探析STEM理念在初中科学课中的实践与思考

吴锡理 朱婷婷

摘要：初中科学是以对科学本质的认识为基础、以提高学生科学素养为宗旨的综合课程。“STEM”追求的是科学、技术、工程和数学四个学科之间的深度融合，它是基于学生如何“做科学”，而不是仅仅“记忆科学事实”，这与初中科学课程的目标高度契合，所以将“STEM”理念融合于初中科学课堂教学，是促进有效教学的一种新的教学模式与载体，是提升学生课堂自主建构的一种有效手段。本文以“温州S1线降噪模型”的项目学习“声学”内容为例，分享“STEM”理念在促进初中课堂有效教学中的实践体验，并在此基础上提炼出融合“STEM”理念的初中科学教学模型。

关键词：STEM理念;S1 线降噪模型;实践;教学模型

“STEM”教育追求的是科学、技术、工程和数学四个学科之间的深度融合。它的课程与教学都是基于学生“做科学”，通过项目式学习和问题解决式学习，为学生提供科学、技术、工程和数学相融合的学习体验，而不是仅仅“记忆科学事实”。如何将初中科学课堂与“STEM”教学理念有机结合？如何让“STEM”与科学课堂的无缝融合？本文以“温州S1线降噪模型”的项目学习“声学”内容为例，分享“STEM”理念在初中科学教学中的实践。“声”是浙教版《科学》七年级下册第二章的内容，其包括声音的产生、传播、声音的特性和噪声防治。

一、整合教学资源，解决真实项目问题

“STEM”教学注重多层次的教学，能从真实问题出发，力求将课堂中所获得的知识、能力等运用于解决实际问题，有力地推动了学生核心素养的发展。从而有效地改善现今经大部分《科学》课堂教学仍然拘泥于知识传授，学生缺乏真实动手体验的现状。为了更好的渗透“STEM”教学理念，这就要求教师从课堂抽身，在课堂之前做好充分的教学资源整合。包括真实教学情境的简化整合，项目学习材料的选择整合，学生所需的知识背景的提炼整合等。

（一）真实教学情境的简化整合

“STEM”理念下的初中《科学》教学内容要具有综合性、实用性、科学性的特征，这就要求教学情境不仅要真实、科学，还要加工成学生能够有效利用的一个学习情境。如何将现实生活中的一个复杂的科学问题，整合成学生能够凭借头脑风暴交流学习理解的学习情境显得尤为重要，这就要求科学教师，在教学前进行合理的提炼加工，使情境真实贴切。因此情境选择尽可能选择学生熟悉感兴趣的事物，与现有逻辑思维匹配的事物。

例如：为了将教材中声学知识具象化，我们选择了“温州S1线降噪模型”的设计作为教学载体。对情境进行整合如下：2019年4月温州第一条轨道交通S1线应运而生，为市民出行带来极大便利，与此同时S1线运行噪音污染不期而至。打造良好的生活环境，降低生活中的噪声污染迫在眉睫。为S1线设置降噪装置，从根源上减小噪声带来的负面影响就很有研究价值。基于轨道S1线带来的噪音现状，本项目是以现行的轨道S1线车体为例，为其设计一款降噪隔音壁，并搭建降噪隔音壁模型及安装在现实车体的位置为主线，通过小组头脑风暴形成设计思想，将设计付诸实践，动手体验制作，并不断检验调试制作的产品。整合后的情境与教学对应的声学知识相匹配，简化了关于轨道交通的其余复杂背景知识。同学们很容易接受，自然而然进入情境开始项目学习。

（二）项目学习材料的选择整合

“STEM”理念教学重在将所学习的知识用于解决真实问题，强调实践动手，这就要求项目开展的可实操性很重要，如果一个项目需要的硬件材料获取难度大，就不利于在课堂上开展，材料价格高就不利于一些农村学校项目开展，因此材料的选择准备需要教师提早合理整合，使得项目实操搭建在课堂上成为可能。

例如：在开展“温州S1 线降噪模型”的项目制作时，教师以及学生活动所需要的吸声材料及分贝仪均可以从淘宝购入，价格合理;所需要的模型制作工具如榔头、铁钉可以从学校实验室获取。所用的降噪检测设备模型由教师自行制作提供。所有项目学习材料如表 1，材料获取简单，价格便宜。教学时，我们也可以尽可能多的考虑学生生活中容易回收使用的物品。

（三）知识背景的有效提炼整合

在进行“STEM”课程学习时，学生是学习的主体，教师提供学生所需要帮助，项目开展时，学生可能出现一些背景知识欠缺，而信息化时代，网络资源铺天盖地，初中阶段学生有效知识提炼加工有困难，这就要求项目开展前，教师事先提供一些已经经过提炼的知识，并结合教材知识，供小组讨论。例如在进行“降噪装置的模型设计时”教师提供了如下资料包供学生研討。

信息链接：

资料1、声音是一种能量，在传递过程中遇到波浪形或粗糙凸面障碍物，会使声波阻隔，接触面增大时会分解成许多比较弱的反射声波，可以降噪。

资料2、任何材料都能吸收声音，其中多孔材料（如毛毡、海绵）吸声效果较好，多层叠加可增强其效果，其原理是使声波深入材料空隙，受到空隙内空气摩擦，将声能转化为空气热能，从而吸声降噪。

材料3、利用金属薄板与金属薄板夹一定厚度空气腔，可形成共振吸声材料，能有效降噪。其原理是薄板在声波作用下产生振动，振动时内部产生能量损耗，将声能转化为机械能，从而起到吸声作用。而且吸声面金属薄板适当穿孔后，形成穿孔板，板后空气腔内填充一定数量颗粒吸声材料，最大吸声系数可升高，但穿孔率不宜太高，一般1%～50%左右。当穿孔小于一毫米时，板后没有吸声颗粒状材料可以达到相同吸声效果。

资料4、吸声材料厚度越厚吸收效果越好。

二、优化教学引导，渗透多学科知识

由于当前初中科学教学内容具有较强的综合性属性，与工程、数学、技术等学科都有一定的密切联系，因此教师要有效结合学生的学习能力和认知水平，对课堂教学进行合理引导，从而引领学生利用多学科知识完成项目的学习以及实践。

例如：在进行“温州 S1 线降噪模型”教学的引入时，教师展示“三垟街道万科和园”居民反映S1 线噪音过大视频及S1 线运行经过居民区的分贝仪测量噪音视频，直观的引起学生共鸣，引入项目。继而追问：为了降低轨道 S1 线运行时带来的噪音污染。你有哪些措施？学生头脑风暴提出各种措施，如：为 S1 线沿线造隔音壁（如图 1），为车体下方轮轨两侧造隔音壁（如图 2）。

教师展示铺垫：瓯海高架上拍摄的直立式隔音壁。进一步引导：生活中的这些隔音壁的架构是否是最佳隔音壁了，能否直接安装在S1 线车体上？学生自然而然在教师精心设计的引导下，逐步激发思维，最终教师明确项目任务：为了从源头上有效降低 S1 线运行时带来的噪音，请你帮助 S1 线车体设计制作降噪装置——一面隔音壁。并制作出相应模型供 S1 线技术工人参考，以便 S1 线技术工人对照模型的可行性进行调整。同时教师展示该项目开展必须经历的过程图（如图3）。

教师的引导策略在项目实施时尤为重要，引导时将现实生活中真实的场景搬到课堂中来，让学生贴近生活，不断尝试，并用科学知识、科学技能解决现实问题。解决问题时学生会产生困惑，不断试误，纠正创新，在项目实施过程中学生会发现不仅需要科学知识作为支架，实际制作时需要数学中的计算，产品要注重美观， 还要考虑工程问题等。

三、注重多元评价，促进优化提升

评价就是对学生学习效果的检测反馈，过去学习效果的评价我们注重知识性评价，往往选择形成性练习进行评价，或者布置学生一个探究任务，但是缺少后续跟进。“STEAM”教学注重评价，将实践搬到课堂中进行，学生热情高涨，通过学生自我评价，小组评价，组与组之间评价，产品评价等多种形式，评价方式模拟真实背景下出现的情况，让学生真实的感受到一个产品生成的多个环节，以及涉及到多领域的知识。下面展示“温州 S1 线降噪模型”项目学习中的部分评价量表：

四、引领思维发展，延伸项目学习

“STEM”教学往往以项目式展开学习，而项目式学习又以一个个任务为中心，以解决生活中的一个真实具体的问题而展开。真实的问题情境有利于激发学生的认知内驱力，学生就会主动进行学习和探究，即使在学习过程中遇到困难，兴趣主导的内驱力会促使学生积极思考想方设法解决问题，在项目学习中学生不拘泥于用单一方法解决问题，尝试多种思路多种方法解决，而一个真实问题的解决有其特有的复杂性，因此在课堂上倾尽全班之力完成的项目依然有其不足，这就激发了学生继续探究项目之外的内容，教师一般要鼓励学生采用生活中你认为合理的材料继续研究，这样就实现了学习的课后延伸，促使学生思维的延续发展。

例如：在“检测同学们制作的隔音壁的降噪效果”学习时，检测设备（如图4，图 5），在现实检测中应该有什么特征，检测注意事项有哪些，学生极大的调动思维突破这一现实问题。

又如，教师追问，同学们制作的项目产品轨道 S1 线车体降噪隔音壁模型（如图 6）仍然不是最完美的模型，与现实中的实物（类似于图7：在现实生活中轨道 S1 线的隔音壁尚没有问世，但是动车车体上的隔音壁已经在推广使用。）有什么差距，同学们还可以继续探究有没有更好的吸声材料可以替代本次项目学习材料，有没有更环保的制作方式。

五、融合 STEM 理念，提炼教学模型

“STEM ”教学模型主要包括发现问题、分析问题并制定解决方案、协作学习并完成原型制作、解决问题并展示作品、自我反思并发布作品五个阶段。结合“STEM” 教学模型和对初中科学课堂探究教学的理解，我们提出了基于 STEM 理念的初中科学课堂教学模型，如下图8。

由图可看出，教学模型主要包含教学目标、教学程序、教学内容，评价方式、和教学支架（问题、任务）等教学元素。整个教学是以项目任务为载体的基于问题解决的教学，以培养学生的“STEM”和科学素养为根本目标，在该目标的指导下，在教学中设计了“观察发现→设计方案→合作实践→评价分享→拓展延伸”不同维度的五个教学环节。教师主要负责在各个阶段观察任务完成的程度并提供必要的问题引领，将学生要学习的知识概念与问题情景及前知识联系起来;鼓励学生自主学习与合作学习，在“发现问题→交流问题→解决问题→拓展问题”中多学科、多视角的完成任务;提供多样、多维和多元的评价，在反思、交流、评价过程中促进元认知，提升学习力。整个教学过程将科学和“STEM”相关学科融合在一起，让学生在收获蕴含在真实问题情景中知识的同时，培养高阶思维能力，达成双向目标。

“STEM”作为一种全新的、跨学科的教育理念，为我们科学教学设计提出了新的思路和挑战。本文仅是对融合“STEM”理念的初中科学教学设计进行了初步的研究，旨在探索实现“STEM”理念与科学课堂的无缝融合，让“STEM”素养目标和科学素养目标真正的落地。

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