yīng)盡量了解學(xué)生，遵循“組間同質(zhì)，組內(nèi)異質(zhì)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”的分組原則，為小組合作學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，繼而在課程上合理引導(dǎo)，保證該課程的有序進(jìn)行。

(2) 學(xué)生隨意處理成本與穩(wěn)定性之間的關(guān)系

在學(xué)生制作升降梯模型前，教師需要講解制作升降梯模型的成本問(wèn)題，即從工程角度出發(fā)考慮制作成本，從而讓學(xué)生建立起成本意識(shí)。但是從學(xué)生實(shí)際制作情況來(lái)看，很多學(xué)生片面追求低成本，導(dǎo)致升降梯很不穩(wěn)定，從工程角度來(lái)看，這樣的模型是極其危險(xiǎn)的，不能成為合格的升降梯。由此可以看出，學(xué)生雖然有了成本意識(shí)，但是對(duì)于如何在成本與穩(wěn)定性之間做到合理的權(quán)衡，是許多學(xué)生容易忽略的問(wèn)題。

(3) 學(xué)生不習(xí)慣繪制設(shè)計(jì)圖

在學(xué)生制作模型之前，教師應(yīng)要求學(xué)生畫(huà)出模型的設(shè)計(jì)圖，但是從實(shí)踐情況來(lái)看，很多學(xué)生對(duì)于設(shè)計(jì)圖的重要性認(rèn)識(shí)不足，大多數(shù)學(xué)生都是習(xí)慣于一邊做一邊調(diào)整設(shè)計(jì)圖。這與書(shū)面作業(yè)不同的是，動(dòng)手制作類的調(diào)整比較麻煩，有時(shí)候需要從頭開(kāi)始動(dòng)手制作，這樣不僅浪費(fèi)課堂時(shí)間，而且影響學(xué)生制作積極性。所以，教師在學(xué)生制作前，一定要讓學(xué)生先畫(huà)好相關(guān)設(shè)計(jì)圖，再進(jìn)行制作。

2.3 “升降梯”課程校本化的思考

在對(duì)該課程實(shí)施結(jié)束之后，結(jié)合我?！癝TEM+”課程理念，筆者認(rèn)為該課程可以進(jìn)行以下兩方面的拓展。

(1) 融入信息技術(shù)

“升降梯”課程中的知識(shí)對(duì)于學(xué)生來(lái)講，應(yīng)該是很容易接受的，學(xué)生最終基本都可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)升降。受“互聯(lián)網(wǎng)+”理念的啟發(fā)，筆者覺(jué)得該課程可以適當(dāng)加入電動(dòng)機(jī)與編程內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降。由此將該課程與信息技術(shù)相結(jié)合，拓展該課程內(nèi)容，可讓更多的學(xué)生參與進(jìn)來(lái)。

(2) 融入藝術(shù)

本次課程實(shí)施最后學(xué)生做出來(lái)的升降機(jī)，雖然外形各不一樣，但是結(jié)構(gòu)與色彩方面比較單調(diào)，筆者覺(jué)得該課程可以適當(dāng)融入藝術(shù)元素，在學(xué)生加工制作的過(guò)程中，融入空間設(shè)計(jì)、外觀美化等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)的融合，同時(shí)注重學(xué)生審美素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3 “升降梯”課程對(duì)中學(xué)開(kāi)展STEM教育的啟示

3.1 重視技術(shù)、工程課程的學(xué)習(xí)

STEM所包含的四個(gè)要素相輔相成，在開(kāi)展STEM教育時(shí)，技術(shù)和工程課程應(yīng)該有與科學(xué)課程同等重要的地位。STEM教育研究者普遍意識(shí)到在實(shí)際的社會(huì)分工中從事技術(shù)和工程的人數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于從事科學(xué)和數(shù)學(xué)的工作人數(shù)，在開(kāi)展STEM教育的過(guò)程中，要重新審視技術(shù)、工程課程的重要性。

3.2 通力合作，做到學(xué)科間融合

我國(guó)現(xiàn)行中小學(xué)有數(shù)學(xué)課程、科學(xué)課程、技術(shù)課程，但是這些課程都主要是分科課程，而非STEM所提倡的跨學(xué)科課程。我們的科學(xué)教師對(duì)科學(xué)知識(shí)(數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等)了解得較多，但是對(duì)于STEM教育項(xiàng)目中涉及的技術(shù)、工程方面的內(nèi)容可能不是很熟悉，這就需要不同學(xué)科教師之間多交流，互相學(xué)習(xí)。筆者在實(shí)踐“升降梯”課程時(shí)，對(duì)科學(xué)知識(shí)比較熟悉，但是工程方面的知識(shí)就需要向相關(guān)教師請(qǐng)教，只有正確認(rèn)識(shí)該課程中科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)之間的相互關(guān)系，教師才能更好地理解課程框架，從而實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)。

3.3 勤于思考，積極開(kāi)發(fā)STEM項(xiàng)目

我們現(xiàn)有的STEM項(xiàng)目大多來(lái)源于國(guó)外，雖然這些項(xiàng)目設(shè)計(jì)相對(duì)比較成熟，但其教學(xué)進(jìn)度與教學(xué)內(nèi)容等并不完全適用于國(guó)內(nèi)。比如，在“升降梯”課程中用一節(jié)課的時(shí)間，讓學(xué)生分析靜止物體受力情況，而國(guó)內(nèi)學(xué)生對(duì)該知識(shí)大多比較熟悉，所以一般不需要用這么長(zhǎng)時(shí)間；該課程中關(guān)于“機(jī)械效率”的定義與國(guó)內(nèi)物理學(xué)習(xí)的也不太一樣。基于上述原因，筆者覺(jué)得廣大科學(xué)教師應(yīng)勤于思考，開(kāi)發(fā)適合國(guó)內(nèi)教學(xué)的STEM項(xiàng)目，讓更多的學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，建議可以從下面三方面進(jìn)行考慮。

(1) 在現(xiàn)有的課程基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)

教師可以在已有的課程基礎(chǔ)上，思考、分析不同知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，整合其他學(xué)科相關(guān)知識(shí)，以項(xiàng)目的形式進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

(2) 聯(lián)合校內(nèi)其他學(xué)科教師進(jìn)行開(kāi)發(fā)

可以與校內(nèi)其他學(xué)科教師討論、商量，找出不同學(xué)科之間的聯(lián)系，以此為切入點(diǎn)，然后思考如何進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，嘗試開(kāi)發(fā)。

(3) 聯(lián)合校外社會(huì)力量進(jìn)行開(kāi)發(fā)

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》明確指出：要“充分調(diào)動(dòng)全社會(huì)力量關(guān)心和支持教育，完善社會(huì)力量出資興辦教育的體制和政策，不斷提高社會(huì)資源對(duì)教育的投入”，以開(kāi)放的教育辦學(xué)理念，聯(lián)合社會(huì)上非盈利的教育組織，充分發(fā)揮社會(huì)參與STEM教育的功能。