〔摘" "要〕" 隨著教育改革的不斷深入，STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教育中的應(yīng)用日益受到重視。本文旨在探討基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習(xí)實踐，通過跨學(xué)科融合與實踐應(yīng)用，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。文章首先分析了STEM教育理念的內(nèi)涵與價值，然后結(jié)合小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習(xí)的特點，提出了基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習(xí)實踐策略，并通過具體案例進行了實證分析。最后，總結(jié)了STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習(xí)實踐中的成效與啟示。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；STEM教育理念；項目式學(xué)習(xí)；跨學(xué)科融合；科學(xué)素養(yǎng)

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標(biāo)識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）20" " 0094-03

STEM模式教育強調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)等多學(xué)科的融合與實踐應(yīng)用，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、問題解決能力與科學(xué)素養(yǎng)。在進行小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中，引入STEM模式教育理念，通過項目式學(xué)習(xí)實踐，能夠有效提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。本文旨在探討基于STEM模式教育理念的小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習(xí)實踐，為小學(xué)科學(xué)教育改革提供參考。

一、STEM教育理念的內(nèi)涵與價值

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科英文首字母的縮寫。STEM模式教育理念強調(diào)跨學(xué)科融合與實踐應(yīng)用，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、問題解決能力與科學(xué)素養(yǎng)。通過STEM模式教育，學(xué)生能夠更好地適應(yīng)未來社會的發(fā)展需求，具備解決復(fù)雜問題的能力與創(chuàng)新精神。其價值體現(xiàn)在以下幾個方面。

提升問題解決能力：STEM模式教育通過項目式學(xué)習(xí)、動手實踐等方式，讓學(xué)生聯(lián)系實際問題并在解決的過程中學(xué)習(xí)和應(yīng)用所學(xué)知識，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

促進跨學(xué)科學(xué)習(xí)：它打破了一直以來在教學(xué)中各個學(xué)科知識互相不聯(lián)系的常態(tài)，鼓勵學(xué)生嘗試將不同學(xué)科的知識進行關(guān)聯(lián)，形成綜合性的學(xué)習(xí)體驗，盡可能促進學(xué)生對各學(xué)科知識的融會貫通及運用。

強調(diào)實踐操作：STEM模式教育注重學(xué)生的實踐操作，通過動手操作、項目制作等活動，提升學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力。

培養(yǎng)團隊合作精神：STEM模式項目往往需要團隊合作，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的溝通技巧、團隊協(xié)作能力和領(lǐng)導(dǎo)能力。

總之，STEM模式教育理念以其獨特的跨學(xué)科性和實踐性，為科學(xué)課程教育注入了新的活力和動力，有助于培養(yǎng)具備科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的復(fù)合型人才。

二、項目式學(xué)習(xí)的特點

小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)方式，強調(diào)學(xué)生在真實情境中通過完成項目以掌握科學(xué)知識、提升問題解決能力。項目式學(xué)習(xí)具有以下特點：一是跨學(xué)科性，涉及多個學(xué)科的知識與技能；二是實踐性，強調(diào)學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)與應(yīng)用知識；三是自主性，鼓勵學(xué)生自主探究與合作學(xué)習(xí)；四是創(chuàng)新性，培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新思維和問題解決能力。

三、樹立STEM理念實踐項目式學(xué)習(xí)的策略

（一）明確項目目標(biāo)

在項目式學(xué)習(xí)中，首先要明確項目目標(biāo)，確保項目內(nèi)容涉及多個學(xué)科的知識與技能。例如，在設(shè)計“制作太陽能小車”項目時，需融合物理學(xué)中的太陽能轉(zhuǎn)化原理、工程學(xué)中的車輛設(shè)計與制作技術(shù)、數(shù)學(xué)中的計算與優(yōu)化等知識。

（二）注重實踐與觀察過程

STEM模式教育理念強調(diào)實踐性與觀察性。在項目式學(xué)習(xí)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生親歷探究的過程，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律，同時注重觀察過程中的現(xiàn)象與問題。例如，在制作太陽能小車的過程中，學(xué)生需觀察太陽能板的轉(zhuǎn)化效率、小車的行駛速度與穩(wěn)定性等，以便進行后續(xù)的優(yōu)化與改進。

（三）鼓勵學(xué)生自主探究與合作學(xué)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)鼓勵學(xué)生自主探究與合作學(xué)習(xí)。在教學(xué)中，教師應(yīng)以學(xué)生為主，把時間還給學(xué)生，引導(dǎo)他們自主探究，鼓勵學(xué)生從多方面獲取資料、在小組里集思廣益，從而得到解決問題的方法。同時，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會與他人合作，共同完成項目任務(wù)。

（四）實施多元化評價體系

在進行項目式學(xué)習(xí)中，教師實施的評價體系可以多一些，需關(guān)注學(xué)生的全過程表現(xiàn)。評價內(nèi)容應(yīng)包括學(xué)生的知識技能掌握情況、問題解決能力、創(chuàng)新思維、團隊協(xié)作等方面。通過多元化評價，教師能夠更全面地了解學(xué)生的表現(xiàn)，為后續(xù)教學(xué)提供參考。

四、案例分析

以“制作太陽能小車”項目為例，本項目旨在通過跨學(xué)科融合與實踐應(yīng)用，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)能力以及創(chuàng)新能力。在項目實施過程中，教師首先引導(dǎo)學(xué)生了解太陽能轉(zhuǎn)化原理、車輛設(shè)計與制作技術(shù)等知識，然后鼓勵學(xué)生分組設(shè)計并制作太陽能小車。在制作過程中，學(xué)生需關(guān)注細節(jié)，不斷優(yōu)化設(shè)計，確保小車能夠正常運行。在完成這些后，教師要及時組織學(xué)生把成果展示出來并且互相評價，關(guān)注學(xué)生的全過程表現(xiàn)與創(chuàng)新能力。親歷了本項目學(xué)習(xí)過程，學(xué)生獲得了相關(guān)的知識，能力也在一定程度上得到了提升。

（一）項目背景

在教科版（2017年版）科學(xué)四年級上冊《用氣球驅(qū)動小車》一課的教學(xué)中，課上制作了以氣球為動力的小車，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中初步經(jīng)歷了簡單小車的設(shè)計與組裝，對動力有所了解。氣球小車的優(yōu)點是不污染環(huán)境，當(dāng)然缺點也很明顯，跑的距離很短。鑒于這種情況，我啟發(fā)學(xué)生展開對關(guān)于能源危機和環(huán)境污染日益嚴(yán)重問題的思考，尋找能夠替代石化能源的清潔動力源，讓小車不僅能動起來還能比氣球小車跑更遠。太陽能作為一種清潔、可再生能源，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。本項目旨在通過制作太陽能小車，讓學(xué)生了解太陽能的轉(zhuǎn)換和利用原理，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及創(chuàng)新思維。

（二）項目目標(biāo)

讓學(xué)生掌握太陽能電池板的工作原理和電能轉(zhuǎn)換過程。

學(xué)習(xí)小車的設(shè)計和組裝技巧。

培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作和問題解決能力。

（三）所需材料

太陽能電池板每組一塊；直流電機（學(xué)生用）；智能控制模塊；車輪四個和底盤一個；導(dǎo)線、螺絲等連接材料若干。

（四）項目實施步驟

理論學(xué)習(xí)。介紹太陽能電池板的工作原理，包括光電效應(yīng)和電能轉(zhuǎn)換過程。太陽能電池板的原理主要基于光伏效應(yīng)，即光照射到半導(dǎo)體材料時產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。以下是關(guān)于太陽能電池板工作原理的詳細解釋。第一，光吸收。當(dāng)太陽光照射到太陽能電池板表面時，光子（太陽光的基本粒子）被光伏電池中的半導(dǎo)體材料（如硅）吸收；電子激發(fā)：半導(dǎo)體材料的原子結(jié)構(gòu)使它們能夠吸收特定能量的光子。第二，電子分離與電流產(chǎn)生：太陽能電池通常由兩層不同類型的半導(dǎo)體材料組成。由于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體中的載流子濃度不同，在PN結(jié)處會形成一個內(nèi)建電場。這個內(nèi)建電場使自由電子和空穴在PN結(jié)處發(fā)生分離，并分別向N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體移動。當(dāng)太陽能電池的兩端通過外部電路連接時，自由電子會通過外部電路從N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體，形成電流，為外部負載提供電能。第三，電壓與電流的調(diào)整：單個光伏電池產(chǎn)生的電能有限，因此太陽能電池板通常由多個光伏電池組成；太陽能電池板產(chǎn)生的直流電通常需要通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，才能為大多數(shù)家庭和工業(yè)設(shè)備供電。另外，如果需要儲存電力，則可以通過蓄電池系統(tǒng)將多余的電能存儲起來，供夜間或陰天時使用。總的來說，太陽能電池板通過光伏效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，整個過程簡單、環(huán)保且可再生，是一種非常清潔的能源轉(zhuǎn)換方式。

講解小車的驅(qū)動原理，包括電機的工作原理和控制方式。以下是電機的工作原理和控制方式的詳細解答。第一，電機工作原理。電機是一種可將電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電磁機械裝置。通過電磁轉(zhuǎn)矩的作用，發(fā)電機從機械系統(tǒng)吸收機械功率，電動機向機械系統(tǒng)輸出機械功率。根據(jù)建立磁場方式的不同，形成了不同種類的電機。第二，電機控制方式。電機有多種控制方式，以下是幾種常見的方法。一是直接電壓控制：這是最基本的電機控制方式之一，適用于直流電機，具有控制簡單、成本低的優(yōu)點，但維護成本可能較高。二是速度閉環(huán)控制：通過測量電機的轉(zhuǎn)速并將其與設(shè)定的速度進行比較，然后調(diào)整控制信號實現(xiàn)對電機速度的閉環(huán)控制，通常使用編碼器、傳感器等裝置提供轉(zhuǎn)速反饋信號，具有較高的控制精度和穩(wěn)定性。三是矢量控制：又稱矢量變量控制，主要針對交流電機，適用于交流電機在復(fù)雜工況下的需求，如電梯、風(fēng)電等的應(yīng)用。四是步進電機控制：將輸入的脈沖信號轉(zhuǎn)換為機械角度或直線位移的控制方式，步進電機每收到一個脈沖信號，就會轉(zhuǎn)過一個固定的角度或移動一個固定的距離，具有定位精度高、控制簡單等優(yōu)點。五是無傳感器控制：通過推斷和估計電機的位置和轉(zhuǎn)速，而無須使用傳感器進行反饋的控制方式，它利用電機的后電勢和電流等信號進行估計，從而實現(xiàn)對電機的控制。

設(shè)計小車。學(xué)生分組討論，設(shè)計小車的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；繪制小車的設(shè)計圖紙，確定各部件的尺寸和位置。

組裝小車。根據(jù)設(shè)計圖紙，準(zhǔn)備所需材料；將太陽能電池板、電機、車輪等部件組裝在一起，形成小車的主體結(jié)構(gòu)；連接電路，確保太陽能電池板能夠正常為電機提供電能。

測試與優(yōu)化。在陽光下測試小車的行駛速度和穩(wěn)定性；根據(jù)測試結(jié)果，調(diào)整小車的結(jié)構(gòu)或電路，以優(yōu)化性能。

展示與評價。各組展示自己制作的太陽能小車，并分享制作過程中的經(jīng)驗和收獲。

教師和學(xué)生共同評價各組作品，提出改進建議。

（五）項目成果

通過本項目，學(xué)生制作出能夠利用太陽能行駛的小車，并在此過程中掌握太陽能電池板的工作原理、小車的驅(qū)動原理以及組裝技巧。親歷了全部的過程，學(xué)生之間配合越來越好。

（六）拓展活動

為了進一步加深學(xué)生對新能源的理解，可以組織一些拓展活動，如：研究其他類型的新能源（如風(fēng)能、水能等），并嘗試將其應(yīng)用于小車制作中。探討新能源的優(yōu)缺點以及未來的發(fā)展趨勢。

這個STEM模式案例不僅讓學(xué)生了解了太陽能的利用原理，之后學(xué)生再遇到需要動手操作的內(nèi)容會更熟練，完成起來會更順暢。

五、結(jié)論與啟示

基于STEM模式教育理念的小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習(xí)實踐，能夠有效提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。通過跨學(xué)科融合與實踐應(yīng)用，學(xué)生能夠更好地掌握科學(xué)知識，提升問題解決能力。同時，親歷了項目式學(xué)習(xí)，學(xué)生獲得了親身體驗，提升了與伙伴之間的默契，自己的動手能力也更強了。未來，應(yīng)繼續(xù)深化STEM模式教育理念在小學(xué)科學(xué)教育中的應(yīng)用，探索更多有效的項目式學(xué)習(xí)模式，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力貢獻力量。

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