基于产品导向STEM教育理念的小学数学课例建构行动研究

文/广州市教育研究院 侯煜群

广州市白云区棠溪小学 李志勇

基于STEM理念促进小学数学课程与其它课程有效地融合，是数学学科核心素养培育的重要内容之一。科学探究取向和产品制作取向是当前STEM教育的两个重要的发展方向。为更好地开展研究，下面将只讨论基于产品导向的STEM教育如何融入小学数学课堂教学中。由于相关的实证研究较少，我试图以行动研究为方法，探讨基于产品导向STEM教育理念的小学数学课例应如何建构。

一、课例一：笔袋设计与制作

（一）课程导入阶段

首先借助“工程设计”的动画引入工程设计的概念和流程。

（二）问题确认阶段

1.需求分析。创设设计笔袋的情境，教师指导学生明确目标是什么？客户是谁？客户需求是什么？笔袋设计的标准是什么？笔袋制作的限制是什么？

2.实际调研。教师让学生分析概括现有笔袋的特点，从而迁移到即将设计的笔袋的标准。

（三）概念设计阶段

教师带领学生回顾工程设计流程后，提出绘制设计图的要求：1.用多种视角绘制设计图，清晰准确的表示出笔袋的外观，帮助学生实现立体到平面的转换。学生应用四年级所学三视图（主视图、左视图、俯视图）的数学知识完成设计图的绘制。2.用比例尺标记设计图，用形象的语言与直观的实物进行引导，有助于加强学生对比例尺的理解。教师提出工程上常用的比例尺的概念。3.在设计图上写出设计制作需要的材料及数量。在设计前，将材料价目单与设计图纸一并发放给学生，提出产品预算的概念，帮助学生加深对情境学习的认知。

（四）制作实施阶段

完成产品的制作是考查学生数学与科学、技术等知识整合情况的标准。在制作实施阶段，关键是如何组内分工合作？如何运用技术手段优化设计产品？如何凭借科学知识改进材料？本阶段的重点是制作工具的选取和使用，难点则是使平面到立体的转化。

（五）测试改进阶段

教师对制作完成的笔袋提出评价标准，去极值取平均分进行评分。各小组代表展示产品，汇报本组的设计制作理念，并从产品的性能、外观等方面进行阐述，汇报后完成产品测试。教师归纳总结，提出如何改进笔袋的要求，学生思考后再设计制作。

（六）二次循环阶段

1.再设计与制作

本阶段学生应更加关注产品质量的提升。学生分组讨论，重新绘制设计图。教师要求学生在设计图上写出改进的地方以及运用的科学原理。学生前往老师处领取制作材料后完成再制作。

2.再测试与反思

本阶段中产品的评价仍由各小组成员采取去极值取平均分的方式评分。本阶段学生测试完产品后，对比本次测试结果与上次测试结果，对产品的二次设计制作的改进之处进行阐述。

二、行动结果与研究结论

1.行动结果

产品导向型STEM教育融入到小学数学教学中，通过让学生动手参与工程任务，使学生体会到学习数学的乐趣，对解决实际问题也有极大的帮助。在课例《笔袋的设计与制作》中，应用科学、数学学科知识解决问题，应用技术学科知识提供策略，应用工程学科知识整合知识工具。在制作笔袋这一真实情境中，学生需要了解制作笔袋所涉及的相关的学科知识，学科知识与真实情境实现了整合；在完成笔袋的承重力测量过程中，科学与技术等学科知识实现了整合；在考虑何种大小、形状的笔袋受力最为均匀过程中，数学与科学等学科知识实现了整合；将工程设计的流程贯穿于设计制作中，工程设计与实施策略更加具有科学性。设计制作笔袋的整个流程将相应的科学、数学、技术、工程等学科知识实现了较好的整合。学生在动手制作笔袋之后，不仅学会了使用测量工具进行精确测量，而且学会了将数学知识中的比例尺应用到工程的绘图中，还学会了借助数学知识中的多种视角绘图呈现笔袋各面。

2.研究结论

通过对课例《笔袋的设计与制作》的行动研究，笔者将基于产品导向的STEM教育理念较好地融入到了小学教学中，为更好地指导小学一线教师进行相应的课例开发。课堂是推进STEM教育的主阵地，但STEM教育对于教师们来说比较陌生，如何在课堂上有效实施STEM课程，是教师们的难题。以设计制作为主要活动形式、以工程设计为框架的项目学习的课堂教学步骤，建构作为产品制作为取向的STEM课堂的基本范式，并以此为突破点，创建研究性学习课程体系下的课堂教学范式是未来可期的方向。