初中STEM课程的教学实施策略研究

洪敏仪

【摘要】以初中综合实践课为例，以广州市某中学初一学生为研究对象，本文采用文献分析法、行动研究法等方法，以《设计水火箭》的教学流程设计为切入点，通过两轮行动研究实践，提炼出初中STEM教学中的可行教学策略。

【关键词】STEM;教学策略;PBL;探究式学习;小组合作学习

在科技高速发展的时代，国家的竞争力来源于教育能否培养出适合社会发展的人才。无论是国家发展战略，还是个人职业发展需求，都将培养学生的创造力、协作交流、批判思考、解决真实问题的能力以及社会责任等置于优先地位。为此，STEM教育应运兴起。

STEM教育是指在科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineer）和数学（Maths）领域的教和学，其教育过程是将原本分散的多学科内容融合形成统一整体，培养学生多学科知识的整合能力、基于真实世界问题的解决能力、融入情境的探究与创新能力，养成终身学习习惯。

然而，STEM课程教什么、怎么教，已经成为教育界的重点关注内容。本文以初中综合实践课为例，以广州市某中学初一学生为研究对象，以《设计水火箭》的综合实践课教学设计为对象，通过两轮行动研究实践，探讨初中STEM教学中可行的教学策略。

一、STEM教学策略文献分析

笔者在中国知网以“STEM”（或 “STEAM”）并含“教学策略”为关键字进行检索，截至2020年2月9日查找到相关文献仅有28篇。其中，中文文献15篇，英文文献13篇，2012年至2015年中文文献甚至为零，表明国内在这方面的研究比较晚，基础比较薄弱。具体数据情况如图1所示。

通过对这些文献的整理，发现当前STEM教育的教学模式与方法主要有以下

几种：

（1）5E教学模式：这是基于建构主义的探究式教学模式。该模式由美国的

生物学课程研究会提出，包含参与（Engage）、探究（Explore）、解释（Explain）、精致（Elaboration）和评价（Evaluate）五个环节。

（2）Berlin and White建构Berlin-White Integrated Science and Mathematics （BWISM） Models。这个模型主要包含5个方面：①学习;②认知方式;③过程和思维能力;④概念性知识;⑤态度和观念。

（3）Davisonetal 总结了五种整合数学和科学的方法：①特定主题;②内容;③流程;④方法;⑤主题。

本研究将这些理论融入到两轮行动研究中，支持学校顺利开展STEM课程，并且细化出适合校本的STEM教学策略。

二、行动研究设计方案

在第一轮行动研究的过程中，先拟定计划，初步设计出STEM课程的教学策略，过程中针对学生的行为表现、教学效果和课堂观察进行分析，从而修改并完善新的教学策略;然后开展第二轮行动研究，继续完善并总结出STEM教学的可行教学策略。

三、初中STEM课程的教学实施策略案例

（一）教学分析

1.内容分析

本节课属于校本STEM课程《设计航天器》的第四节内容《制作水火箭》，经过前几节课的学习，学生已初步了解STEM 课程的特点和评价方式，了解科学和技术结合的一些应用，也学习了一些航天航空相关知识。本节课学生通过小组合作学习认识火箭工作原理，并亲自动手制作水火箭并进行测试。

2.现状分析

一直以来，学生学习的知识是按学科进行划分的，这种分科学习容易导致学生的知识割裂。在STEM课程的实施过程中，把多学科知识融于有趣、具有挑战性的问题中，激发学生内在的学习动机，让学生享受成就感，并在学习过程中强调分享、创造和体验，提高学生的学科知识水平。

初一学生天性活泼，对事物充满好奇心，对于实践活动都很感兴趣，都想制作本小组个性化的水火箭，但由于平时缺少训练，他们的动手能力比较欠缺，对于工具的使用，规范性和安全性不足，需教师在课堂上强调。学生对于小组合作还不是擅长，教师可利用学案帮助学生整理学习任务和协助各小组成员分工合作。

（二）教学目标

1.了解火箭的工作原理，了解牛顿第三运动定律;

2.规范、安全地使用剪刀等工具，制作出水火箭，并能利用发射架对本小组的火箭进行测试;

3.在小组合作探索制作过程中，提高溝通能力和相互协作能力。

（三）教学重点、难点

1. 重点：制作水火箭并测试

2.难点：（1）火箭工作原理;

（2）牛顿第三运动定律;

（3）制作水火箭并测试。

（四）教学方法

用PBL（基于项目的教学方法）引出本课的主题《制作水火箭》;提供微课和视频（长征火箭升空、水火箭的工作原理、水火箭制作的方法等）给学生进行探究式学习，让他们初步了解火箭的工作原理，并结合日常生活中的滑板、气球例子学习牛顿第三运动定律;教师讲解制作水火箭的工具和需要注意的事项;学生结合课堂学案，分小组分角色合作制作水火箭;教师组织学生在户外测试各小组的水火箭。教学过程采用PBL项目式教学方法，激发学生的好奇心和主动探究的积极性。

（五）教学准备

多媒体电脑室、有水源的操场、课件、微课和视频、小组学案、制作水火箭的材料等。

（六）教学过程

四、STEM教学策略

根据《设计水火箭》课例的两轮行动研究，我们归纳出学校开展STEM课程的一般教学策略：

（一）教学设计策略——PBL教学法，项目式引领

PBL是一种基于建构主义的教学策略，教师设计基于项目（问题）的、有意

义的学习内容，并提供丰富的教学素材、教学资源作为“脚手架”，而学生通过真实的学习项目并为这些项目提供适当的解决方案，在此过程中，提高问题解决的能力。

PBL项目式学习强调学以致用，要求学生从被动的知识接受者，变为主动的自主学习者。因此教师在设计PBL项目的时候，要充分考虑项目的趣味性和可操作性，并引导学生积极探究。学生在利用信息技术手段采集、存储、加工项目所需要的知识与信息的过程中，可提高信息检索、逻辑思维和批判性思维等能力。

PBL项目式教学设计与STEM课程的理念一致，在STEM课程当中采用PBL项目式教学设计能促使学生积极协作、自主探究、深度思考，并实现多学科核心素养的提高。PBL也能促进学生创新精神，在解决真实问题的过程中将多学科知识的进行融会贯通，激发新灵感。

（二）教学组织形式策略——小组合作学习，学生各尽其能

小组合作学习采用先分后合的（下转第10版）                （上接第9版）切块拼接法（Tigsaw）：首先将学生分到不同的小组中，并且将所要学习的内容也分成几部分，小组中每人负责一个部分;然后，各个小组中学习相同内容的学生组成“专家组”（expert group），在一起共同讨论他们所要学习的对应内容，直至掌握;接着这些学生分别返回各自的小组，向其他的同组同学教授所负责的内容;最后，小组各成员合作完成作品。

在教学过程中，教师先让各小组按学案提供的角色进行分工，分别有“火箭外形设计师”“动力工程师”“机械工程师”“宣传发言人”等角色，然后各角色通过集中学习和讨论研究，熟练掌握本部分的重点，成为相应的“专家”;然后回到自己小组，再在组内和其他领域的小组成员交流沟通，设计出本小组的火箭，再由“宣传发言人”负责小组项目的整体汇报。由于每个成员都是某部分的“专家”， 他所掌握的这部分知识比同组成员更专业，从而在交流过程中能更流畅地表达，也更易树立自信。

STEM课程强调超越学科的鸿沟，培养有协作交流能力和社会责任的学生。在STEM教学策略中采用小组合作的学习方式，能使学生更多的与同伴交流学习，他们能感受到项目的最终成功是有赖于全组所有成员的努力，大家互相尊重、目标一致、合作共享，才能设计出最佳的作品。这些课堂活动受到学生的欢迎，提高学校课堂教学对学生的吸引力，也提高学生的幸福感。

（三）学习方式策略——探究式学习，深度体验建构

探究式学习（Inquiry-Based Learning）是一种以学生为中心的建构主义教学方法，引导学生在开放问题情境中积极主动探索，实现自我导向，构建知识。

学生在STEM课程中采用探究式学习方式后，对学习的兴趣更加浓厚。学生先根据兴趣选择教师提供的资源进行学习，然后与相同任务的其他组成员展开讨论和交流，在一轮头脑风暴后，大家都自己负责的领域都有了较深的认识。学生对知识的需求和好奇心已经拓展到老师提供资源之外，这时老师可以借助家长、教师、专家的力量，再次增加学生学习的深度和难度。

在《设计水火箭》的這个课例中，学生围绕水火箭为中心开展探究式学习，在课后他们已经对无人机、飞机等航空器产生极大的兴趣，纷纷要求学习这方面的知识，这体现了学生的自我导向，让学生对自己的学习任务负责，在深度学习中体验多学科的知识整合。

经过两年STEM教学实践研究，在课堂采用了PBL项目式教学、学生小组合作学习和探究式学习等教学策略后，取得预期效果：一是开放的STEM教学空间，使学习场所拓宽到操场等户外空间，令学生感到新意;二是教学内容新颖，能激起学生学习兴趣，教学效果好;三是教学设计以学生为主体，搭建更多给学生展示的平台，提高学生的表达能力;四是课程增强了学生的动手能力，使课堂教学做到理论与实践相结合，促进学、做、研一体;五是增强师生互动和生生互动，提高学生人际交往能力，完善公民素养。STEM课程能够促进学习方式变革，引发多样化的教学形式，提高学生综合素质。

[本文系广州市教育研究院课题“学校STEM课程的教学实施策略研究”（课题编号：GZJY2017—044）研究成果]

参考文献：

[1]吕延会.STEM教育的核心精神[J].当代教育科学，2017（05）：16-19.

[2]李佳，张飞雄.例析以学生为中心的STEM课堂教学策略[J].中小学教师培训，2017（10）：66-69.

[3]赵呈领，赵文君，蒋志辉.面向STEM教育的5E探究式教学模式设计[J].现代教育技术，2018，28（03）：106-112.

[4]周好好.基于STEAM理念的教学策略在初中信息技术中的实践研究[D].渤海大学，2019.

[5]肖艳丹.基于问题的学习在跨学科STEM教学中的策略研究[J].国际公关，2019（06）：124.

[6]黄欢乐.STEM教育理念下学生知识建构能力培养研究[D].广西师范大学，2019.

[7]董艳，和静宇.PBL项目式学习在大学教学中的应用探究[J].现代教育技术，2019，29（09）：53-58.