从基于实践活动到聚焦核心素养

施捷波

核心素养的提出在国内掀起了一股教育热潮。随着党的十八大和十八届三中全会提出关于立德树人的要求，以及教育部发布的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》指导，核心素养作为学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力为基础教育所重视。而STEM 教育作为一种跨学科融合型教育，注重训练学生的探究能力和解决实际问题的能力，注重提升学生的科学、工程、技术、数学等多方面综合素质，对培养学生核心素养有着积极的作用。

那么，如何从STEM 教育的视角反思我们的教与学？如何开展基于STEM教育理念的教学提升学生的核心素养？又如何利用STEM 教育的理论成果与实践经验构建新的科学教学模式呢？作为一线教师，笔者就自己教学实践作出如下分析。

一、项目式STEM 学习：优化科学探究

科学探究作为科学学习的主要途径，对于提高学生的学习兴趣、培养学生的批判性思维、锻炼学生的自主学习能力有积极的促进作用。但对于小学生而言，探究的问题往往会因过难或过易而失去兴趣；在探究过程中，会因教师过多的指导而失去自主思考的意识，或因指導的缺失而导致探究的失败；结论的得出也往往趋于一致，从而使科学探究流于形式，无法对科学概念的建构产生实质性意义。而STEM项目式学习兼具趣味性和知识性，同时将理论指导融于学生的自主探究中，用科学与工程实践代替科学探究，能够有效解决科学探究中出现的问题。

1. 创设更为真实、开放的项目情境相较于日常教学中的科学探究，

STEM 项目式学习更加注重创设一个贴近儿童的、劣构的问题情境，通过结构化的活动设计促进学生相关科学知识与技能的学习。比如在执教“怎样搬动重物”一课时，在日常教学中我们一般只会引导学生关注杠杆平衡的现象，然后促使他们探究平衡尺的平衡与两边挂着的砝码之间的数量关系，最后就能得到结论。

案例1

导入：同学们玩过跷跷板吗？如果你和老师一起玩跷跷板，你们觉得谁会被翘起来？

学生：老师重，更沉一些，所以我们会被翘起来。

教师：真的是这样吗？我们用平衡尺和砝码模拟跷跷板和人，大家试一试！

发现：平衡尺的平衡除了重量因素，还会与物体摆放位置有关。

这样的科学探究情境也会促进学生的思维发展，但思维的发展方向单一，思考的问题缺乏趣味，对能力的培养有限。而在STEM项目式学习中，我们会引用“投石机”模型，让学生在更宏大、更复杂、更有趣的背景中展开学习。

案例2

出示项目背景和任务：春秋战国时期，秦国的军队面对六国坚固的城墙，久攻不下，伤亡惨重。军队统帅和帐下谋士苦苦思考破城之策，作为一名穿越过去的谋士在当时的条件下你能有什么方法？

学生：可以制造投石车远距离攻城。

教师：投石车需要用到哪些工具？

它又是如何把那么重的巨石抛起的呢？学生动手实践研究投石车。

通过以上2 个案例的对比，我们发现项目式STEM 学习对于学生更有吸引力，这些兼具科学性与工程性的项目对于促进学生的思维发展，锻炼学生自主学习的能力，培养学生的核心素养，有更大的推动作用。

2. 问题导向推动探究进程

科学探究是学生主动建构的活动，而在建构过程中需要对学生原有的知识经验不断进行刺激，从而促进他们不断思考与完善。在原有的探究活动中往往围绕教师引出的问题进行研究，学生很少有自己主动发现问题、思考问题的机会。而项目式STEM 学习则将提问的权利交给学生，让他们在解决自己问题的过程中完善建构。比如在“降落伞”一课中，学生接到的项目任务是“制作1顶降落伞，携带200克重物从15米左右的高空打开，安全降落在一定区域”。围绕这个任务，首先需要学生自己思考需要解决的问题：①伞面的形状、大小对下降的影响？②伞面的材料对下降的影响？③绳子的长短对下降的影响。在解决这些问题之后，学生才能设计自己的降落伞。并在测试过程中发现新问题并进行修正。

案例3

项目任务1：相同材料、相同面积的伞面，设计成什么形状的降落伞阻力最大？

猜测：圆形、正方形、椭圆形等。测试结果：圆形阻力最大。

项目任务2：相同大小都是圆形的降落伞，什么材质的阻力最大？

学生：纸、塑料袋、气球等。

测试结果：塑料袋的材质最合适。项目任务3：圆形塑料袋制作的降落伞伞面，绳长对阻力有没有影响？

测试结果：有影响，需要找到合适的长度。

项目任务4：携带200 克重物从15米左右的高空打开，安全降落在一定区域，需要怎样选择最少的材料制作降落伞？

整个活动过程由一个个项目任务组成，项目任务之间的关系是层层递进的。项目任务的完成会带来新的问题即新的任务，所有项目任务完成就完成了教学目标。

3. 精细的流程助力探究效率

传统的科学探究过程是“发现问题—提出假设—实验探究—得出结论”。因为多年的反复强化，这样的探究历程对学生已经司空见惯，即使没有做真正的探究也能参照流程得到结论，这就违背了科学探究的本质。而项目式的STEM 学习的流程是“引入问题与确定需求—调查研究与学习支持—分析观点与建立模型—测试优化与解决问题”，步骤更加细致，前后之间关联性更加密切。比如“能量的转换”一课，在教材中通过探究点燃1 粒花生米加热适量的水，由水温的变化得出花生的化学能转化为光能和热能。而笔者认为这样线性的探究流程过于单一，对于学生对能量转换的理解没能引发深刻的思考，因此对教材进行了补充、拓展，选择了学生感兴趣的“风力发电机”作为能量交换授课的切入点进行尝试。

案例4

项目背景与任务：暑期去海边度假，经常能看到一些长得像风车的东西，它们是什么？做什么用？相信很多小朋友都产生过疑问。风力发电，作为一种绿色的发电方式，在2017 年4 月底发电总量达到400.18 亿千瓦时，超过了2016 年南通市全社会用电量（374.19 亿千瓦时），给社会发展和人类生活带来了巨大的福利，还没有污染。那如果我们也研发一个风力发电机，需要怎么做呢？

1. 引入问题与确定需求

设计并研发一款能持续地将风力转化成电力的发电机。

2. 调查研究与学习支持

活动1：了解能量的种类及能量的转换

活动2：学会风车的制作及改进

活动3：万用电表的正确使用

活动4：掌握使用excel 绘图

3. 分析观点与建立模型

活动5：初次完成风力发电机的设计，制作风力发电机并分析性能。

4. 测试优化与解决问题

活动6：利用反馈数据对设计进行改进，提高风力发电机的性能。

活动7：展示与评价

二、项目式STEM 学习：重构教学框架

项目式STEM 学习在落实到课堂教学实践时，需要对传统科学教学进行重构。这不是颠覆过去的教学，而是从核心素养的视角，从跨学科整合的机制出发，在一种新的教育范式中改善我们的教与学。

1. 教学目标的重构

项目式STEM 教学关注学生的多元智能发展，注重培养学生的综合能力和全面发展。从学科领域划分，包括科学、技术、工程、数学四个方面的知识与技能、态度与方法，以及情感态度价值观的目标。项目式STEM 教学目标追求如下几个方面内容。

（1）融合学科知识，提高工程素养。通过STEM 项目学习打破学科壁垒，使学生更多关注到学科之间的联系，提高学习能力，从而能解决现实中实际的、复杂的问题。

（2）加强责任意识，提高公民素养。STEM 项目往往指向社会实践问题，学生在解决这类问题的同时可以提高社会性思维和公民意识。

（3）培养自主学习，提高科学素养。STEM 项目学习往往需要每个学生都要独立完成项目任务，并呈现自己的思考，在这个过程中可以加深学生对科学概念的理解。

（4）参与团队合作，提高社会素养。STEM 项目学习往往需要小组合作进行，学生需要与小组同伴交流、合作完成任务，在此过程中锻炼自己的交流和协作能力，提升自己的社会素养。

2. 教学内容的重构

项目式STEM 教学在教学内容上呈现以下特点。一是多元化，系统融合了科学、技术、工程、数学领域的知识与技能，关注到学生的多元智力发展，让学生在解决项目任务的同时加深对科学学习的理解。二是实践性，STEM 项目背景往往指向社会实践问题，大多兼具科学性与工程性的实践难题，学生在解决这类问题时只思考或者只实践都不能很好地完成，只有立足在实践的基础上充分思考，并通过思考反复实践才能达到目标。三是趣味性，STEM 项目贴近生活，具备一定的挑战，所以往往能够吸引学生的注意力。

3. 教学空间的重构

项目式STEM 教学所涵盖的情境大多超越了课堂，突破了时间与空间的限制。比如“博物馆之夜”一课，从博物馆的防盗系统作为切入点进行光的直线传播原理的讲授，这需要更大的空间和更先进的技术支撑，是传统课堂远远无法做到的。在模拟生态平衡的STEM 教学中，由于需要学生扮演生产者和消费者，模拟食物链，教师就把学生带到操场上进行授课，空间的限制随着项目的推进必然会被打破。

4. 教学评价的重构

项目式STEM 教学评价要以改进科学教学、促进学生核心素养发展为根本目的，在进行评价时，需要侧重如下几个方面。

（1）重视对项目开展过程的评价。学生的批判性思维和创造性思维体现在STEM 项目学习过程中，体现在他们对科学概念的建构过程中，而不是呈现出的最终的项目结果。因此我们应该重视项目学习时对学生发现问题、分析数据、交流与合作、优化设计方案的表现进行评价，关注他们的努力和进步。

（2）重视评价的激励作用。对于小学生，正面的评价对学生的学习能产生积极的鼓励和引导作用，会让他们有积极的情感体验，从而保护学生的好奇心、求知欲与创造性思维。

（3）重视评价的时机和方式。评价并非多多益善，过多会增加对学生的影响，过少则不起到作用。好的评价往往出现在最需要的时候，比如在鼓励学生作更深入的思考的时候，在发现后进生的努力的时候等。

三、项目式STEM 学习：提高关键能力

项目式STEM 学习的最终目标是对学生科学核心素养的培育，而提升学生核心素养尤为关键的是培养其关键能力，对于低年段学生主要体现在以下3 个方面。

1. 认知能力

项目式STEM 学习是一种注重培养学生自主学习能力的教学模式，在此过程中学生充分发挥学习的主体特征。解决项目任务的过程中，由学生自主发现问题、搜集资料、调查研究、反复调试、建立模型、优化方案、解决问题，从而建构科学概念，这对于学生认知能力的培养有极大的促进作用。

2. 合作能力

项目式STEM 学习是以小组为单位开展项目活动的，这就要求学生学会与他人交流、协商、合作。不同于日常教学中做实验或探究活动时的小组合作，项目式STEM 学习因为难度大、工作量多、操作复杂繁复，从客观上制造了合作的基础。同时，随着合作学习的深入开展，学生在合作中感受到了良好的情感体验，会从主观上接受和喜欢合作。这为合作能力的培养创造了主观条件。

3. 创新能力

项目式STEM 学习是一种开放性的学习模式，没有固定单一的教学目标，也没有固定的学习内容，都是学生在项目学习的过程中自己挖掘的。学生可以根据自己的知识经验选择研究途径，根据自己的能力决定研究深度，根据自己的兴趣选择发散方向。比如在“做泡泡”一课，学生得到的项目任务是“利用提供的工具制作尽可能大的泡泡”，而有的小组却对泡泡的形状与工具形状的关系感兴趣，并以此为课题展开了系列研究，这样的研究才是真的科学研究。项目式STEM 学习正是因为自主的学习环境与轻松开放的学习氛围对学生的创造力培养起到了促进作用。

参考文献

[1] 蒋志辉，赵呈领，周凤伶，等．STEM 教育背景下中小学生学习力培养策略研究[J]．中国电化教育，2017，No.361（02）：25-32+41．

[2] 趙兴龙，许林．STEM 教育的五大争议及回应[J]．中国电化教育，2016，No.357（10）：62-65．

[3] 傅骞，刘鹏飞．从验证到创造——中小学STEM教育应用模式研究[J]． 中国电化教育，2016，No.351（04）：71-78+105．

[4] 杨晓哲，任友群．数字化时代的STEM 教育与创客教育[J]．开放教育研究，2015，v.21；No.117（05）：35-40．

[5] 王旭卿．面向STEM 教育的创客教育模式研究[J]．中国电化教育，2015，No.343（08）：36-41．

[6] 余胜泉，胡翔．STEM 教育理念与跨学科整合模式[J]．开放教育研究，2015，v.21；No.116（04）：13-22．

[7] 唐小为，王唯真．整合STEM 发展我国基础科学教育的有效路径分析[J]．教育研究，2014，v.35；No.416（09）：61-68．

[8] 钟柏昌，张丽芳．美国STEM 教育变革中“变革方程”的作用及其启示[J]．中国电化教育，2014，No.327（04）：18-24+86．