STEM教育背景下《制作太阳能小台灯》项目式教学模式探索

查嘉雯

〔摘    要〕  STEM教育背景下的小学科学教学，更多的是项目式教学，以项目式教学为载体，以项目式学习为方式。小学科学课程中“技术、工程与社会”内容中有一些项目，符合STEM教育理念，适合开展STEM活动。教师可以开发一些项目，引导学生基于跨学科思维和方法，制造产品，借助创意作品进行实验探究。

〔关键词〕  小学科学；STEM教育；项目式教学模式；太阳能技术

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  16    070-072

STEM教育是一种源于美国的教育理念。STEM是科学、技术、工程、数学英文首字母的缩写，它主张将科学教育、技术教育、工程教育、数学教育融为一体，运用多学科知识解决复杂的问题，强调教学的跨学科性、实践性、探究性。STEM教育对我国的教育产生了一定的影响，推动了科学等学科教学的革新与发展。广大科学教师应积极尝试，将其融入科学课程教学，以优化科学教学方法，提升科学教学质效，促进学生科学素养发展。STEM教育背景下的科学教学是一种跨学科主题教学，是一种多学科的实践探究活动，教学中主张借助跨学科概念，加强工程、技术、数学与科学的融合，整合探究式、体验式、项目式等教学方式。STEM教育背景下的小学科学教学更多的是一种项目式教学，以项目为载体，以项目式学习为方式。

小学科学课程中的“技术、工程与社会”内容中有一些项目，符合STEM教育理念，适合开展STEM活动，教师可以开发一些项目，引导学生基于跨学科思维和方法制造产品，借助创意作品进行实验探究。譬如，“制作太阳能小台灯”就是一个很好的项目，是以“太阳能技术”为核心概念，将科学、工程、技术、数学等内容高度整合的创意实践活动。教师可以借助太阳能小台灯的制作，引导学生展开探究学习，在科学课堂上渗透STEM教育。笔者以《制作太阳能小台灯》一课为例，谈谈STEM教育背景下的小学科学项目式教学模式。

一、情境导入，引出项目

小学科学课程标准在“技术、工程与社会”内容中做出教学提示，建议教师通过创设真实的问题情境，引导学生在解决问题的过程中体感受工程与技术的基本特点。情境是项目的生发土壤，是科学探究的载体。教师可以立足现实世界，创设生活情境，在具体生动的场景中，引导学生去发现问题、提出问题，从而引出研究项目，启动科学探究。

项目式教学的情境创设，要具有真实性、趣味性、可操作性。要激发学生的兴趣爱好，增强学生的学习内驱力，充分唤醒学生的主体意识，促使学生变为学习的主人，积极主动地投入项目研究中去。

在《制作太阳能小台灯》一课教学中，我出示了一张小区路灯图片，请学生观察并说说图片中的路灯与普通路灯有何不同。熟悉的场景一下子吸引了学生的注意力，唤起学生的生活回忆：“我见过，这是太阳能路灯。”“它是利用太阳能来照明的。”“上面的装置是太阳能光电板。”“太阳能光电板可以将太阳能转换成电能。”学生你一言我一语，太阳能路灯引起了他们的兴趣。“你们懂的可真多！你们知道生活中还有哪些地方用到太阳能吗？利用太阳能有什么优点呢？”我边表扬边向学生提出问题，引导他们进一步认识太阳能。在引导学生初步了解了太阳能的应用和价值后，我给学生出示了一盏小台灯，并向学生求助说：“我做了一台太阳能小台灯，可是觉得不够亮，你们能帮我想想办法吗？”我的求助再次引发学生的思考和讨论。有的学生建议：“换一个大一点的灯泡，这样亮度就会变大。”有的学生说：“换一块大一点的太阳能光电板，让太阳光照射的面积大一点。”“换一块大一点的蓄电池，使储存的电能多一点。”“你们的想法可真多，但是这些方法到底行不行呢？太阳能灯的亮度受哪些因素影响呢？”我邊耐心地聆听学生的回答，边对学生的观点提出疑问，同时激励学生说：“你们愿意亲手做一盏太阳能小台灯来研究研究吗？”学生听说我让他们制作太阳能小台灯，一个个欢呼雀跃。就这样，既提出了科学探究问题，又引出了科学研究项目，还激发了学生探究兴趣，可谓一举三得。

二、跨界思考，设计方案

“工程设计与物化”是科学课程的一个重要内容，也是STEM教育的重要载体。“设计与物化”是STEM活动的两个重要环节，其中“设计”是工程的关键，也是项目式教学的重要环节。“设计”是设计问题解决方案的过程，是为产品或模型制作准备的过程。设计方案也是跨界思考的过程，是训练学生思维的一个重要途径。部分科学教师对设计教学不太重视，很少组织引导学生设计方案，往往直接把作品的制作方法、步骤告知学生，让学生“依葫芦画瓢”，机械地模仿制作。这样的操作，往往束缚了学生思维，导致学生失去思考分析的机会，失去综合运用知识、方法解决问题的机会，也使STEM教育与科学探究失去了意义。

STEM教育背景下的工程设计，是跨学科融合的过程，是跨界思维的过程。教师引导学生综合运用多学科知识，引导学生利用科学思维、工程思维、技术思维、数学思维去思考和解决问题，整合科学、工程、技术、数学知识和方法去设计工程问题的规范和流程，优化并形成合适的方案。

教学《制作太阳能小台灯》一课时，在提出“制作太阳能小台灯”的任务后，我让学生分组讨论，合作探讨“太阳能小台灯的制作方案”。在学生设计制作方案时，我给学生提供了助学单，为学生搭建了学习支架，给学生提供了设计思路：制作太阳能灯需要哪些部件？每个部件分别起到什么作用？怎样组装部件将线路串联起来？画出示意图阐明自己的思路和创意。

各组学生围绕助学单上的几个问题展开讨论，从科学、工程、技术等角度进行构思。他们运用科学中的电路知识和方法，选择太阳能光电板、灯泡、开关、导线等电路连接的主要材料，并且绘制出零部件的连接草图。他们还从技术与工程视角出发，选择了一个底板当台灯的底座，选择了一个灯泡座安装灯泡，选择了双面胶固定连接部件。在方案设计过程中，他们有商量也有争议，有针对电路如何设计的问题，有关于灯泡亮度的影响因素，有关于太阳能光电板的安装要求，有关于如何对接接口确保电路接通。在学生争议时，我适时介入，引导学生质疑碰撞，帮助他们发现问题，探讨解决方法，通过集思广益，不断优化改进方案，提高方案的合理性与可操作性。

三、通力合作，制作作品

“实践是检验真理的唯一标准。”实践体验是科学教学、STEM教育的重要途径和方法，在项目式科学教学中，自然也少不了实践体验。工程活动的本质是创造人工实体，也就是人们常说的“物化”的过程，是实施设计方案和检验方案的过程。制作作品也是项目式教学模式的第三步，是训练学生工程实践能力与创新能力的重要环节。在这一步中，学生亲手操作，亲身体验。

制作作品的过程并非“依葫芦画瓢”，并非原封不动地照搬设计方案，而是“做思结合”的过程，是“做中学”的过程。在制作作品时，学生要动手操作，要观察，要思考，要融入多元思维，调整操作方法、步骤。在制作作品时，需要团队分工与合作，小组成员相互配合支持，教师与学生共同合作。

学生制作作品的过程，往往是学生最为活跃的时候，此时的组织纪律比较差，需要教师的管控和指导。在学生动手制作之前，教师要明确纪律要求，提出注意事项。在学生制作过程中，经常会出现一些意外状况，如有争抢器材不守纪律的，有不按要求任意操作的，有遇到困难无法完成的。因此，教师要巡视，适时干预调控，或提醒学生注意秩序，或介入小组予以指导。总之，在学生制作作品过程中，教师要当组织者、服务者与合作者，要为学生助力、赋能，确保方案的有效实施，确保任务的圆满完成。

四、测试评估，深入探究

从科学探究的角度看，适当利用实物模型或者工具有助于科学探究。产品制作让科学、工程、技术、数学成为密切相关的整体。科学作品的制作有两大作用：一是给学生提供应用科学知识、方法、原理的平台；二是可以借助作品深入探究，更好地理解科学原理。作品的制作完成，并不代表教学活动的结束，教师应当充分利用学生制作的作品，继续组织开展相关教学活动：可以组织学生展示交流作品；可以组织测试评估作品；可以利用作品进行相关实验。

测评是项目式教学模式的第四步，对作品进行测试评估，以了解学生产品的质量和项目的完成情况。这既是对作品的检验，也是对学业质量的评价。测评是在作品制作活动结束后，教师为学生搭建一个平台，让学生展示作品，交流观点，分享经验，相互学习。

在检测过程中，我还组织学生展开深入探究，引导学生比较各组小台灯的亮度，分析造成不同亮度的原因，找出影响太阳能灯亮度的因素。有的学生通过观察比较，发现光电板小的台灯暗较，光电板大的台灯较亮，从而得出“受光面积越大，灯亮度越大”的结论；有的学生通过猜想和实验，发现光电板的受光角度也会影响太阳能灯的亮度；有的学生还利用制作的太阳能台灯反复实验，通过研究得出新的結论：“光电板的受光角度越大，灯就越亮，当受光角度达到90°时最亮。”测评过程中，教师引导学生检测作品，感受成功；引导学生发现问题，深入探讨；引导学生质疑碰撞，创新提升。在评价过程中，我们不仅要评价作品，关注学生的学习成果，还要评价学生的表现，关注学生的学习过程，让他们懂得过程和结果同样重要。在评价过程中，我们要面向全体，对每一组的作品都要予以认可，要采取赏识性评价，以提高学生的获得感与自信心。

五、改进优化，迭代升级

科技的创新发展促进了产品的迭代更新，迭代升级反过来催生学生深度学习和思维创新。学生制作的作品不可能十全十美，或多或少会存在某些方面的不足。有的可能是设计时就存在缺陷，有的可能是制作时精度不准，在作品测评中，这些问题就会暴露出来。因此，在测评结束后，教师要引导学生发现问题，改进完善有缺陷的作品，鼓励学生听取同学提出的合理意见，借鉴他人的经验，有针对性地进行修改。

改进优化是项目式科学教学中非常重要的一个环节。该环节不仅是为了让产品迭代升级，也是为了提高学生的能力和经验，帮助学生养成积极上进的品格和不断学习提升的习惯。例如，教学《制作太阳能小台灯》一课中，我在组织学生对制作的太阳能小台灯进行“测试评估”后，引导学生对出现的问题进行分析，对学生提出的一些建议进行取舍，以改进优化小台灯的性能，提高小台灯的亮度与美感。有的小组发现自己的台灯不如别的小组台灯亮，于是就更换大的光电板，以尝试提高亮度。有的小组还创新想法：根据向日葵等植物的向光性，让太阳能光电板随着太阳移动而转动，通过智能化转动自动调节受光角度，保证受光角度时刻达到最优，以使太阳能灯亮度一直最大。这种创新思路虽然暂时未能实现，却可大大提高产品的性能，给学生提供了新的研究课题。

产品的改进与优化，促进了学生深度思考，帮助学生实现了从低阶学习向高阶学习的转化，实现了自我进阶与升级。我们要借助改进优化环节，在不断迭代升级的过程中，培养学生“问题—改进—新问题—再改进”的习惯。

六、回顾总结，拓展延伸

项目式教学是一根完整的闭环链条，从项目的引出到项目结束，中间经历了方案设计、作品制作、测试评估、改进优化等四个环节，最后一环是总结延伸。所谓总结延伸，是指对整个项目式学习活动过程的回顾梳理、反思总结，从而建构完整的知识体系，形成基本的活动经验。与此同时，教师还要将学习内容予以拓展，给学生提出新的研究项目。

回顾总结时，教师应以学生为主体，引导学生回顾学习过程、自我归纳总结所学到的知识、技能和方法，对得失成败予以全面分析和反思。在教学结束前，教师还可以创设新情境，提出新问题，布置新任务。

参考文献

[1]杨柳依.基于STEM教育落实小学科学“双减”政策的策略[J].天天爱科学（教育前沿），2022（12）：40-42.

[2]张文君.STEM课堂中基于元认知发展的评价策略[J].实验教学与仪器，2023（7）：92-94