許莉娟

科學探究指向解釋自然，工程實踐考慮解決人類的需求。從認知的角度看，科學探究是對自然因果機制的認識，工程實踐強調達到預期的目的，小學科學教育階段開展的STEM教育將這兩種不同的學習形式有機地組合起來，使得學生的科學學習體驗變得更豐富，不同的體驗有利于學生長效學習，更重要的是有利于科學大概念的形成。

筆者以“紙”為基礎設計了為期兩周的STEM項目學習（見表1），通過開展整合科學、技術、工程和數學的相關活動，讓學生有機會進行直接體驗和親手實踐設計，學生通過實驗和收集信息了解紙?zhí)攸c的過程，認識紙的制造工藝、設計賀卡，模擬工程師解決問題的方式。

創(chuàng)設情境，探究不同紙的特性

1.創(chuàng)設真實、有意義的情境

在《義務教育小學科學課程標準》中有一個主要概念是：物體具有一定的特征，材料具有一定的性能。紙正是達成這一主要概念的具體學習內容之一，學生通過對這種常見材料的學習，認識到紙的性能，例如結實程度、透明程度、吸水性等。STEM項目學習采用工程的學習模型，為學生創(chuàng)設情境，設立預期目標：新年為家人、朋友制作一張?zhí)貏e的賀卡，選擇什么紙制作？以下是教學片段：

生：我用A4的紙做。

師：為什么？

生：可以畫畫。

生：我用彩色紙，因為它有顏色，不用涂色。

生：我用A4硬卡紙，它很結實。

生：我選透明紙，上次我的好朋友送的賀卡里就有一種透明紙。

師：能說說透明紙是什么樣子的嗎？

生：隔著這張紙能看到下面的字。

生：我選牛皮紙，它有一些花紋。

生：我選宣紙，它很特別，我可以在上面畫一幅畫，畫畫時能暈染，很漂亮。

制作賀卡環(huán)節(jié)，引發(fā)了學生思考如何選擇紙，選擇紙的過程是對學生前概念的激活，從描述中可以看出他們對彩紙、卡紙、透明紙、牛皮紙、宣紙這5種紙的性能特點的初步認知。

自制賀卡需要學生將產品與材料的特點聯(lián)系在一起考慮：彩色紙的顏色、卡紙的硬度是學生從產品需求上對材料的一種思考，而牛皮紙的紋理、宣紙的暈染（吸收水）是學生日常對紙本身的一種觀察。不難看出將工程實踐作為學習情境，可以從兩個方面激發(fā)學生的經驗：一方面是產品，一方面是材料。這樣比僅從紙這種材料單方面去考慮，就更多地觸發(fā)了學生的經驗，并將這些不同的經驗聯(lián)系起來。

2.探究不同紙張的特性

此時，學生迫切地想知道要完成自己的賀卡制作應選擇什么樣的紙。教師為學生提供了彩紙、卡紙、透明紙、牛皮紙、宣紙、A4白紙和衛(wèi)生紙，同時提供了放大鏡、水、水杯、滴管。學生從紙的顏色、表面光滑程度、厚度、柔軟程度、透明程度、結實程度、吸水性7個維度對每一種紙進行了探究性觀察實驗（見表2）。

根據不同紙的特性制作賀卡

工程實踐是本周的第二次課，學生根據自己對不同紙的性能了解，選擇紙張進行設計與制作，在實踐前教師提出了具體的要求。實踐的形式是個人獨立設計，以確保教師了解每個學生對概念的掌握情況。

設計制作后的展示環(huán)節(jié)分為兩部分：4人小組展示，個人展示。4人小組展示時對每一位學生的作品進行組內評價。個人展示要求學生圍繞評價要求介紹自己的特別賀卡，學生可以從四個方面給自己喜歡的賀卡投星，每個學生發(fā)一張投星卡（見表3）。

以下教學片段是學生展示制作的賀卡、其他學生評價：

生：我選了透明的紙和彩色卡紙，彩色卡紙比較硬，卡紙上寫了“新年快樂”，畫了新年樹和我，透明的紙在外面，比較朦朧，可以看到下面的畫，我認為這樣很特別。

生：他剪得很整齊，透明紙選用得挺好，可以看到下面的畫。

師：你給幾顆星？

生：紙選擇得很好，大小也差不多，5顆吧！

師：差不多可不行，你下課了可以測量一下。從你給的星數看，你很喜歡這個特別的賀卡。

生：我學過國畫，我用了宣紙畫了冬天的紅梅花，我把它貼在紅色的卡紙上，紅色很喜慶。

師：你們給他幾顆星？

生：國畫是我們國家的，這樣的賀卡很有特點，就是宣紙的邊要剪得整齊一些，我給4顆星。

生：宣紙讓水變大。

師：你說的是吸水性嗎？

生：是的，它還比較透明。

師：他設計的賀卡選擇的紙合適嗎？可以給幾顆星？

生：宣紙軟，卡紙比較硬，放在下面，兩種紙在一起挺合適的。設計5顆星，制作5顆星，大小我需要量一量。

生：卡紙比較硬，有多種顏色，我用的是紅色卡紙當底，然后用了綠色、黃色的卡紙裝飾。

生：都用卡紙，不特別，我只給3顆星。

生：她剪得很整齊，貼得也干凈，顏色也很亮，設計4顆星，制作5顆星。

了解紙的制造工藝，制造一張?zhí)貏e的紙

項目學習的核心是如何有效地將科學知識與工程實踐螺旋環(huán)狀相連，在學習中運用迭代的方法探索各種可能性和優(yōu)化設計方案，并解決問題。每一次的迭代都是學生通過科學探究主動建構知識而后實踐的過程。

1.了解紙的制造工藝

實踐的核心是為了引發(fā)學生進一步的思考。在完成賀卡的制作后，教師引發(fā)學生思考：如何設計更特別？第三次課針對這一問題，學生展開了頭腦風暴式的討論，學生想得更多的是選擇一些特別的紙，例如，亮閃閃的鍍金紙、溫度變色紙、心情變色紙、納米紙……在學生天馬行空的想象中，教師將學生引回“紙是用什么做的？又是怎樣制成的？”這一問題。學生只知道紙是植物做成的，為了讓學生清楚了解，教師為學生提供了兩段視頻資料：一段是中國古老宣紙的制造，一段是現(xiàn)代紙的制造。教師向學生介紹紙是一種人造材料，并講解了在紙漿未干時加入一些特殊材料可以使紙有變化。同時教師給學生呈現(xiàn)了這樣的紙，并讓學生設計一張?zhí)貏e的紙，思考在紙漿中嵌入什么裝飾等。

2.制造一張紙

概念學習中，概念的精確表達可以促進學生的理解，但諸如人造材料這樣的概念我們很難用什么精確的語言向三、四年級的學生表述。對于這種不易表達的概念，采用全面深入的實踐性學習經歷，可以讓學生明白概念的核心。

第四次有關紙的學習，就是讓學生經歷“觀察木屑與紙漿的區(qū)別—制作紙漿液—加入化學藥品（安全無毒）—制造一張紙—制作紙賀卡—產品展示”6個環(huán)節(jié)，這6個環(huán)節(jié)從科學觀察，到技術制造，再到工程設計創(chuàng)作，較全面、深入地涉及了科學、技術與工程三個學科，讓學生從三個學科的角度體會人造材料的概念核心。教師對學生提出學習要求見表4。

在產品展示過程中，不同的小組采用了不同的材料，其中一個小組選擇了宣紙進行裝飾，利用宣紙的暈染效果畫了不同顏色的葉子，同時學生在描述中能準確表達他們是利用了宣紙吸水性好的特點。

STEM跨學科學習并非模糊學科間的區(qū)別，而是整合不同的學科的理念與模式，這種整合加強了學生的有意義學習，也更貼近學生的真實生活，將學習變得更有意義。