羅佳美 嚴(yán)文法 馬圓

摘要：作者基于STEM教育理念，綜合科學(xué)知識(shí)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、工程思想和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析等多學(xué)科領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)出一套完整的STEM活動(dòng)——“制定一日食譜”。該活動(dòng)以高中化學(xué)選修I第一章“關(guān)注營(yíng)養(yǎng)平衡”為核心知識(shí)，并利用計(jì)算機(jī)軟件“營(yíng)養(yǎng)計(jì)算器”來(lái)進(jìn)行一日食譜編制，體現(xiàn)了STEM教育的多學(xué)科融合和問(wèn)題式項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，培養(yǎng)高中生的合作意識(shí)和實(shí)際問(wèn)題的解決能力。

關(guān)鍵詞：STEM教育;活動(dòng)開(kāi)發(fā);制定食譜;化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2018）10-0016-03 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、STEM的源起及價(jià)值

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的簡(jiǎn)寫(xiě)，作為教育研究中的一個(gè)熱點(diǎn)議題，備受國(guó)內(nèi)外教育研究者的關(guān)注川。STEM教育不是簡(jiǎn)單地把科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行疊加，而是強(qiáng)調(diào)將原本分散的四門(mén)學(xué)科組成新的整體[2]。

它是1980年代美國(guó)為提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力和勞動(dòng)力創(chuàng)新能力而提出的一項(xiàng)國(guó)家教育戰(zhàn)略，旨在掃破學(xué)科領(lǐng)域邊界，培養(yǎng)學(xué)生的科技理工素養(yǎng)[3]。我國(guó)的STEM教育起步較晚，在基礎(chǔ)教育階段還沒(méi)有建立起完整的STEM教育體系。鑒于美國(guó)發(fā)展STEM教育所取得的巨大成就，重視并發(fā)展我國(guó)的STEM教育基葫深遠(yuǎn)意義[4]。

化學(xué)學(xué)科作為一門(mén)科學(xué)課程，不只是單純地傳授給學(xué)生一些理論知識(shí)，而應(yīng)該是讓大多數(shù)將來(lái)很可能不從事化學(xué)研究的普通學(xué)生通過(guò)化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，對(duì)化學(xué)產(chǎn)生興趣，提高科學(xué)素養(yǎng)，并對(duì)他們今后的生存發(fā)展有所幫助[5]。2018年頒布的新課程標(biāo)準(zhǔn)更加關(guān)注社會(huì)現(xiàn)實(shí)生活，關(guān)注工程思想，強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的融合，要求學(xué)生了解化學(xué)與生活和社會(huì)發(fā)展的重要關(guān)系。STEM教育理念的興起為我國(guó)教育工作者提供了一條嶄新的思路。

二、活動(dòng)設(shè)計(jì)

1.研究選題

高二學(xué)生正在學(xué)習(xí)化學(xué)選修教材，本活動(dòng)正是以高二學(xué)生為研究對(duì)象，以化學(xué)選修一《化學(xué)與生活》第一章“關(guān)注營(yíng)養(yǎng)平衡”為知識(shí)內(nèi)容載體，開(kāi)展STEM活動(dòng)設(shè)計(jì)。在學(xué)生學(xué)習(xí)完第一章后進(jìn)行該STEM活動(dòng)，既可以鞏固所學(xué)知識(shí)，又可以提升綜合素養(yǎng)，還能指導(dǎo)飲食健康，一舉多得。

化學(xué)與生活的關(guān)系十分密切，在“關(guān)注營(yíng)養(yǎng)平衡”這一章中，涉及有關(guān)生命基礎(chǔ)的一些重要物質(zhì)，以及它們?cè)谌梭w內(nèi)發(fā)生的一些化學(xué)反應(yīng)，如糖類、油脂、蛋白質(zhì)、維生素和微量元素等，這些知識(shí)不僅從屬于化學(xué)領(lǐng)域，同時(shí)也是生物學(xué)領(lǐng)域、營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的交叉知識(shí)，非常適合作為跨學(xué)科跨領(lǐng)域活動(dòng)設(shè)計(jì)的選題。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于本章知識(shí)的STEM活動(dòng)——“制定一日食譜”，通過(guò)活動(dòng)，學(xué)生可以更加全面地認(rèn)識(shí)化學(xué)與健康飲食的關(guān)系，養(yǎng)成良好的飲食習(xí)慣，關(guān)注生活健康，將化學(xué)知識(shí)活學(xué)活用，培養(yǎng)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

2.設(shè)計(jì)思路

在科學(xué)知識(shí)層面上，以化學(xué)知識(shí)為主，同時(shí)融合其他學(xué)科知識(shí)?；瘜W(xué)知識(shí)涉及糖類、油脂、蛋白質(zhì)、維生素和微量元素的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、作用、體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)等，生物學(xué)知識(shí)涉及各類營(yíng)養(yǎng)素對(duì)于人體的重要生理作用及維持人體健康的最低、最高攝人量，營(yíng)養(yǎng)學(xué)知識(shí)涉及《中國(guó)居民膳食指南（2016）》。

在技術(shù)層面，主要涉及計(jì)算機(jī)操作及軟件輔助技術(shù)。本課程中的一日食譜編制依托計(jì)算機(jī)軟件——“營(yíng)養(yǎng)計(jì)算器V2.6標(biāo)準(zhǔn)版”來(lái)實(shí)現(xiàn)，此軟件操作簡(jiǎn)潔、功能強(qiáng)大，既節(jié)省時(shí)間又兼具科學(xué)性，是制定食譜的得力助手。學(xué)生在學(xué)習(xí)完食譜制定的原理和步驟之后，觀摩老師操作軟件，再集中上機(jī)制定食譜，感受計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在實(shí)際問(wèn)題解決中的作用。

在工程層面，以評(píng)估身邊同學(xué)及老師的營(yíng)養(yǎng)狀況為切人點(diǎn)，引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并引出工程設(shè)計(jì)問(wèn)題“究竟怎么吃才能科學(xué)又健康呢？”體現(xiàn)了工程學(xué)中從明確問(wèn)題到制訂方案，最后測(cè)試和優(yōu)化改進(jìn)的系統(tǒng)性步驟。在活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生還可能會(huì)遇到更加細(xì)節(jié)的問(wèn)題：每種食物的具體攝人量設(shè)為多少？怎樣兼顧各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)素指標(biāo)？怎么評(píng)估食譜質(zhì)量？……一個(gè)又一個(gè)的問(wèn)題推動(dòng)項(xiàng)目的深入和優(yōu)化，體現(xiàn)了問(wèn)題式學(xué)習(xí)的STEM理念。

在數(shù)學(xué)層面，涉及到各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)素指標(biāo)的攝人量計(jì)算，以及與標(biāo)準(zhǔn)范圍的對(duì)比，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，不僅可以提高學(xué)生對(duì)于數(shù)字計(jì)算的敏感度，還可以據(jù)此不斷調(diào)整食譜內(nèi)容，優(yōu)化食物配比，以達(dá)到工程問(wèn)題解決的目的。

3.教學(xué)過(guò)程

（1）創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)興趣

教師通過(guò)PPT呈現(xiàn)幾位任課老師及匿名同學(xué)的全身生活照及他們?nèi)粘５娘嬍沉?xí)慣（包括早、中、晚餐、加餐，好惡食物等），讓同學(xué)們粗略評(píng)估他們的營(yíng)養(yǎng)狀況。并且進(jìn)一步引出問(wèn)題：怎樣有針對(duì)性地對(duì)各類人群進(jìn)行個(gè)性化食譜編制？

設(shè)計(jì)意圖：利用生活中的真實(shí)人物例子，吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使之沉浸在情景中思考，順理成章引出STEM活動(dòng)中的工程問(wèn)題，體現(xiàn)工程思想。

（2）知識(shí)回顧整合梳理

教師采用概念圖的形式回顧第一章“關(guān)注營(yíng)養(yǎng)平衡”的主要知識(shí)點(diǎn)（見(jiàn)圖1）。

設(shè)計(jì)意圖：此處主要涉及STEM中的科學(xué)知識(shí)部分，以化學(xué)選修1第一章的主要知識(shí)點(diǎn)為切入點(diǎn)，一方面可以復(fù)習(xí)剛剛學(xué)習(xí)完的知識(shí)，一方面為接下來(lái)的工程設(shè)計(jì)打下知識(shí)基礎(chǔ)，用概念圖的形式可以幫助學(xué)生建立起知識(shí)網(wǎng)絡(luò)框架，構(gòu)建整體概念。

（3）介紹食譜編制的步驟

以15～18歲青少年為研究對(duì)象，該年齡階段剛好對(duì)應(yīng)高中階段的學(xué)生，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。為了兼顧科學(xué)性和簡(jiǎn)便性，我們確定編制食譜的步驟如下：

①確定對(duì)象的年齡、性別及活動(dòng)量;

②軟件操作：按照推薦攝人的總能量、糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素等的量值從食物庫(kù)中添加食物，直到滿足大部分推薦量值的最佳范圍;

③調(diào)試優(yōu)化，最終確定一日食譜，小組間分享，實(shí)際實(shí)施食譜一天，提交活動(dòng)報(bào)告。

設(shè)計(jì)意圖：制定食譜編制步驟，并借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，簡(jiǎn)便快捷，體現(xiàn)了工程領(lǐng)域中的優(yōu)化流程，節(jié)約成本的思想。同時(shí)研究對(duì)象的選擇具有代表性，對(duì)于學(xué)生日常生活具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

（4）教師演示軟件操作

①打開(kāi)軟件“營(yíng)養(yǎng)計(jì)算器V2.6標(biāo)準(zhǔn)版”。

②設(shè)置對(duì)象信息，以18歲輕體力女性勞動(dòng)者為例進(jìn)行設(shè)置，如圖2所示。

③錄入食物信息，點(diǎn)擊右側(cè)“早餐”，再點(diǎn)擊左下角“錄入菜肴”，彈出豐富的食物庫(kù)，雙擊庫(kù)中食物名稱即可添加進(jìn)早餐食譜中，如圖3所示。

④同理錄入“午餐”“晚餐”“加餐”，如果食物庫(kù)中沒(méi)有想要的食物，也可以手動(dòng)輸入。每加入一種食物，在上方顯示區(qū)中就會(huì)顯示食譜中已有食物的各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)素?cái)?shù)值總和，可以很清晰地與推薦攝人量進(jìn)行對(duì)比。

⑤不斷調(diào)整優(yōu)化食譜。軟件可以查詢相似食物、重點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)素食物等，便于有針對(duì)性地精細(xì)調(diào)整。最終應(yīng)使得總能量、糖類、油脂、蛋白質(zhì)、維生素（以VC為主）、微量元素（以鐵為主）等營(yíng)養(yǎng)素基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)意圖：體現(xiàn)STEM中的技術(shù)方面。計(jì)算機(jī)軟件輔助技術(shù)可以大大節(jié)約我們制定食譜的時(shí)間成本，并且精確度和科學(xué)性也得到了保證。由于該軟件對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)新鮮事物，所以需要教師先進(jìn)行演示操作。

（5）學(xué)生合作自主設(shè)計(jì)

將學(xué)生分為若干小組，分別研究不同的對(duì)象，如：18歲輕體力女性勞動(dòng)者、15歲輕體力男性勞動(dòng)者等，按照本組的對(duì)象特征，有針對(duì)性地制定個(gè)性化食譜，注意兼顧各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)素的范圍。最終確定食譜后，選定適宜的志愿者，進(jìn)行一日食譜的試吃試驗(yàn)，小組撰寫(xiě)活動(dòng)報(bào)告，討論交流評(píng)比。

設(shè)計(jì)意圖：活動(dòng)的實(shí)踐設(shè)計(jì)洲降R。學(xué)生綜合運(yùn)用STEM中的科學(xué)知識(shí)、計(jì)算和時(shí)支術(shù)、工程思想和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行如普編制，合作解決小組問(wèn)題，項(xiàng)目式推進(jìn)，工程式優(yōu)化，全面提升綜合素養(yǎng)。

三、結(jié)語(yǔ)

“制定一日食譜”活動(dòng)以化學(xué)選修1課本核心知識(shí)為載體，同時(shí)借鑒吸收了相關(guān)生物學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)的研究成果，涵蓋科學(xué)知識(shí)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、工程思想、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析等多個(gè)領(lǐng)域，在保證科學(xué)性的前提下，適當(dāng)調(diào)整相關(guān)步驟難度，簡(jiǎn)化探究過(guò)程，使之適應(yīng)高中生的STEM學(xué)習(xí)水平，切實(shí)提高高中生綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)以致用的實(shí)踐理念。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡慧英，顧小清.設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)技術(shù)支持STEM課堂教學(xué)的案例分析研究[J].電化教育研究，2016，37（3）：93-100

[2]Morrison，J.Workforce and school[A]Briefing book.SEEK-6 Conference[C].Washington，D.C：National Academy ofEngineering，2005：4-5

[3]王旭卿.面向STEM教育的創(chuàng)客教育模式研究[J].中國(guó)電化教育，2015（8）：36-41

[4]周禮，章亞楠，朱悅衛(wèi)，肖多聞，周青，李高峰.基于STEM理念的校本課程——以制作“天氣瓶”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2016（10）：12-15

[5]肖敏，吳曉紅.基于美國(guó)K-12階段STEM理念的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“‘設(shè)計(jì)一座硫酸廠”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2016（2）：44-48