【摘 要】STEM教育建立在學(xué)科融合的基礎(chǔ)上，注重知識的整合與聯(lián)系，重視學(xué)生綜合運用知識的能力，成為全球教育改革的重要方向。本案例引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注廚余垃圾處理的社會問題，并以此為驅(qū)動，借助數(shù)字化應(yīng)用設(shè)計并實施“廚余垃圾華麗變身”項目式學(xué)習(xí)，有效提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，增強了學(xué)生對環(huán)境保護的責(zé)任感和變廢為寶的理念，促進了學(xué)生跨學(xué)科思維的發(fā)展，取得一定社會影響。

【關(guān)鍵詞】STEM教育；廚余垃圾；跨學(xué)科教學(xué)；項目式學(xué)習(xí)

【中圖分類號】G434 【文獻標(biāo)志碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）09-060-03

STEM教育源于美國，是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個領(lǐng)域融合教育的簡稱。STEM教育理念強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新能力和實踐能力，其在課程中的應(yīng)用和實施，是未來教育發(fā)展的必然方向。作為一種教育教學(xué)的新方式，STEM教育以項目式學(xué)習(xí)為實施流程，將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)等學(xué)科知識綜合應(yīng)用于學(xué)科教育，旨在推動技術(shù)驅(qū)動的教學(xué)創(chuàng)新[1]。

基于STEM理念的跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning）由20世紀(jì)的“設(shè)計教學(xué)法”演變而來。北京師范大學(xué)楊明全教授將其定義為：項目式學(xué)習(xí)是一種建構(gòu)性的教與學(xué)方式，教師將學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)項目化，指導(dǎo)學(xué)生基于真實情境而提出問題，并利用相關(guān)知識與信息資料開展研究、設(shè)計和實踐操作，最終解決問題并展示和分析項目成果[2]。教育部頒發(fā)的《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》中提出，各門課程原則上至少要用10%的課時設(shè)計跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，強調(diào)學(xué)科間知識與方法的“聯(lián)結(jié)”。

本案例以學(xué)校廚余垃圾的處理問題為驅(qū)動，借助數(shù)字化應(yīng)用在高中一年級的特色課中開展了“廚余垃圾華麗變身”項目式學(xué)習(xí)，探討借助數(shù)字化應(yīng)用設(shè)計基于STEM理念的高中階段跨學(xué)科融合課程。

基于STEM理念的跨學(xué)科項目式教學(xué)實踐

1.STEM跨學(xué)科特色課程的內(nèi)容分析

本項目式學(xué)習(xí)基于垃圾對于環(huán)境影響的現(xiàn)狀，聚焦廚余垃圾的資源化處理。教師在宣傳和指導(dǎo)學(xué)生開展垃圾分類學(xué)習(xí)和實踐的基礎(chǔ)上，從廚余垃圾中尋找“寶藏”，對部分垃圾開發(fā)再造。比如，用果皮與菜葉進行堆肥或制作酵素；用廢油制作肥皂或香皂。該項目將可用垃圾變廢為寶，重新服務(wù)我們的生活，同時嘗試通過自己的行為影響身邊的人和事發(fā)生變化，創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境等。

本課程內(nèi)容基于高中化學(xué)和生物的核心知識，重點關(guān)注科學(xué)分類、合理轉(zhuǎn)化、改善環(huán)境三個方面，以廚余垃圾為研究對象，基于物質(zhì)的存在形態(tài)合理選擇分類標(biāo)準(zhǔn)，基于物質(zhì)的不同性質(zhì)進行合理轉(zhuǎn)化，最終實現(xiàn)變廢為寶、改善環(huán)境的美好結(jié)果。

根據(jù)項目內(nèi)容分析，教學(xué)內(nèi)容包括實地調(diào)查、查閱文獻資料、設(shè)計方案并實踐、分享交流、廣泛宣傳五個方面，以如何讓學(xué)校里3個食堂內(nèi)的廚余垃圾華麗變身為寶的真實情境貫穿于整個過程。

2.STEM跨學(xué)科特色課程的學(xué)生分析

高中一年級學(xué)生已經(jīng)完成國家義務(wù)教育階段全部課程，具備了一定的邏輯思維、抽象思維和創(chuàng)新能力，但對各學(xué)科的興趣尚未固定。他們需要在高中階段學(xué)會獨立思考和解決問題，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力；學(xué)會與同學(xué)、老師交流溝通，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)團隊協(xié)作能力；關(guān)注人類面臨的緊迫社會問題，培養(yǎng)社會責(zé)任感、參與意識和決策能力。但是因高中學(xué)業(yè)緊張，導(dǎo)致很多實驗學(xué)習(xí)只是停留在視頻階段，有些學(xué)生被動選擇而不求甚解。

3.STEM跨學(xué)科特色課程的項目目標(biāo)

STEM教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)，即學(xué)生通過在真實項目中的實踐，從多個方面對一種科學(xué)現(xiàn)象進行探索與思考，提升科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，以達到培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科多元思維的目標(biāo)[3]。

本項目的學(xué)習(xí)以如何將學(xué)校食堂廚余垃圾變廢為寶而華麗變身為真實情B2ADpOFQamvL6ViyxDSdYg==景，基于STEM設(shè)計理念及高中課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，圍繞發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，制訂如下學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（1）S（科學(xué)原理維度）：了解各類廚余垃圾屬性及其分類方法；了解廚余垃圾制作的環(huán)保酵素、發(fā)酵堆肥、制作肥皂的原理；探究條件改變對于酵素、堆肥效果的影響。

（2）T（技術(shù)手段維度）：了解廚余垃圾的處理方法；了解各類實驗材料的使用方法；選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ咧谱鹘退?、堆肥以及制作肥皂?/p>

（3）E（工程思維維度）：了解廚余垃圾分類和處理的完整流程；利用思維導(dǎo)圖等來梳理廚余垃圾的資源化處理方法；根據(jù)學(xué)校食堂的實際問題制定解決方案，并修改完善。

（4）M（數(shù)學(xué)方法維度）：了解數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法，根據(jù)實際需要收集數(shù)據(jù)并進行分析；掌握問卷調(diào)查和制作方法；根據(jù)需要計算所需材料，進行成本預(yù)算；培養(yǎng)利用理性思維和嚴(yán)密的邏輯思維來解決問題的能力。

（5）態(tài)度責(zé)任維度：增強環(huán)保意識和社會責(zé)任感，樹立利用科學(xué)技術(shù)解決問題的意識，尤其增強廢物利用、變廢為寶的理念。

4.STEM跨學(xué)科特色課程的安排

本項目從實際情況出發(fā)，利用學(xué)校每周三下午第9節(jié)的特色課時間開展，共10課時，約3個月內(nèi)完成，由多學(xué)科教師共同參與。課程先后安排了前測、調(diào)研學(xué)校內(nèi)三個食堂每日的廚余垃圾處理情況、學(xué)習(xí)相關(guān)STEM詞匯、設(shè)計廢物利用的方案、分組體驗、改進工具和方案、設(shè)計宣傳方案以及給校長寫信、后測等十多個學(xué)習(xí)任務(wù)，突顯教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、實用性、創(chuàng)新性和跨學(xué)科性。

課時1：在線上與線下混合學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生進行前測后觀看“廚余垃圾去哪兒了”（華南師范大學(xué)黃嘉華提供省大學(xué)生微課比賽作品），初步了解廚余垃圾現(xiàn)有處理方法，依據(jù)模擬轉(zhuǎn)化垃圾的選擇情況進行分組，課后對身邊的廚余垃圾數(shù)量和處理情況做調(diào)查。

課時2：在混合學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生交流調(diào)查結(jié)果，學(xué)習(xí)相關(guān)STEM 詞匯，如厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵、皂化反應(yīng)等等。

課時3：在混合學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生通過模擬實驗進行工具的設(shè)計和選擇，課后進行制作或準(zhǔn)備。

課時4：在混合學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生擇優(yōu)展示工具后，分組設(shè)計實驗對比表格，為實驗操作課重新制定標(biāo)準(zhǔn)。

課時5～7：在實驗室或生物園中，學(xué)生分小組進行堆肥、制作酵素、制作肥皂等實踐活動，進行相關(guān)職業(yè)體驗；設(shè)計宣傳方案。

課時8：在混合學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生分小組進行成果展示和答疑，體驗成果的喜悅；交流各自的宣傳方案；課后在家庭或社區(qū)進行垃圾分類及垃圾變廢為寶的宣傳。

課時9：在混合學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生用思維導(dǎo)圖的形式整理廚余垃圾華麗變身的流程，分享各自的宣傳效果。

課時10：在混合學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生給校長寫信，就學(xué)校廚余垃圾現(xiàn)狀提供寶貴意見；進行后測。

在學(xué)習(xí)開展過程中，教師結(jié)合實際問題讓學(xué)生感受物質(zhì)變化與化學(xué)反應(yīng)在解決生產(chǎn)生活實際問題中的應(yīng)用，融合STEM 教育理念，重點關(guān)注物質(zhì)與能量、穩(wěn)定與變化兩組跨學(xué)科概念。奠定學(xué)生基本的世界觀，為其客觀理解自然及自然現(xiàn)象、進而揭示未知世界打下基礎(chǔ)，同時理解自然界一切事物都在變化之中，但又具有相對穩(wěn)定性，通過變化可以尋找事物內(nèi)在的規(guī)律。整個項目活動以解決廚余垃圾變廢為寶的問題為核心，基于工程設(shè)計和多學(xué)科融合展開，讓學(xué)生通過任務(wù)打卡方式學(xué)習(xí)強化知識的同時，深刻體會“世上沒有絕對的垃圾，只有放錯位置的資源”。

5.STEM跨學(xué)科特色課程的實踐活動

本項目是基于真實情景：學(xué)校內(nèi)三個食堂每日近千斤的廚余垃圾如何科學(xué)處理，驅(qū)動學(xué)生思考本質(zhì)問題并嘗試解決實際問題。項目的本質(zhì)問題是關(guān)于物質(zhì)變化的學(xué)科性知識，由教師在設(shè)計課程中提出，屬于抽象問題，也是學(xué)科知識中的關(guān)鍵問題。項目通過真實問題作為驅(qū)動，引發(fā)學(xué)生的思考和探索，在課程名稱中就蘊含了驅(qū)動性問題“廚余垃圾如何變廢為寶實現(xiàn)華麗變身”？圍繞上述問題設(shè)計活動，讓學(xué)生經(jīng)歷走訪調(diào)研、科學(xué)實驗等實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)、生物、數(shù)學(xué)等學(xué)科核心素養(yǎng)。

走訪調(diào)研屬于社會性實踐，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生溝通、交流、傾聽、討論、尊重他人、尋求幫助、團隊和合作、口頭和書面報告等能力。如第1課后的任務(wù)是調(diào)查學(xué)校和普通家庭每日產(chǎn)生廚余垃圾的數(shù)量以及處理方式。

教師提出調(diào)研指引：請你在課后選擇校園餐廳負責(zé)人、社區(qū)垃圾處理站負責(zé)人、小區(qū)物業(yè)管理員、居民其中的一人或多人進行采訪，了解廚余垃圾的數(shù)量以及收集方式，制作采訪單后進行調(diào)查，要注意根據(jù)被采訪者的身份變化采取不同的提問方式。

科學(xué)實驗屬于探究性實踐，學(xué)生分小組進行了廚余果蔬堆肥、制作環(huán)保酵素、制作肥皂等實踐活動，在這個過程中通過觀察和記錄，從而深刻理解物質(zhì)的變化，探究反應(yīng)條件的控制等；各小組還在教師指導(dǎo)下種植了菜苗，通過生長情況對比肥料效果，體驗將廚余垃圾變廢為寶的喜悅感；此外，宣傳海報的設(shè)計過程也讓學(xué)生充分思考了如何將科學(xué)進行藝術(shù)性表達。

6.STEM跨學(xué)科特色課程的數(shù)字化應(yīng)用

本項目的學(xué)習(xí)方式多樣化，除了實踐操作在化學(xué)實驗室進行，還運用數(shù)字化工具獲取、管理與制作數(shù)字教育資源，如制作微課視頻、動畫演示垃圾處理原理以及利用NOBOOK虛擬實驗室等，并依據(jù)項目目標(biāo)設(shè)計了融合數(shù)字技術(shù)資源的教學(xué)活動，如前后測問卷、模擬實驗、給校長寫信等，均是在混合學(xué)習(xí)環(huán)境中完成，其過程可留痕且互動性強。

7.STEM跨學(xué)科特色課程的成果展示

（1）結(jié)果分析

通過前測和后測問卷，收集了學(xué)生在環(huán)境知識、態(tài)度和行為方面的變化數(shù)據(jù)。課程實施前后的對比分析顯示，學(xué)生在環(huán)境知識掌握方面有了顯著提高。在實踐活動中，學(xué)生能運用所學(xué)的化學(xué)知識解決實際問題，如通過pH值的調(diào)節(jié)優(yōu)化堆肥過程等。此外，學(xué)生們在設(shè)計和實施調(diào)查問卷的過程中，提高了數(shù)據(jù)分析和批判性思維能力。給校長寫信的活動增強了學(xué)生的社會參與意識和溝通表達能力。

（2）取得的成效與社會影響

通過此次活動，我們?nèi)〉靡恍┏尚В簩W(xué)生對廚余垃圾的處理有了更深入的了解，環(huán)保意識得到了提高，變廢為寶的理念進一步被強化；我們成功地探索出了一種適合學(xué)校環(huán)境的廚余垃圾處理模式；學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力得到了鍛煉和提高。

此次活動在社會上也產(chǎn)生了一定的影響，引起了學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、部分參與同學(xué)的家庭對廚余垃圾處理的關(guān)注，并為其他學(xué)校開展環(huán)保活動提供了借鑒。此外，通過學(xué)生的實踐活動，促進學(xué)校、社區(qū)的環(huán)保建設(shè)，增強了學(xué)生的社會責(zé)任感和團隊協(xié)作能力。

基于STEM理念跨學(xué)科特色課程項目的亮點

通過課內(nèi)外結(jié)合、線上線下結(jié)合的科學(xué)教育活動，引導(dǎo)學(xué)生探索廚余垃圾處理的創(chuàng)新方法，實現(xiàn)資源的有效利用。高中學(xué)生具備化學(xué)和生物的基本知識，對于廚余垃圾的處理方法可以作出合理解釋，并結(jié)合實際情況提出新的處理方法設(shè)想，通過查閱文獻優(yōu)選方案，鍛煉了批判性思維、創(chuàng)新思維和問題解決能力、動手能力等科學(xué)素養(yǎng)。同時，為其他學(xué)校開展類似活動提供可借鑒的經(jīng)驗。

“廚余垃圾華麗變身”特色課程的成功實施，證明了STEM教育在高中特色課程教學(xué)中的可行性和有效性。該課程不僅提高了學(xué)生的環(huán)境知識和科學(xué)素養(yǎng)，還促進了他們在環(huán)境態(tài)度和行為上的積極變化。就在近期，國務(wù)院新聞辦公室發(fā)布《中國的海洋生態(tài)環(huán)境保護》白皮書并舉行了新聞發(fā)布會，生態(tài)環(huán)境部領(lǐng)導(dǎo)在會上向記者展示了一條有著水清灘凈、魚鷗翔集、人海和諧圖案的漂亮絲巾，迅速引起網(wǎng)友們的熱議，這也讓所有參與過本項目學(xué)習(xí)的學(xué)生興奮不已，因為這條絲巾是由廢棄塑料瓶制成的。當(dāng)了解到絲巾的原產(chǎn)地是廣州市南沙區(qū)坦頭村后，有部分同學(xué)當(dāng)即計劃利用暑期研學(xué)去一探究竟。

注：本文系廣州市教育科學(xué)規(guī)劃2022年度課題“素養(yǎng)導(dǎo)向的STEM教育探索創(chuàng)新團隊”（課題編號：202213992）的階段性成果

參考文獻

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