创造型STEM项目式学习的实践探索

张清泉

【摘要】《2017地平线报告》指出，未来基础教育应用技术的关键要素包括“STEM学习兴起”，强调多学科、跨学科等术语，提出了将校内课程与现实世界结合的未来教育发展趋势。STEM教育是教育界的热点，本文以开展的创造型STEM项目式学习案例“智能音乐盒”为例，详细阐述STEM主题课程的探索实施的过程，体现了通过基于工程的项目式学习过程，运用跨学科知识解决方案，努力尝试实现达到培养创新人才的根本目的。

【关键词】STEM教育;项目学习;创造型

当今国际竞争日趋激烈。国与国之间的竞争实际上是综合国力的竞争，其核心是自主创新能力的竞争，归根到底是教育与人才之间的竞争。各国教育改革的方向，开始着眼并致力于培养具有21 世纪核心素养和创新能力的公民。

STEM 教育起源于美国，STEM 是科学、技术、工程和数学四门学科英文名称的简称。STEM 教育强调多学科内容之间的交叉融合，使其形成一个有机整体，从而培养学生的创新能力和运用多学科知识解决问题的能力。STEM 教育的出现改变了传统的教育理念和思维方式，引导人们重新探索新型的教学方式。我国 STEM 教育处于积极发展阶段。2019年中国教科院在西安发布的《中国 STEM 教育调研报告》指出，STEM 教育理念得到广泛认可，大部分教育者认可 STEM 教育的目的是培养创新精神与实践能力。多数教育者认可 STEM 教育的跨学科性。

一、创造型STEM项目特点

创造型STEM项目就是运用跨学科知识完成一个创新物品的设计与制作的项目式学习活动。融合STEM教育理念，结合开源硬件、软件（如Mixly、LaserMaker）的创造型项目是让学生基于问题，通过项目活动的学习来体验合作分享的创客精神，激发学生的好奇心及参与极性，从而能有效地促进知识内化迁移和高阶思维能力的提升。这也是培养学生科学精神、实践创新的核心素养的重要途径。在学习开源软、硬件等知识的过程中，综合运用各学科知识，把同学们的奇思妙想变成现实的一种着眼于未来的教育。

STEM教育理念强调学生在真实的自然和生活情境中进行学习。我们设计的创造型项目的问题引入基于生活情境，强调人文关怀，立德树人;重视跨学科整合的知识和方法解决实际问题，强调让学生亲自动手、动脑，使学生沉浸在亲身探究和开放式探索中;强调通过科学方法（科学实验），获得隐含在问题背后的知识;强调以工程设计为引导，制作作品，结合各种技术的学习和应用，如重视传感器相关知识学习，重视编程思维的培养，重视信息化工具和实物类工具的使用技能的培养，最终以作品作为学习结果;强调团队合作，进行群体性的知识建构;强调创造和成果分享，从而获得创造的成就感。我们的项目学习允许同学们在学习过程中对问题能有多个正确的答案，并把失败重组看做学生学习的必要部分。

二、创造型STEM项目的学习开展方式

我们从基于设计的学习模式出发设计创造型STEM项目的学习开展方式， 使学生能沉浸在亲身探究和开放式探索中。创造型STEM教育应用基本步骤如下。

1.观察与思考

问题或情境引入，创造型STEM教育应用的目标是完成一个创新物品的设计和制造，创新来自于现实生活中的问题，所以教师需要引入极具吸引力的情境供学生观察，激发学习者从中寻找需求并明确创造方向。在这里需要注重人文素养的培养，适当渗透德育教育。

2.项目筹备

学生首先组建团队，并自行对组内人员进行合理分工。然后准备器材与工具，列出所需的各种传感器设备、工具及外观材料。其次是相关信息搜集，所需传感器的使用方法和编程技巧以及各种工具的使用方法。这里注重学生搜集信息、分析信息、利用信息等信息素养的培养。

3.动手实践

学生首先要设计软件流程，根据任务分析，画出程序流程图。然后探索各个传感器的使用方法;全部硬件连接后，编写程序并做好调试硬件的记录。这里重视学生编程思维与逻辑能力的训练。

4.工程制作

这是整个项目学习中最关键的步骤，主要涉及外观制作进而作品成型。首先要求学生测量各个传感器的尺寸，画出大概草图，也可用软件制图;选择外观材料如亚克力板、瓦楞纸、木板或其他环保材料，制作外观;接着使用激光切割机或其他金工、木工工具进行制作;最后是作品连接成型并通电测试。在这个过程中，学生碰到的问题会相当多，需要学生团队合作，细化并解决每个具体的问题。这里强调的是团队合作，有效率的头脑风暴，能沉浸在各种探索中，能进行群体性的知识建构。

5.分享交流

学生完成工程制作之后，我们要求学生对各小组的作品进行分享和评价，特别是注重介绍外观构造和编程方法、团队合作解决问题的过程。这里强调通过创造成果分享，从而获得创造的成就感。

三、创造型项目的跨学科特色

STEM教育理念强调学科的交叉融合，讲究有目的地连接和整合各个学科的知識和内容，尤其是数学和科学课程的内容。以“智能音乐盒”学习项目为例，如下图所示。

“智能音乐盒”学习项目是要求学生使用开源软硬件制作一款具有手机远程控制MP3播放，并同时具备环境检测功能的音乐盒产品。在这个项目的学习中，会涉及到通用技术、语文、数学、音乐、信息技术以及科学等多学科知识的融合。其中，学科中的通用技术主要是利用各种工具技术使作品成型稳固;语文涉及产品介绍说明和演示解说词;数学主要是造物结构和各个硬件的测量;音乐涉及的是MP3和歌曲旋律等知识;信息技术主要是编程和软件制图;科学主要涉及的是电路、温湿度知识。这里通用技术和信息技术都需要基础学科数学为支撑。

我们设计创造型STEM课程就是为了更好地为学生跨学科综合能力的培养。需要我们教师更加积极地结合实际开展STEM 课程，整合多学科内容，通过项目式学习，在师生、生生的思维碰撞和实践中，真正促进学生核心能力的发展。

参考文献：

[1]傅骞，刘鹏飞.从验证到创造——中小学STEM教育应用模式研究[J].中国电化教育，2016（04）.

[2]赵呈领，申静洁，蒋志辉. 一种整合创客和STEM的教学模型建构研究[J].电化教育研究，2018（09）.

[3]姬广敏.青少年科技创新能力的结构构建与培养研究[D].济南：山东师范大学，2015.