《小帆船》STEM项目的开发与实施

郭亚南

《义务教育小学科学课程标准》指出小学科学不仅是一门基础课程、实践课程，还是一门综合课程，需要学生综合运用不同领域的知识和方法来理解自然现象和解决实际问题，并且强调应与语文、数学等课程相互渗透，促进学生的全面发展。这也是STEM教育理念与小学科学教学的契合之处，即都强调不同学科领域知识的跨越整合以及知识与实践的结合。STEM课程的设计如何开展呢？北京师范大学余胜泉教授提出了一种STEM项目设计模式，该模式以“教学分析”为基础，立足“项目或问题”，设计项目完成或问题解决过程中的学习资源与工具、学习活动过程、学习支架、学习评价等关键环节，同时关注项目完成后，让学生获得知识的系统化与结构化迁移，并有相应的强化练习与总结提升。笔者尝试借鉴这一模式设计了《小帆船》STEM项目。

教学分析

1.学习者特征分析

本项目的学习对象是小学二年级的学生，他们对身边的事物充满好奇心和探究欲。经过两年的学习，学生已经掌握比较和分类等简单的探究方法，具备了一定的动手能力和合作能力，且能够在教师引导下进行科学探究。

2.学习内容分析

《小帆船》是沪科教版小学《自然》二年级的学习内容。本单元要求学生将科学知识、数学知识以及工程技术能力融合才能够完成学习任务，符合STEM课程的项目式学习特点，因此笔者将本单元重构为STEM项目。在认知基础上，学生对于船以及物体在水中的沉浮现象已有一定的感性认识。本项目选取帆船为研究对象，布置制作小帆船的任务。项目中学生综合运用科学、技术、工程和数学知识，以小组合作的方式探究小帆船的制作。重构后内容与原教材内容的对应情况见表1。

3.教学目标分析

根据《上海市小学自然学科教学基本要求》以及分册基本要求，笔者细化制定出项目的教学目标。《小帆船》项目涉及的教学基本要求如下：

能用符号记录物体的沉与浮，能选择会浮的物体制作简易“救生圈”，知道不同的物体在水中有沉有浮，提高安全防范意识。

感受船以及船动力的发展历程，体会船的制作是随着科学技术的进步在不断发展的。

能选择材料制作一艘简易帆船，经历简易帆船制作和调试、改进的过程，知道帆船主要由船体、桅杆和帆组成，懂得合理利用身边资源的重要性。

根据基本要求重整拟定的《小帆船》项目三维教学目标见表2。

教学过程设计

STEM项目设计模式所指的教学过程设计包含学习任务、学习活动、学习支架、学习资源与工具等关键环节，同时关注学生完成任务后知识的迁移和巩固强化。

1.学习任务的设计

学习任务强调在特定的情境中开展。基于此，笔者将《小帆船》项目的学习任务设置为：“小猫咪想要回到河对岸的家里，但是唯一的桥却被洪水冲垮了，你能帮它想想办法，利用身边的工具制作一艘小帆船过河吗？要求：小帆船能够成功将小猫咪送到河对岸。”设定此情境以期激发学生的学习兴趣。

2.学习活动的设计

《小帆船》项目围绕4个活动展开，分别是帮小猫咪渡河、选取材料并设计小帆船、制作小帆船以及评价展示。本项目需要6个课时，学生先了解船及其发展史，体会船的制作是随着科学技术的进步在不断发展，再选取合适的材料制作小帆船。学生在活动中不断学到新知识，即物体在水中有沉有浮，提高了设计、制作以及创新能力。活动以4人小组形式开展，组内成员合理分工。学生在活动中可以体验小组合作的乐趣，养成动手动脑探究的习惯。

3.学习支架的搭建

项目中针对学生可能遇到的一些问题，笔者搭建了一些问题支架来指导学生自主学习。学生在实施过程中可能采取不同的设计、实施路径，遇到的困难也不同，因此教师应时刻关注，保证他们不偏离项目的目标。

4.学习资源与工具

项目式学习需要丰富的材料资源、信息资源以及各种工具的支持。只有教师提供给学生合适的资源和工具，才能保证项目的顺利实施。另外活动的开展必须要有其他相关学科教师的参与。

经过梳理，从具体的学习活动、学习支架和学习资源与工具等方面构建了本项目的设计框架（见表3）。

学习评价设计

评价是教学的重要组成部分，能够起到促进教学的作用。形成性评价和终结性评价常常被结合在一起使用，既关注了结果，也关注了过程。笔者认为，目前研究比较多的表现性评价也适合用于STEM项目的过程性评价，因为表现性评价强调的是在真实的情境中解决问题的能力。其实，《小帆船》项目中也有一些表现性任务，笔者根据教学目标开发出调查问卷、作品核查表、设计与制作评价量规等用于项目的评价。针对项目中的评价关键点，笔者从几个维度详细列出评价的内容、工具和方式（见表4），核查表（见表5），评价量规（见表6）。

项目实施与改进

项目的实施要严格按照项目的设计进行，在教学过程中，应该不断根据学生的表现与生成性问题适时调整教学。具体的实施过程如下：

1.帮小猫咪渡河

首先教师出示情境图片，引出任务“小猫咪想要回到河对岸的家里，但是唯一的桥却被洪水冲垮了，你能帮它想想办法，利用身边的工具制作一艘小帆船过河吗？”学生都表现出十足的兴趣，非常踊跃地发言。有的学生说要先知道帆船的结构，有的学生说要看看从古至今的船都是什么材料做的。学生可以使用iPad搜集资料，也可以通过UMU互动学习平台学习教师发放的资料，了解船的发展史以及帆船的结构等。

2.选取材料并设计小帆船

教师出示小猫咪的模型以及制作材料，展示校园小花园中的小河图片（试航地点），制作材料为泡沫、木板、吸管、气球、水槽等常见材料。将核查表和评价量规出示给学生，让他们小组讨论，可以合理补充。根据教师设置的支架问题，学生以小组为单位选取材料，讨论并设计小帆船，以工程的思想绘图，并将设计图纸上传到UMU互动学习平台。教师在学生设计过程中巡回指导，根据评价量规给予评价。

3.制作、改进和装饰小帆船

4人小组分工合作，按照设计图制作小帆船，并根据教师搭建的支架问题测试小帆船的功能。记录员记录测试时遇到的问题，组内讨论解决问题的办法，最后改进小帆船的制作。小组内学生经过测试改进保证小帆船的功能后，再发挥自己的艺术才能对小帆船进行装饰。教师在活动过程中及时指导学生，给予一定的帮助。小帆船的装饰由美术教师指导实施效果会更好。

4.評价展示

学生将制作的作品发布在UMU互动学习平台上，小组派代表介绍作品。各个小组依据核查表与评价量规进行自我评价并反思，随后教师对各个小组的作品评价反馈。小组在UMU互动学习平台投票选出“最具创意作品”“最美观作品”和“最实用作品”。最后，学生参与问卷调查以及相关知识的纸笔测试。经过评估，笔者发现几乎所有学生对整个探究过程充满兴趣，能够参与小组分工并且愿意在设计、制作和装饰作品时创新。

经过项目实施，笔者总结一些遇到的问题：在材料的选取环节，学生根据测试选了一些能够上浮的材料，但有少数人发现一些沉入水底的材料（如橡皮泥）改变其形状后也可以浮起，这涉及四年级《影响沉浮的因素》的内容，教师在指导过程中进行了个别辅导并肯定他们的想法，没有大范围地指导讲解。可能下一批参与项目的学生也有此疑问，因此应准备一些相关资料放置在UMU互动学习平台上，供有疑问的学生解惑。另外项目的流程上也有一些问题，比如装饰小帆船这一步骤是放在最后还是放在制作那一步。经过反思与探讨，基于船帆固定到桅杆上的方式很多，笔者将装饰小帆船分为船帆的装饰和船体的装饰，船帆的装饰放置在制作帆船那一步，船体的装饰放置在改进时进行。改进的具体活动安排见表7。

STEM项目设计模式还特别强调了总结与强化练习环节，因此在项目实施之后，笔者布置了任务：分小组说一说项目中的收获和反思。经过展示总结，项目组发现学生已基本掌握知识技能，但是掌握的知识缺乏结构性，因此课后教师指导学生将自己的收获制作成思维导图来强化知识的结构性。