基于真实情景的STEM 课堂探索与实践

钱生来

浙江省嵊州市甘霖镇东湖小学 浙江 嵊州 312400

一、关注真实世界

学生面对的真实世界,是由家庭生活、学校生活、社会生活相融汇的世界。这就决定了STEM 课堂的活动必须避免空、虚、假,其活动对象来源于真实世界、服务于真实世界。因此,课堂实施主题的确定、项目的设计、内容的选择都应结合国家课程标准,因地制宜地从真实世界中去寻找。

1.崇尚真实的情境。本课中学生所处的真实情境是：第34次南极科考,我国首次在南极海域发现微塑料。这则真实的消息,透露出的是塑料对海洋生物甚至人类的威胁。学生的思维在这个真实情境中被触发,他们开始思考白色污染给环境、动物、人类带来的影响。

2.面对真实的问题。本课由真实情境引出的真实问题是：面对最常见的白色污染,以塑料袋为例,我们作为工程师如何来解决这个问题?再问：用纸袋替代塑料袋的过程中,我们需要克服哪些材料上的缺陷?这两个基于真实情境的问题,使学生思维开始递进,令其积极地调动生活经验以及所学知识,迁移到课堂中来。

二、经历真实的实践过程

面向真实世界的STEM 课堂应注重让学生具有真实的技术任务,经历真实的学习实践过程,以便使STEM 教育在课堂中真实发生。

1.具有真实的工程技术任务。本课用纸袋代替塑料袋需要克服的缺陷有很多,如牢固度、防水性、耐用性等。而作为一节课的任务,聚焦单个因素展开研究较为有利。因此本课的任务是克服纸袋不够牢固这一因素,用三张报纸、透明胶和剪刀做一个有提手的牢固纸袋,承重目标是能放下15袋盐(约5千克)。

这个任务是面对真实情境下的问题自然提出的,包含或隐含着这样的信息：①工具的使用：剪刀、手；②材料的选择加工：报纸、透明胶；③作品的组装：袋子主体与提手的连接；④实践中可能出现的问题：袋子连接处和底部易断。这样真实可靠的任务目标明确,学生看得见摸得着,能引发学生自主建构的内在动力,激发学生研究热情。

2.经历真实的实践过程。面向真实世界的STEM 课程主张学生像工程师和技术专家那样经历实实在在、地地道道的问题解决过程,迁移到课堂中,其环节如下：①发现问题与明确任务：用牢固的纸袋替代塑料袋。②制定设计方案：结合STEM 中的科学要素,即改变形状、宽度、厚度能提高纸张的抗弯曲能力,讨论、设计一只牢固的纸袋。③制作模型或原型：发挥STEM 中的工程技术要素,分工明确、合理利用三张报纸和胶带制作纸袋。④测试、评估：以一袋盐为标准,测试、评估纸袋的牢固程度,既模拟作品的实用性(能实际承载多少物品),又给出一个量化的评估标准(最大承重量)。⑤依据测试优化设计：优化是整个环节的重点,学生在优化改进这一环节中,才能明白工程师制作的产品不是一蹴而就的,而是历经多次的改进—测试—优化等迭代过程。本课在测试的过程中往往出现连接处和底部易破裂、载物空间不大等问题。而在各种条件的制约下,课堂对学生的容错率不高。学生在测试评估中遇到问题,很难将方案推倒重来或做出较大调整。面对这个问题,将修改思路记录下来放在最后的反思交流中是一个较好的应对策略。⑥交流成功或失败的方案：无论作品成功或失败,结果是开放的,都是可以接受。重要的是学生能据此交流,相互评价,反思失败的环节,总结成功的经验。这样的收获才是真实的,源自学生本身的。

在真实的实践中,学生需要权衡、比较、决策,经历不断优化和改进的过程。此时,教师是一个引导者。当学生在设计作品缺乏思路时,提供相应参考；当学生制作作品时,教师需要提醒时间的长短与成本因素。教师扮演引导者角色,是基于将实践过程原原本本地交给学生去体验、去创造、去优化的理念。

三、注重真实的能力发展

学习评价的目的在于了解学生在学习过程中的表现及其存在的问题。STEM 课堂可以从形成真实的成果和提炼真实的经验两方面来评价。

1.形成真实的成果。面向真实世界的STEM 课堂注重学生的成果具有实用价值,主张学生的成果具有实用性。本课的真实成果是通过团队合作,经历设计、制作、改进最终做出了一件产品——牢固的纸袋。虽然一堂课的设计制作难以让纸袋完美,但恰恰可以以此为起点,为后续的一系列课程开放做铺垫,如设计制作既牢固又防水的纸袋、设计制作牢固的布袋等。

2.提炼真实的经验。总结学生解决问题的过程,提炼学生解决问题的经验比制造一件产品更为重要。STEM 课堂可借助项目报告书,着重引导学生在交流时提炼真实经验：

①科学本质。科学本质是支撑STEM 向外发展的内核。本课的科学内核为：改变纸的形状、改变宽度与厚度,能提高纸的抗弯曲能力即牢固程度。本课的实践,是对课本知识的实际应用与拓展,也是学生对科学知识的重新认识。

②迭代思维。迭代思维是指不断用变量的旧值递推新值的思维。以本课制作纸袋为例,团队成员在最短时间做出纸袋1.0版,通过测试的反馈再次进行优化升级,迅速推出纸袋2.0版,再次测试反馈。优化,反馈,再优化,再反馈,这样的过程就是迭代。经过几次迭代之后,纸袋就能达到相对完美的状态。在STEM 活动中引入迭代思维,有利于提高产品质量和开发效率,增强STEM 活动的针对性、规范性、科学性和创新性。

③成本意识。设计制作一件真实的产品,必须考虑它的材料成本、制作成本、销售成本等。形成这种真实的成本意识,不仅能促使学生有效利用材料,更有利于学生对产品的进一步优化。

总而言之,面向“真实”的STEM 课堂回归了教育的初心与技术的本质,可以提高科学课程对学生实践能力、创新潜能、工匠精神培养的贡献,促进学生发展逻辑、科学学科逻辑与真实世界逻辑三者统一。