基于STEM理念指导下设计制作要素的把握

顾永樟

（浙江省余姚市教育局教研室 浙江余姚 315400）

设计制作指学生运用各种工具、工艺（包括信息技术）进行设计，并动手操作，将自己的创意、方案付诸现实，转化为物品或作品的过程，它注重提高学生的技术意识、工程思维、动手操作能力等。

在课堂教学中，教师要针对学生原有的学习基础、情感兴趣、视野经验等引导学生主动去发现设计制作要素，利用“STEM”理念，从“科学为基础”、“数学为导向”、“技术为应用”、“工程为主线”四个不同维度来感知创意设计、动手制作，发展技术要素，从而提高学生的技术素养。[1]

一、科学探索是设计制作活动的基础

设计制作类活动方式在小学阶段主要体现的是以劳动技术为内容的动手操作，对此教师在开展相关主题时，想到的不仅是技术、是设计、是工程，同样也必须考虑其中涉及的科学原理和规律，只有遵循科学原理和规律，设计制作活动才富有价值，探索才能体现孩子的科学精神。[2]

1．在科学探究中提高设计创新能力

省编的劳技新教材比以往更注重学生的设计性学习，它要求学生在综合运用所学知识和技能的基础上，进行作品制作前的科学设计，并按照设计进行实践性操作。它更强调学生的自主设计和实践操作以及创新精神，强调让学生参与技术活动全过程，是技术教育的核心，是培养学生技术素养的重要途径，也是科学探索精神在劳技教学中运用的重要体现。

如《沙漏的设计》主题活动中，学生在制作之前对沙漏进行科学设计，可以从材料选择，制作方法，制作中难点的把握等不同的方面进行。选择的瓶子一定要透明，制作过程中需要用到的其他材料也要选择好，中间漏沙通道的处理与调试方法要事先想好等等。设计要尽量合理、细致、全面、周到，体现沙漏计时的精确性和科学性，学生在讨论中设计，在实践中修改，如以上的设计中，学生在制作时发现如果选择的瓶子过高，还会出现重心不稳，容易倒的问题，于是，对于自己之前的设计进行了进一步的修改，在一次次的实践与修改中，学生的科学设计能力与实践能力得以提高。

2．在科学探究中发现问题并解决问题

在探究性学习过程中，学生必然会遇到很多学习上的问题，这个时候，教师不要急于解决学生出现的问题，应鼓励学生用科学思维多尝试，多探究，多实践，在体验中不断深入。因为学习掌握新的知识与技能是一时的，而学会学习是终身的。在stem理念的倡导下，设计制作教学要把培养学生自我解决生成问题的能力当成首要任务来完成。教师可以指导学生运用观察、比较、思考、想象、尝试等不同的方法来解决探究过程中生成的问题，还要激发学生多角度、多侧面、多方位进行大胆思考与分析，拓宽思维的广度与深度，在个人尝试，小组合作，互帮互助等各种不同的方法中解决问题。在解决生成问题的过程中促使学生自我进步。

如在《邮运薯片》的主题活动中，学生在了解运输膨化食品，到顾客手里都碎了的这一现象后，教师让学生开始尝试科学探索一种简单、有效、实惠的包装方式，从而解决这一难题。学生在自主设计制作的过程中遇到了许多问题：包装材料选择，运输测试，建模改进等问题，其中对于运输模拟测试的实验设计，引导学生运用科学知识思考：包裹在运输过程会碰到哪些运动？挤压、堆叠、抛投等，对此我们可以探究设计哪些实验进行测试？于是出现了各种各样的解决办法：堆码试验、震动试验、跌落试验，模拟薯片在运输过程中的种种问题，通过对比试验再找出问题所在，继续进行尝试。有了这些科学的探究方法，设计制作中碰到的问题都能一一化解。在实践探究中让学生发现问题，并想办法解决问题，是教师应该培养学生养成的一种能力，也是学生劳技素养提高的一个重要方面。

二、数学思维是设计制作活动的导向

设计制作活动的核心过程是对技术方案的设计，对此，在教学指导过程中，教师应渗透设计的意识，以数学思维为设计导向，让学生亲历设计过程，逐步形成一定的设计能力。

1．学会用精准的数据体现技术方案的可行性

如在《桥梁的设计与制作》主题活动中，学生对于斜拉桥模型的设计结构没有建模，随意在设计稿中增添桥面、桥身的材料数量，而忽视了桥梁结构的比例、承重、造型等数据分析。对此，在教学指导中，教师要引导学生用数学工程思维对桥梁进行设计分析，探究结构与承重的关系，斜拉桥的构型是什么形状？运用了数学几何图形中的哪些原理？各构件之间如何建立连接，材料的多少、长短、比例对桥梁模型有何影响，进行数学知识和技能的迁移运用，从而使桥梁设计图更精准，更具有操作可行性。[3]

2．搜集科学的数据改进设计制作的完善

数学思维的导向还体现在制作成品交流展示中的数据采集、分析、应用中。如在《降落伞的设计与制作》主题活动中，学生利用相同材料、制作的降落伞在相同条件下降落的时间不一样这一现象，引导学生利用数学思维提出问题，学会用搜集数据来改进降落伞的制作技术，改进降落伞的相关变量，如增减降落绳的数量、改变降落伞的面积等数学计算，从而发现降落时间与伞面结构的关系。通过数学思维的应用，促使学生对设计制作更加严谨，只有通过真实问题做科学，过程才是快乐的；通过数学实践用科学，结果是才是难忘的。

三、技术意识是设计制作活动的灵魂

设计制作活动针对不同的学习内容，选择模仿、合作和探究的不同学习方式，引导学生在教师指导下主动地、富有个性地学习，注重提高学生的技术意识、动手操作能力。

1．技术示范提升设计制作的质量

技术示范引领的方式有很多，可以是教师自己的示范，也可以是优秀学生的示范，可以当场示范，也可以以图片、微课的方式示范，只要能够有效地解决技术难点，对学生技能的形成具有渗透、促进作用，都是可行的。如《奇妙的绳结》主题活动中，班级里的孩子以前都没有接触过平结，为了降低打平结的难度，教师特意舍去了书中的分解图，选择更为简洁明了的图示重新拍下图片，清晰地呈现了一个结的打法，供学生学习参考。后来又把静态的图片拍成了动态的微课视频，连续打结的方法一目了然，技术中的难点一下子就化解了。

2．同伴互助提升学生的技术素养

在综合实践活动中，往往以小组合作的形式进行，根据设计制作的不同特点，可以将学生分成若干个不同的学习小组。在小组同学的共同探究中，学生可以从尝试中发现问题，找到技法学习的难点，可以在尝试的过程中实践所学的技能，也可以在小组其他同学的影响下学习到不同的技术方法，拓宽思维，取长补短，共同进步。

如《纸杯毛驴》主题活动中，教师始终让学生以四人小组为单位进行合作，合作的好坏决定了作品制作的质量。学生通过小组讨论集思广益，统一意见，想出了有别于范例，富有创意的构思。通过分工合作来共同完成作品，一人做头部，一人做身体，一人剪颈部及以装饰物，另一人负责整体的粘合，这样能带动个别动手能力差又不主动参与的同学进行制作。在制作过程中，同学之间互帮互助，既能培养学生的集体观念，提高集体荣誉感，又能提高与人相处、与人合作的能力。

四、工程应用是设计制作活动的主线

工程学源于需要解决的某个难题，如“怎样提高汽车燃油的效率？如何减少某种疾病的发病？”工程师的基本实践是不断提出问题，来搞清楚需要解决的难题，确定成功的解决方案标准。对此，在设计制作活动中，教师应立足学生实际，引导学生在活动过程中不断提出问题，以工程学的思维来推动设计制作活动，生成设计解决方案，论证制作活动的可操作性，从而用模型或模拟的方法来解决问题，发现设计中的优点和局限。

如《小风车的设计与制作》主题活动中，学生发现有个别风车的风杆是斜的，此时，如果只对这一作品进行否定，就错失了一次技术要素的巩固时机。教师可以让学生把这一小风车的风杆取下进行观察，这时，学生就会发现，原来发电房的屋顶的口子开得太大，导致风杆无法直立。此时，教师可以引导学生利用工程学问，把小风车放置在真实场景中进行思考：如果屋顶的口子开得太大，有没有什么补救的办法？通过尝试设计解决方案，生成工程问题应用，进一步生活场景模拟测试、实验论证，学生一致认为在发电房里塞入纸团进行固定既省时又方便，效果也不错。这样的工程学问引导生成设计制作活动的主线，能让学生对于技术要素有进一步的把握，技能掌握也更加扎实。

综上所述，在综合实践活动课程指导纲要深入推进的当下，设计制作主题类活动中，学生综合各学科知识，利用简单的工具和材料，设计、制作属于他们的创意作品、模型。在教学指导中，应以制作模型为研究项目驱动STEM教育，以制作模型为基点不断改进工程设计，以制作模型为载体加强科学、数学学科融合，从而提升学生的技术意识和素养，把握设计制作的关键要素。

[1]教育部《中小学综合实践活动课程指导纲要》2017版

[2]管光海《基于标准聚焦核心概念的STEM整合教育模式》开放教育研究201712

[3]吴昱寰《中小学STEM教育本土化策略探讨》课程教育研究201609