渗透STEM教育理念组织项目式教学

陈喜燕

项目式教学活动，是指在教师监督指导下，师生共同围绕一个完整的项目工作或任务而进行的综合实践活动。本文以STEAM课程教育理念为理论基础，从学生科学技能、科学思维、创新精神和实践能力发展角度出发，概述了项目引领下的小学科学课开发与实践路径，以期通过探究、开放、体验的项目活动方案设计，培养学生独立思考能力和解决问题能力，让学生在科学项目活动的假设、猜想、验证与实施中，独立辨别问题本质，领悟科学知识技能，逐步实现科学思维、探究精神与创造能力的锻炼与发展。

STEM由（Science）科学、（Technology）技术、（Engineering）工程、（Mathematics）数学等多领域学科共同构成。不难理解，STEM强调知识跨界与技术能力的自主建构，反映了课程教学回归社会、回归生活的本质诉求。教师在项目式教学中，要有针对性地将多学科理论知识与实践教学有机结合起来，激发学生探究精神和创造潜能，让他们在实践经历中，体验科学知识的产生。新课标指出，小学科学是学生认识世界、理解自然界客观规律的启蒙课程。教师要以培养学生创新精神、科学思维、实践能力为目标，组织他们在生活化、有趣、真实的学习中质疑探索，具备运用科学知识分析、解决问题的能力。因此，教师基于STEM理念设计项目活动，要为学生提供发挥潜力的空间，组织他们在理论知识与技术工作的协作体验中，理解科学理论概念，掌握技术实践知识，发展创造精神与实践能力。

一、目标情境驱动，巧妙构思猜想

STEAM理念认为，课程教学不是简单的知识叠加，而是科学、数学等先进技术的综合实践与运用。任何事物的创造都需要科学、技术、艺术、计算等多学科知识和多种能力，单一技能、知识的应用，已经无法支撑未来社会的发展。所以，教师在项目教学中，运用整合科学、工程、技术、数学的方法，开展人人都能参与的创造实践活动，让学生像科学家一样，自主运用科学的、工程的思维，自主收集信息、制订方案、完成项目设计、创造与评估。

例如，教学《我们来做“热气球”》《空气和我们的生活》时，学生已初步了解“空气具有热胀冷缩的性质”，知道“热空气在同等体积下，比冷空气体积轻”的科学原理。因此，教师抓住“空气受热会膨胀”“空气受热会上升”“热空气的动力驱动”核心内容，提出“设计走马灯”的项目任务，目的让学生在实践中探寻科学知识的应用，通过观察、想象、实验、收集、记录、分析、制作等方式，学会运用科学、技术、工程、数学融合的制作方法，感受科学技术的力量。教师在课内要把整个实践过程分解为一个个具体事件，同时以向导、顾问的身份，协助学生独立进行实践研究，启发他们运用工程思想设计解决方案。教师提出问题：“观察电饭锅、热气球、冰箱的共同特征，联系生活说明冷、热空气的流动方向。”然后，让学生观看制作走马灯的视频，查找关于走马灯相关信息。教师在项目式教学中，赋予学生“小小发明家”的身份，让学生在情境框架中，自主明确走马灯设计要求，根据活动实践过程准备制作器材，对走马灯草图进行绘制、美化、创新，辅助他们在“走马灯”性能、结构原理的不断改进中，发现问题，寻找方法，掌握“走马灯”“热空气上升，冷空气下降”的科学应用方法，形成应用多学科、多领域知识解决实际问题的思维与能力。

二、收集资料信息，讨论设计方案

项目教学主张先学后教，先练后讲，教学重点不能放在特定学科上，而是要利用特定的重点问题，引导学生以更广泛的视角，在实践中发现新知识，掌握新内容。原则上，教师在明确项目任务目标后，要将整个项目工作交给学生独立完成，让学生在环环相扣的方案设计、信息收集、项目实施中利用多学科理论知识，解答疑难，追求真理。因此，教师搭建项目结构，明确任务要求后，要将项目交由学生自主制订计划，分析设计流程，相互协作交流，完成对整个工作过程的设计勾画。

例如，教学《形状与抗弯曲能力》《做框架》《拱形的力量》时，教师开发“桥梁建筑师”项目课程，引导学生沿着项目主线，融合数学几何原理，综合考虑结构、拱形、拉索、物态变化等元素，合作绘制工程草图，“研究搭建各种不同形状的桥梁”。教师提问：“欣赏桥的形状、结构美。扬州二十四桥、长江三峡山谷桥、西藏铁路大桥、法国古代石拱桥等不同桥的形状、结构有哪些不同？”用“水泥直立桥、连续石拱桥、钢框架梁桥”情境画面启动项目，任务要求：“用生活材料建造一架结构完整的桥梁，承重至少50个回形针。”各小组组长控制项目进度，测试桥梁性能，小组成员分工合作收集信息，准备材料，选定桥梁模型。

[材料 形状 结构 用途 拱与桥面关系 石料 连续石拱桥 拱形结构 行人 桥面在拱上方 水泥 水泥直立桥 条形结构 引水 钢铁 钢框架梁桥 框架结构 行车 桥面在拱下方 钢筋水泥 钢索斜拉桥 钢索结构 行车 ]

教师：“平面桥、石拱桥、斜拉桥哪个更能够承力？可能会用哪些技术的处理方法？”定义需要解决问题：“桥梁作用是什么？桥梁基本结构包括哪些？什么会导致桥梁的承受力不同？提高抗弯曲能力的方法有哪些？抗弯曲能力强的形状是哪种？”然后，由学生自主收集信息，商讨、估算所需的木棍、纸板材料，确定需要搭建平板桥、拱桥、斜拉桥的形状与结构，让学生能基于风力、地形、结构等因素，测算桥墩之间的距离，统计称重数据，提高综合知识技能应用，感受建造桥梁的艰辛与快乐。

三、调动高阶思维，协作改进释疑

STEM理念，以提升学生创新能力、理性思维、科学精神为教育目标。教师在项目课程开发中，要科学整合资源内容，调动学生高阶思维，驱动他们利用所学知识思考、执行、改进、调整和创造。因为，小学科学包含生物、气象、环境、天文、自然、物理多领域、多学科知识内容，项目任务就是要让学生在求解的过程中产生一些“奇思妙想”，基于学习内容，自觉整理出与问题解决相关联的知识，并创造性地解决问题。

例如，教学“计量时间”这一单元时，教师开发项目课程“做一个钟摆计时器”，目的让学生在“创造”计时工具的实践过程中，比较、理解人类计时工具的演变、用途、需求，运用测量、比较、统计的方法，研究摆绳长度对钟摆快慢的影响。目标：钟摆外形美观，环保节约，30秒摆动30次。材料准备：木架台、秒表、50cm长尺、剪刀、棉绳、胶绳、回形针。高阶思维是一个长期持续观察、更新、反馈的发展过程，所以，教师要在恰当的时机，提出研讨话题：“摆绳长短有什么特点？”“摆绳长短与摆的快慢有什么关系？”指导学生在反复测试、记录、测量、反思中分析实验数据，修正自己的预测，得出结论。

在测试过程中，我们发现：摆锤轻重与摆动快慢无关。这时尝试采用递减法、倍减法、递增法、倍增法，依此类推，把摆绳长度减少或增加，统计摆动的频次会不会相应减少。

结论：“摆的快慢与摆锤轻重无关，与摆绳长度有关，摆绳越短，摆动越快。”

数据是实验结果的有力证据，“控制变量”是搜集證据的重要方法，有了数据，就有了比较、发现、结论。因此，教师向学生出示项目评价量表，要求学生按照指令，进行交叉分组测试，展开数据“可视化”分析、调整、记录，让学生通过前后数据的计算、对比，认识到数据在实验中的重要性，形成严谨科学态度，在实践中不断追求1分钟摆动60次，知道时间的常用单位及换算关系，深刻认识到技术对社会发展的作用。

项目式教学是以知识、技能、行动发展为导向的教学方法。教师在课上要强调学生的主体地位，为学生提供自主改进、完善的空间，让他们能在项目活动的回顾、评价中，相互交流、展示、反思成果，对科学原理和自然事物规律进行归纳、分析、解释。因为，学生在生活中，见过各种不同类型的钟摆，对钟摆原理、材料理解难度不大，但学生一般不会深入思考摆锤重心至固定点距离的关系。“绳长、摆锤相同，为什么相同时间摆动次数不一样？”结论：“摆锤改变重心，也改变了钟摆长度。”项目课程开发不能单纯演绎知识，教师要引导学生在问题、设计、制作、评测、完善、回顾、总结中，学会运用理性思维和不同方法探索问题，促使学生在寻求合理证据的过程中，能以更为广泛的技术思维、工程视角，进行逻辑推理，精准计算数据、尺寸，对复杂问题的相互关系做出科学解释，让学生在创新思维、科学精神、实践能力不断发展的基础上，具备运用跨学科知识、方法解决问题的能力。

总之，STEM教育理念下的项目式教学设计，要融合科学、技术、工程、数学等多领域、多学科知识内容，引导学生在富有挑战性与思考性的学习环境中，能基于项目实践需求，自主运用科学的思想和方法，分析问题、解决问题，理解科学概念，掌握综合知识技能、项目课程开发的目的是更好地培养学生的科学精神、科学态度和创新实践能力，教师要合理利用项目任务，拓展延伸资料背景，驱动学生在猜测、设计、构想与创造的过程中，相互启发、相互协作，深刻理解科学本质与科学原理，提高创造能力，实现科学思维与科学精神的综合发展。