小学STEM课程的设计与案例开发研究

胡爽

摘 要：本文阐述了小学STEM课程的设计与案例开发研究，重点论述了小学STEM课程的开发与建设的原则、课程目标的确立、课程内容的选择。通过基于工程设计开发STEM课程，以《变色陀螺》为例阐述案例的开发流程，并注重教学评价。

关键词：STEM课程 ;课程设计;案例开发

课程是落实教育政策，实现教育目标的关键。STEM 课程强调对科学、技术、工程和数学四门学科进行跨学科的整合，应根据四门学科领域之间的联系，有目的、有方法的进行学科的融合，而不是简单的将四门学科集合在一起。小学 STEM课程的设计是落实小学 STEM 教育的关键一步。

一、STEM 课程设计理念和原则

（一） 设计理念

1.跨学科融合的设计理念。在设计STEM 课程时应秉持跨学科融合课程的设计理念，将各学科知识整合，将学习内容与实际生活融合。

2.学生合作为主，老师指导为辅的设计理念。STEM 课程强调学生参与，通过参与课程中真实问题的结果过程，学习知识、提高技能，真正帮助学生理解并学会运用知识解决实际问题。因此课程设计应以学生参与为主，教师只是参与协助学生学习。

（二）设计原则

1.课程设计的活动应面向全体学生。小学 STEM 课程强调学生参与，因此设计的活动也应面向全体学生，让学生一起合作学习。

2.课程设计应符合学生的认知发展特点，对于小学不同年级的学生设计的课程，课程的难易度应不同。

3.课程的设置应符合跨学科的综合特点。STEM 课程是一门综合性的课程，因此课程的设计应具备综合性，以一个综合性的主题为中心设计各个学科的内容，这样才有利于学生对于跨学科概念的理解和构建。

二、确立STEM课程的目标

我国目前没有明确给出STEM课程的目标，甚至国外也还没有设立明确的目标，但是我国小学科学课程标准明确的给出了科学课程的课程目标。课程标准中涉及到了科学、技术目标，对于数学和工程目标需要根据课程去整合。制定符合我国小学的STEM课程的三维课程目标。主要在以下几个方面：（1）意识到科学、技术、工程和数学在现代社会的重要作用;（2）熟悉这些领域的基本概念;（3）能够基本运用，例如能够批判性评论新闻报告中的科学和工程内容，能进行基本故障排除，具备与生活相关的数学操作技能等。

三、选择课程内容

1.基于真实情景的课程内容

与传统科学课程内容不同，STEM课程强调为学生提供学习的情境，因此在课程内容中，如何创造吸引学生的学习情境成为STEM课程内容的重要部分。而且应基于小学生的认知水平，主题可能不需要涉及到高层次的思维，但是也需要对于学生的思维发展有一定的帮助。

2.具有综合性、社会性和非结构性特征的课程内容

综合性体现在课程内容并不局限在一门学科内容，而是以一个综合的主题为中心，包含科学、数学、技术和工程等内容。课程内容的社会性体现在STEM项目课程内容反映人们现实生活中遇到的问题或挑战，以社会问题为中心，科学、技术、工程和数学围绕解决社会问题而展开。STEM课程非结构性的特征指的是：构成STEM课程的单元之间并不存在因果联系或者一定的逻辑关系，因此，这些主题或问题单元在教学时空上并不具有承接关系。

四、基于工程设计的STEM课程设计与案例开发

STEM教育实践项目中所用的教学手段多为：基于工程设计过程、基于问题解决，基于项目解决或基于探究的学习手段。其中基于工程设计过程的方式的设计课程最普遍。

本文通过基于工程设计开发STEM课程，目的在于让学生体会到作为工程师是如何进行工程设计的，面对工程方面的难题，工程师是如何去一步步解决的。

（一）基于工程设计的 STEM 课程的步骤

1.创设情境，提出问题：创设真实的生活情境，聚焦科学问题或工程问题，确定用户的实际需求，从而提出项目主题，明确研究任务。

2.实践探究：通过科学探究与科学实践，理解相关概念，为解决问题做相应的准备。

3.产品设计：探讨问题解决过程中的多方面因素，形成产品设计图。

4.产品制作：根据设计图，选择材料进行产品制作。

5. 产品测试，收集信息，分析性能，优化改进。

6.乐于分享，敢于交了没，善于评价，勤于反思。

（二）小學 STEM 课程开发案例

笔者根据课程设计的步骤，开发了小学 STEM 课程案例——《变色陀螺》。

创设情境，聚焦问题

教师出示各种各样的陀螺（图片），引发学生的注意力。为什么陀螺会变色？让我们一探究竟，并且尝试着自己做一个神奇的变色陀螺吧！

探究实践

1.光的色散现象

（1）我们在生活中常常会见到神奇的光现象，比如彩虹的形成？活动一：用手电筒照在三棱镜上，慢慢转动三棱镜，观察白纸上的现象。

（2）得出结论：通过实验，我们发现白光可以分解为七种颜色。

2.光的合成现象

（1）单色光混合到一起会变成白光么？活动：用不同颜色的光相互叠加。

（2）得出结论：红、绿、蓝三种颜色叠加，就会合成白色。

3.视觉暂留

（1）活动：盯着图片30秒，尽量不要眨眼睛，然后闭上眼睛仰头朝上，然后睁开眼睛看向天花板，你能看到什么？

（2）资料链接：“视觉暂留”。

4.陀螺变色的原理揭秘

光的叠加和视觉暂留导致七色盘看起来是灰色或白色。

产品的设计与制作

1.制作要求

（1）做一个会变色的陀螺（彩色变白色）  （2）要转得稳  （3）时间持久

怎样搭配色彩才能出现变成白色的效果？用到的材料有哪些？怎样才能转得又稳又久？制作过程中哪些参数是需要注意的？

2.设计好方案，画出设计图

3.进行制作

（1）分发各组所选材料

（2）提醒安全事项：在制作过程中，要用到剪刀，小心使用，以免戳伤。

（3）学生进行制作，教师课堂巡视。

（四）测试优化

试一试效果，改一改。

（五）交流评价

1.各组介绍产品设计和制作方案，展示成果。

2.比一比，哪一组的陀螺转得最稳、持续最久、色彩最有特色。

五、STEM教学的评价

评价的目的在于了解学生在学习过程中的表现，鉴定学生学习的质量水平。同时发现的问题可以帮助课程实施者进一步去完善课程，进而保证课程实施的质量，促进学生的科学素养的发展。

评价的原则要依据课程标准，做到主题多元和方式多样。应包含教师测评和学生的自我测评、相互测评，以及家长或课程专家对学生的测评等。测评也应包括过程性测评和终结性测评。不仅要有纸笔形式的测评，还要以活动、实验、项目报告等多种形式进行的测评。各种形式的测评相互补充，才能更全面的评估学生的学习质量。

参考文献

[1]Kumar Yelamarthi， P. Ruby Mawasha. A pre-engineering program for the under-represented [J].STEM Education， 2008，9： 5-15.

[2]王玲玲.基于小学科学课的STEM课程设计[D].华东师范大学，上海，2015.

[3]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研宄，2015，（04）：13-22.

[4]朱丽娜.STEM教育发展研宂与课程实践[D].东南大学，2016.

[5]李扬.STEM教育视野下的科学课程构建[D].浙江师范大学，2014.