張清泉

【摘要】《2017地平線報(bào)告》指出，未來(lái)基礎(chǔ)教育應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵要素包括“STEM學(xué)習(xí)興起”，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科、跨學(xué)科等術(shù)語(yǔ)，提出了將校內(nèi)課程與現(xiàn)實(shí)世界結(jié)合的未來(lái)教育發(fā)展趨勢(shì)。STEM教育是教育界的熱點(diǎn)，本文以開(kāi)展的創(chuàng)造型STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)案例“智能音樂(lè)盒”為例，詳細(xì)闡述STEM主題課程的探索實(shí)施的過(guò)程，體現(xiàn)了通過(guò)基于工程的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程，運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決方案，努力嘗試實(shí)現(xiàn)達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的根本目的。

【關(guān)鍵詞】STEM教育;項(xiàng)目學(xué)習(xí);創(chuàng)造型

當(dāng)今國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。國(guó)與國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)際上是綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)，其核心是自主創(chuàng)新能力的競(jìng)爭(zhēng)，歸根到底是教育與人才之間的競(jìng)爭(zhēng)。各國(guó)教育改革的方向，開(kāi)始著眼并致力于培養(yǎng)具有21 世紀(jì)核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的公民。

STEM 教育起源于美國(guó)，STEM 是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門(mén)學(xué)科英文名稱的簡(jiǎn)稱。STEM 教育強(qiáng)調(diào)多學(xué)科內(nèi)容之間的交叉融合，使其形成一個(gè)有機(jī)整體，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的能力。STEM 教育的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的教育理念和思維方式，引導(dǎo)人們重新探索新型的教學(xué)方式。我國(guó) STEM 教育處于積極發(fā)展階段。2019年中國(guó)教科院在西安發(fā)布的《中國(guó) STEM 教育調(diào)研報(bào)告》指出，STEM 教育理念得到廣泛認(rèn)可，大部分教育者認(rèn)可 STEM 教育的目的是培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。多數(shù)教育者認(rèn)可 STEM 教育的跨學(xué)科性。

一、創(chuàng)造型STEM項(xiàng)目特點(diǎn)

創(chuàng)造型STEM項(xiàng)目就是運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)完成一個(gè)創(chuàng)新物品的設(shè)計(jì)與制作的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)。融合STEM教育理念，結(jié)合開(kāi)源硬件、軟件（如Mixly、LaserMaker）的創(chuàng)造型項(xiàng)目是讓學(xué)生基于問(wèn)題，通過(guò)項(xiàng)目活動(dòng)的學(xué)習(xí)來(lái)體驗(yàn)合作分享的創(chuàng)客精神，激發(fā)學(xué)生的好奇心及參與極性，從而能有效地促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化遷移和高階思維能力的提升。這也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神、實(shí)踐創(chuàng)新的核心素養(yǎng)的重要途徑。在學(xué)習(xí)開(kāi)源軟、硬件等知識(shí)的過(guò)程中，綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)，把同學(xué)們的奇思妙想變成現(xiàn)實(shí)的一種著眼于未來(lái)的教育。

STEM教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)的自然和生活情境中進(jìn)行學(xué)習(xí)。我們?cè)O(shè)計(jì)的創(chuàng)造型項(xiàng)目的問(wèn)題引入基于生活情境，強(qiáng)調(diào)人文關(guān)懷，立德樹(shù)人;重視跨學(xué)科整合的知識(shí)和方法解決實(shí)際問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生親自動(dòng)手、動(dòng)腦，使學(xué)生沉浸在親身探究和開(kāi)放式探索中;強(qiáng)調(diào)通過(guò)科學(xué)方法（科學(xué)實(shí)驗(yàn)），獲得隱含在問(wèn)題背后的知識(shí);強(qiáng)調(diào)以工程設(shè)計(jì)為引導(dǎo)，制作作品，結(jié)合各種技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，如重視傳感器相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)，重視編程思維的培養(yǎng)，重視信息化工具和實(shí)物類工具的使用技能的培養(yǎng)，最終以作品作為學(xué)習(xí)結(jié)果;強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作，進(jìn)行群體性的知識(shí)建構(gòu);強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造和成果分享，從而獲得創(chuàng)造的成就感。我們的項(xiàng)目學(xué)習(xí)允許同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)問(wèn)題能有多個(gè)正確的答案，并把失敗重組看做學(xué)生學(xué)習(xí)的必要部分。

二、創(chuàng)造型STEM項(xiàng)目的學(xué)習(xí)開(kāi)展方式

我們從基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)模式出發(fā)設(shè)計(jì)創(chuàng)造型STEM項(xiàng)目的學(xué)習(xí)開(kāi)展方式， 使學(xué)生能沉浸在親身探究和開(kāi)放式探索中。創(chuàng)造型STEM教育應(yīng)用基本步驟如下。

1.觀察與思考

問(wèn)題或情境引入，創(chuàng)造型STEM教育應(yīng)用的目標(biāo)是完成一個(gè)創(chuàng)新物品的設(shè)計(jì)和制造，創(chuàng)新來(lái)自于現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題，所以教師需要引入極具吸引力的情境供學(xué)生觀察，激發(fā)學(xué)習(xí)者從中尋找需求并明確創(chuàng)造方向。在這里需要注重人文素養(yǎng)的培養(yǎng)，適當(dāng)滲透德育教育。

2.項(xiàng)目籌備

學(xué)生首先組建團(tuán)隊(duì)，并自行對(duì)組內(nèi)人員進(jìn)行合理分工。然后準(zhǔn)備器材與工具，列出所需的各種傳感器設(shè)備、工具及外觀材料。其次是相關(guān)信息搜集，所需傳感器的使用方法和編程技巧以及各種工具的使用方法。這里注重學(xué)生搜集信息、分析信息、利用信息等信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3.動(dòng)手實(shí)踐

學(xué)生首先要設(shè)計(jì)軟件流程，根據(jù)任務(wù)分析，畫(huà)出程序流程圖。然后探索各個(gè)傳感器的使用方法;全部硬件連接后，編寫(xiě)程序并做好調(diào)試硬件的記錄。這里重視學(xué)生編程思維與邏輯能力的訓(xùn)練。

4.工程制作

這是整個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)中最關(guān)鍵的步驟，主要涉及外觀制作進(jìn)而作品成型。首先要求學(xué)生測(cè)量各個(gè)傳感器的尺寸，畫(huà)出大概草圖，也可用軟件制圖;選擇外觀材料如亞克力板、瓦楞紙、木板或其他環(huán)保材料，制作外觀;接著使用激光切割機(jī)或其他金工、木工工具進(jìn)行制作;最后是作品連接成型并通電測(cè)試。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生碰到的問(wèn)題會(huì)相當(dāng)多，需要學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作，細(xì)化并解決每個(gè)具體的問(wèn)題。這里強(qiáng)調(diào)的是團(tuán)隊(duì)合作，有效率的頭腦風(fēng)暴，能沉浸在各種探索中，能進(jìn)行群體性的知識(shí)建構(gòu)。

5.分享交流

學(xué)生完成工程制作之后，我們要求學(xué)生對(duì)各小組的作品進(jìn)行分享和評(píng)價(jià)，特別是注重介紹外觀構(gòu)造和編程方法、團(tuán)隊(duì)合作解決問(wèn)題的過(guò)程。這里強(qiáng)調(diào)通過(guò)創(chuàng)造成果分享，從而獲得創(chuàng)造的成就感。

三、創(chuàng)造型項(xiàng)目的跨學(xué)科特色

STEM教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)科的交叉融合，講究有目的地連接和整合各個(gè)學(xué)科的知識(shí)和內(nèi)容，尤其是數(shù)學(xué)和科學(xué)課程的內(nèi)容。以“智能音樂(lè)盒”學(xué)習(xí)項(xiàng)目為例，如下圖所示。

“智能音樂(lè)盒”學(xué)習(xí)項(xiàng)目是要求學(xué)生使用開(kāi)源軟硬件制作一款具有手機(jī)遠(yuǎn)程控制MP3播放，并同時(shí)具備環(huán)境檢測(cè)功能的音樂(lè)盒產(chǎn)品。在這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)中，會(huì)涉及到通用技術(shù)、語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、音樂(lè)、信息技術(shù)以及科學(xué)等多學(xué)科知識(shí)的融合。其中，學(xué)科中的通用技術(shù)主要是利用各種工具技術(shù)使作品成型穩(wěn)固;語(yǔ)文涉及產(chǎn)品介紹說(shuō)明和演示解說(shuō)詞;數(shù)學(xué)主要是造物結(jié)構(gòu)和各個(gè)硬件的測(cè)量;音樂(lè)涉及的是MP3和歌曲旋律等知識(shí);信息技術(shù)主要是編程和軟件制圖;科學(xué)主要涉及的是電路、溫濕度知識(shí)。這里通用技術(shù)和信息技術(shù)都需要基礎(chǔ)學(xué)科數(shù)學(xué)為支撐。

我們?cè)O(shè)計(jì)創(chuàng)造型STEM課程就是為了更好地為學(xué)生跨學(xué)科綜合能力的培養(yǎng)。需要我們教師更加積極地結(jié)合實(shí)際開(kāi)展STEM 課程，整合多學(xué)科內(nèi)容，通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，在師生、生生的思維碰撞和實(shí)踐中，真正促進(jìn)學(xué)生核心能力的發(fā)展。

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