基于STEM教育理念的 N141项目导学模式开发与实践

张斌

[摘   要]“N141”项目导学模式是一种基于STEM教育理念的课程开发与设计模式。它通过建设问题库、确定研究问题、解决问题三大步骤，在多个问题中确定一个研究问题，通过转化、破解、解决、拓展环节完成项目，并可对项目进行完善。这一模式可促进STEM问题的生成，并提高课程的实施效果。

[关键词]N141;STEM教育;项目;导学模式;问题库

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写，其中科学在于认识世界、解释自然界的客观规律;技术和工程试图在尊重自然规律的基础上改造世界，实现与自然界的和谐共处，解决社会发展过程中遇到的难题;数学则是技术与工程学科的基础工具。STEM教育重点要加强对学生四个方面的培养：一是科学素养，即运用科学知识（如物理、化学、生物科学和地球空间科学等）理解自然界并参与影响自然界的过程;二是技术素养，即使用、管理、理解和评价技术的能力;三是工程素养，即对技术工程设计与开发过程的理解;四是数学素养，即发现、表达、解释和解决多种情境下的数学问题的能力。STEM已进入国家课程标准，成为课程改革的亮点。

一、问题库的建设

教育改革提倡以学生为主体，采取自主合作探究的教学方式，培养有创新精神和实践能力的人才。STEM课程符合这一原则。小学阶段开展的STEM课程，必须符合小学生活泼爱动、好奇心强、思考问题以具体形象思维为主的特点。山东省肥城市实验小学基于学校的实际情况和学生特点，结合STEM教育理论，初步明确了STEM教育导学模式的三大步骤：建设问题库—确定研究问题—解决问题。

在建设问题库时，问题的主要来源有三个：一是学生感兴趣的话题;二是生活实际问题;三是课堂产生的问题。通过从这三种途径搜集问题，建立了问题资源库。但是这些问题五花八门，并非都值得解决或适合在课程中解决。因此，在收集了问题之后，还要对其进行筛选。为此，学校STEM项目核心团队的教师们又专门召开了一次问题库研讨会，并达成了三点共识：一是小学生的理解能力有限，本着知识来源于生活又要应用于生活的原则，应选取大部分学生熟悉的来自生活和学习中的问题;二是问题要直观化，要能激发学生的学习兴趣，使学生“跳一跳”能够解决;三是鉴于学生观察和思考的角度不同，对同一事物提出的问题五花八门，需要教师引导学生选择更有意义、有价值的问题来研究。由此，教师们对每个问题的研究价值进行了审定，确定了“最高价值评五星，逐级类推，无研究价值则无星”的六级评定标准，形成了星级指标问题库。

二、“N141”STEM项目导学模式解读

STEM教育的最终目的是培养学生解决问题的能力，那么只有围绕解决问题的过程开展STEM教育才能更加有效。学生通过动手动脑解决现实问题，在建构解决方法的过程中学习和发展思维。为此，学校开发了“N141”STEM项目导学模式。

其中“N”指的是发现多个生活问题。由任课教师引导学生从生活中感兴趣的话题、亟待解决的实际问题、社会焦点等多方面入手，提出自己想研究的多个问题，以班级为单位进行汇总。由于这样获得的来源于实际生活的问题会有很多，所以用代号“N”表示。

“1”指的是确定一个研究问题。需要五个步骤：一是由任课教师把此前汇总的多个问题推送给学生，组织学生以小组为单位展开讨论交流，筛选出有价值的问题;二是组织学生对这些有价值的问题进行分类;三是根据问题分类在班里进行投票选举，选定问题类别;四是学生以小组为单位在选定的类别中选择一个本组最想研究的问题，准备将其推荐给全班;五是分组对所选问题进行推荐，由全班公投，确立唯一的一个研究问题。

“4”指的是通过“转化—破解—解决—拓展”四个环节，解决选定的研究问题。其中，转化是指由任课教师引导学生把确定的研究问题转化为研究项目;破解是指教师引导学生以小组为单位对研究项目进行深入分析，将其破解以安排到课程中;解决即学生应用多门学科知识，通过“自主、合作、探究”为主的学习方式逐步解决此项问题;拓展是指学生解决该项目中的问题后，再深入探究这一问题还体现在生活中哪些其他方面，或这一问题的解决方法还可以应用于解决生活中哪些其他问题。

最后一个“1”指的是修改完善这个项目。在初步完成一个项目后，要对该项目的解决过程进行详细梳理，寻找不足，最后将其修改成一个更完善的项目。

三、基于“N141”模式的课例：

探究钢笔墨囊的奥秘

1.课程源起

这一课例的设计，源于学生们在使用钢笔时发现并提出的很多问题。如：为什么钢笔尖易坏？钢笔写字时为什么自动出水？一段时间不用钢笔，再写字时为什么不易出水？为什么钢笔写字时经常出水不流畅？钢笔墨囊为什么能吸墨水？钢笔墨囊的种类有多少？为什么钢笔墨囊会分这么多种？哪种类型的钢笔尖最适合我们（小学生）应用？钢笔尖为什么在中间分成左右两部分？钢笔壳为什么会摔坏？……针对这一系列问题，笔者引导学生开展了“探究钢笔的秘密”的STEAM项目。

这是STEAM课程项目的发起环节，教师采用问题引导的方式建立了问题库（即“N”）。问题来源于学生在生活中发现的各种现象，旨在培养学生发现并提出问题的意识。

2.主题驱动

教师让学生把提出的关于钢笔的问题写在信纸上，根据问题是否有价值对问题进行筛选、转化、汇总;教师向学生推送筛选后的关于钢笔的有研究价值的問题;学生小组合作交流确定自己小组最感兴趣的一个问题;班级汇报交流，全班公投确定了一个最感兴趣的研究问题，并将其转化为研究主题“钢笔墨囊为什么能吸墨水”。

3.多科助学

本项目涉及的学科包括科学、数学、语文、信息技术。以下将按照“转化—破解—解决—拓展”四个环节完成，即“N141”中的“4”。

一是转化。教师引导学生把“钢笔墨囊为什么能吸墨水”这一问题转化为研究“钢笔墨囊的奥秘”项目。

二是破解。针对此项目，教师引导学生以小组为单位进行深入探讨，破解出以下五项研究内容。

（1）在班级内及附近商店寻找，看看钢笔墨囊的种类有哪些。

（2）墨水是怎么進入墨囊的？

（3）墨水是如何从墨囊传到笔尖的？

（4）墨囊为什么是圆柱形的？

（5）有些墨囊里面为什么有圆珠？

以上五项研究内容，都要求学生记录自己的研究过程，并用PPT展示自己的研究成果。

三是解决。教师引导学生以小组为单位认领本组的研究内容。探究过程如表1所示。

四是拓展。针对研究内容的其中几项，进行了拓展应用。其一，钢笔墨囊的种类。学生通过调查发现胶皮墨囊最少，一次性墨囊最多，于是产生了新的研究问题：胶皮墨囊为什么会减少？一次性墨囊大量生产是否会对环境有危害？哪种墨囊最合理？其二，吸墨水的秘密。学生通过研究吸墨水的秘密，发现生活中很多物品都在巧妙地利用大气压。其三，墨水传入笔尖的秘密。学生发现钢笔尖蕴含着大学问，并探究生活中还有哪些地方用到了这个原理。其四，墨囊形状的奥秘。学生通过研究了解了物品在哪种情况下适合使用圆形，并思考生活中的物品为什么会使用不同的形状。

4.完善项目

在完成项目后，师生梳理并反思了教学实施过程，进一步改进和完善了教学设计。

四、对“N141”课程模式的反思与展望

实践证明，“N141”模式是一种便于教师操作的STEM课程开发与建设模式，且有利于课程的高效实施。它使学生在自主探究的过程中产生了创新的兴趣，发展了创造能力，提升了STEM综合素养，也锻炼了团队合作与解决问题的能力，较好地弥补了传统学校教育的薄弱环节。

基于STEM理念的“N141”项目导学模式还存在很多不足，如课程开发与设计还需不断修改与完善;不同学科间的深入融合还需要进一步加强;学生素养虽有所提升，但解决综合问题的能力还有待提高;教师的相关理论支撑不足，归纳总结能力不强，工作反思过于单薄，经验有待进一步提炼;STEM课程的多样化评价体系还需要进一步完善。为此，需要进一步引导教师围绕“STEAM教育教学策略、教学案例研发、评测体系研制”等专题开展研究和学习，通过培训、公开课、研讨课、学术报告等形式进行交流与研讨，在实践研究中提升教师的专业素养，积极探索STEAM教育师资的培养机制，做好“授人以渔”的理论与实践准备。

（责任编辑 郭向和   校对 姚力宁）