吳錫理 朱婷婷

摘要：初中科學是以對科學本質(zhì)的認識為基礎(chǔ)、以提高學生科學素養(yǎng)為宗旨的綜合課程?！癝TEM”追求的是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四個學科之間的深度融合，它是基于學生如何“做科學”，而不是僅僅“記憶科學事實”，這與初中科學課程的目標高度契合，所以將“STEM”理念融合于初中科學課堂教學，是促進有效教學的一種新的教學模式與載體，是提升學生課堂自主建構(gòu)的一種有效手段。本文以“溫州S1線降噪模型”的項目學習“聲學”內(nèi)容為例，分享“STEM”理念在促進初中課堂有效教學中的實踐體驗，并在此基礎(chǔ)上提煉出融合“STEM”理念的初中科學教學模型。

關(guān)鍵詞：STEM理念;S1 線降噪模型;實踐;教學模型

“STEM”教育追求的是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四個學科之間的深度融合。它的課程與教學都是基于學生“做科學”，通過項目式學習和問題解決式學習，為學生提供科學、技術(shù)、工程和數(shù)學相融合的學習體驗，而不是僅僅“記憶科學事實”。如何將初中科學課堂與“STEM”教學理念有機結(jié)合？如何讓“STEM”與科學課堂的無縫融合？本文以“溫州S1線降噪模型”的項目學習“聲學”內(nèi)容為例，分享“STEM”理念在初中科學教學中的實踐?！奥暋笔钦憬贪妗犊茖W》七年級下冊第二章的內(nèi)容，其包括聲音的產(chǎn)生、傳播、聲音的特性和噪聲防治。

一、整合教學資源，解決真實項目問題

“STEM”教學注重多層次的教學，能從真實問題出發(fā)，力求將課堂中所獲得的知識、能力等運用于解決實際問題，有力地推動了學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。從而有效地改善現(xiàn)今經(jīng)大部分《科學》課堂教學仍然拘泥于知識傳授，學生缺乏真實動手體驗的現(xiàn)狀。為了更好的滲透“STEM”教學理念，這就要求教師從課堂抽身，在課堂之前做好充分的教學資源整合。包括真實教學情境的簡化整合，項目學習材料的選擇整合，學生所需的知識背景的提煉整合等。

（一）真實教學情境的簡化整合

“STEM”理念下的初中《科學》教學內(nèi)容要具有綜合性、實用性、科學性的特征，這就要求教學情境不僅要真實、科學，還要加工成學生能夠有效利用的一個學習情境。如何將現(xiàn)實生活中的一個復雜的科學問題，整合成學生能夠憑借頭腦風暴交流學習理解的學習情境顯得尤為重要，這就要求科學教師，在教學前進行合理的提煉加工，使情境真實貼切。因此情境選擇盡可能選擇學生熟悉感興趣的事物，與現(xiàn)有邏輯思維匹配的事物。

例如：為了將教材中聲學知識具象化，我們選擇了“溫州S1線降噪模型”的設(shè)計作為教學載體。對情境進行整合如下：2019年4月溫州第一條軌道交通S1線應運而生，為市民出行帶來極大便利，與此同時S1線運行噪音污染不期而至。打造良好的生活環(huán)境，降低生活中的噪聲污染迫在眉睫。為S1線設(shè)置降噪裝置，從根源上減小噪聲帶來的負面影響就很有研究價值?；谲壍繱1線帶來的噪音現(xiàn)狀，本項目是以現(xiàn)行的軌道S1線車體為例，為其設(shè)計一款降噪隔音壁，并搭建降噪隔音壁模型及安裝在現(xiàn)實車體的位置為主線，通過小組頭腦風暴形成設(shè)計思想，將設(shè)計付諸實踐，動手體驗制作，并不斷檢驗調(diào)試制作的產(chǎn)品。整合后的情境與教學對應的聲學知識相匹配，簡化了關(guān)于軌道交通的其余復雜背景知識。同學們很容易接受，自然而然進入情境開始項目學習。

（二）項目學習材料的選擇整合

“STEM”理念教學重在將所學習的知識用于解決真實問題，強調(diào)實踐動手，這就要求項目開展的可實操性很重要，如果一個項目需要的硬件材料獲取難度大，就不利于在課堂上開展，材料價格高就不利于一些農(nóng)村學校項目開展，因此材料的選擇準備需要教師提早合理整合，使得項目實操搭建在課堂上成為可能。

例如：在開展“溫州S1 線降噪模型”的項目制作時，教師以及學生活動所需要的吸聲材料及分貝儀均可以從淘寶購入，價格合理;所需要的模型制作工具如榔頭、鐵釘可以從學校實驗室獲取。所用的降噪檢測設(shè)備模型由教師自行制作提供。所有項目學習材料如表 1，材料獲取簡單，價格便宜。教學時，我們也可以盡可能多的考慮學生生活中容易回收使用的物品。

（三）知識背景的有效提煉整合

在進行“STEM”課程學習時，學生是學習的主體，教師提供學生所需要幫助，項目開展時，學生可能出現(xiàn)一些背景知識欠缺，而信息化時代，網(wǎng)絡(luò)資源鋪天蓋地，初中階段學生有效知識提煉加工有困難，這就要求項目開展前，教師事先提供一些已經(jīng)經(jīng)過提煉的知識，并結(jié)合教材知識，供小組討論。例如在進行“降噪裝置的模型設(shè)計時”教師提供了如下資料包供學生研討。

信息鏈接：

資料1、聲音是一種能量，在傳遞過程中遇到波浪形或粗糙凸面障礙物，會使聲波阻隔，接觸面增大時會分解成許多比較弱的反射聲波，可以降噪。

資料2、任何材料都能吸收聲音，其中多孔材料（如毛氈、海綿）吸聲效果較好，多層疊加可增強其效果，其原理是使聲波深入材料空隙，受到空隙內(nèi)空氣摩擦，將聲能轉(zhuǎn)化為空氣熱能，從而吸聲降噪。

材料3、利用金屬薄板與金屬薄板夾一定厚度空氣腔，可形成共振吸聲材料，能有效降噪。其原理是薄板在聲波作用下產(chǎn)生振動，振動時內(nèi)部產(chǎn)生能量損耗，將聲能轉(zhuǎn)化為機械能，從而起到吸聲作用。而且吸聲面金屬薄板適當穿孔后，形成穿孔板，板后空氣腔內(nèi)填充一定數(shù)量顆粒吸聲材料，最大吸聲系數(shù)可升高，但穿孔率不宜太高，一般1%～50%左右。當穿孔小于一毫米時，板后沒有吸聲顆粒狀材料可以達到相同吸聲效果。

資料4、吸聲材料厚度越厚吸收效果越好。

二、優(yōu)化教學引導，滲透多學科知識

由于當前初中科學教學內(nèi)容具有較強的綜合性屬性，與工程、數(shù)學、技術(shù)等學科都有一定的密切聯(lián)系，因此教師要有效結(jié)合學生的學習能力和認知水平，對課堂教學進行合理引導，從而引領(lǐng)學生利用多學科知識完成項目的學習以及實踐。

例如：在進行“溫州 S1 線降噪模型”教學的引入時，教師展示“三垟街道萬科和園”居民反映S1 線噪音過大視頻及S1 線運行經(jīng)過居民區(qū)的分貝儀測量噪音視頻，直觀的引起學生共鳴，引入項目。繼而追問：為了降低軌道 S1 線運行時帶來的噪音污染。你有哪些措施？學生頭腦風暴提出各種措施，如：為 S1 線沿線造隔音壁（如圖 1），為車體下方輪軌兩側(cè)造隔音壁（如圖 2）。

教師展示鋪墊：甌海高架上拍攝的直立式隔音壁。進一步引導：生活中的這些隔音壁的架構(gòu)是否是最佳隔音壁了，能否直接安裝在S1 線車體上？學生自然而然在教師精心設(shè)計的引導下，逐步激發(fā)思維，最終教師明確項目任務：為了從源頭上有效降低 S1 線運行時帶來的噪音，請你幫助 S1 線車體設(shè)計制作降噪裝置——一面隔音壁。并制作出相應模型供 S1 線技術(shù)工人參考，以便 S1 線技術(shù)工人對照模型的可行性進行調(diào)整。同時教師展示該項目開展必須經(jīng)歷的過程圖（如圖3）。

教師的引導策略在項目實施時尤為重要，引導時將現(xiàn)實生活中真實的場景搬到課堂中來，讓學生貼近生活，不斷嘗試，并用科學知識、科學技能解決現(xiàn)實問題。解決問題時學生會產(chǎn)生困惑，不斷試誤，糾正創(chuàng)新，在項目實施過程中學生會發(fā)現(xiàn)不僅需要科學知識作為支架，實際制作時需要數(shù)學中的計算，產(chǎn)品要注重美觀， 還要考慮工程問題等。

三、注重多元評價，促進優(yōu)化提升

評價就是對學生學習效果的檢測反饋，過去學習效果的評價我們注重知識性評價，往往選擇形成性練習進行評價，或者布置學生一個探究任務，但是缺少后續(xù)跟進。“STEAM”教學注重評價，將實踐搬到課堂中進行，學生熱情高漲，通過學生自我評價，小組評價，組與組之間評價，產(chǎn)品評價等多種形式，評價方式模擬真實背景下出現(xiàn)的情況，讓學生真實的感受到一個產(chǎn)品生成的多個環(huán)節(jié)，以及涉及到多領(lǐng)域的知識。下面展示“溫州 S1 線降噪模型”項目學習中的部分評價量表：

四、引領(lǐng)思維發(fā)展，延伸項目學習

“STEM”教學往往以項目式展開學習，而項目式學習又以一個個任務為中心，以解決生活中的一個真實具體的問題而展開。真實的問題情境有利于激發(fā)學生的認知內(nèi)驅(qū)力，學生就會主動進行學習和探究，即使在學習過程中遇到困難，興趣主導的內(nèi)驅(qū)力會促使學生積極思考想方設(shè)法解決問題，在項目學習中學生不拘泥于用單一方法解決問題，嘗試多種思路多種方法解決，而一個真實問題的解決有其特有的復雜性，因此在課堂上傾盡全班之力完成的項目依然有其不足，這就激發(fā)了學生繼續(xù)探究項目之外的內(nèi)容，教師一般要鼓勵學生采用生活中你認為合理的材料繼續(xù)研究，這樣就實現(xiàn)了學習的課后延伸，促使學生思維的延續(xù)發(fā)展。

例如：在“檢測同學們制作的隔音壁的降噪效果”學習時，檢測設(shè)備（如圖4，圖 5），在現(xiàn)實檢測中應該有什么特征，檢測注意事項有哪些，學生極大的調(diào)動思維突破這一現(xiàn)實問題。

又如，教師追問，同學們制作的項目產(chǎn)品軌道 S1 線車體降噪隔音壁模型（如圖 6）仍然不是最完美的模型，與現(xiàn)實中的實物（類似于圖7：在現(xiàn)實生活中軌道 S1 線的隔音壁尚沒有問世，但是動車車體上的隔音壁已經(jīng)在推廣使用。）有什么差距，同學們還可以繼續(xù)探究有沒有更好的吸聲材料可以替代本次項目學習材料，有沒有更環(huán)保的制作方式。

五、融合 STEM 理念，提煉教學模型

“STEM ”教學模型主要包括發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并制定解決方案、協(xié)作學習并完成原型制作、解決問題并展示作品、自我反思并發(fā)布作品五個階段。結(jié)合“STEM” 教學模型和對初中科學課堂探究教學的理解，我們提出了基于 STEM 理念的初中科學課堂教學模型，如下圖8。

由圖可看出，教學模型主要包含教學目標、教學程序、教學內(nèi)容，評價方式、和教學支架（問題、任務）等教學元素。整個教學是以項目任務為載體的基于問題解決的教學，以培養(yǎng)學生的“STEM”和科學素養(yǎng)為根本目標，在該目標的指導下，在教學中設(shè)計了“觀察發(fā)現(xiàn)→設(shè)計方案→合作實踐→評價分享→拓展延伸”不同維度的五個教學環(huán)節(jié)。教師主要負責在各個階段觀察任務完成的程度并提供必要的問題引領(lǐng)，將學生要學習的知識概念與問題情景及前知識聯(lián)系起來;鼓勵學生自主學習與合作學習，在“發(fā)現(xiàn)問題→交流問題→解決問題→拓展問題”中多學科、多視角的完成任務;提供多樣、多維和多元的評價，在反思、交流、評價過程中促進元認知，提升學習力。整個教學過程將科學和“STEM”相關(guān)學科融合在一起，讓學生在收獲蘊含在真實問題情景中知識的同時，培養(yǎng)高階思維能力，達成雙向目標。

“STEM”作為一種全新的、跨學科的教育理念，為我們科學教學設(shè)計提出了新的思路和挑戰(zhàn)。本文僅是對融合“STEM”理念的初中科學教學設(shè)計進行了初步的研究，旨在探索實現(xiàn)“STEM”理念與科學課堂的無縫融合，讓“STEM”素養(yǎng)目標和科學素養(yǎng)目標真正的落地。

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