謝幫建 余世彥

畢節(jié)，位于貴州省西北部，風光景色旖旎，森林面積達1174. 71萬畝，棲息的鳥種類繁多，有豐富的鳥類資源。鳥是山區(qū)孩子們身邊最熟悉的動物，教師將科學與工程帶入山區(qū)孩子們的課堂，帶領學生用工程設計過程設計、制作和測試適用于不同鳥類的喂鳥器，給它們提供充足的食物，激勵學生熱愛、保護大自然的生命。

本活動共12課時（課程計劃見表1），旨在讓四五年級學生在課堂活動中親身體驗工程項目設計的全過程。在整個課程中，教師不會直接給學生提供有關鳥的知識和設計制作喂鳥器的方案，而是在活動中將工程、技術與科學進行有機結(jié)合，將科學與如何對學生產(chǎn)生積極影響相聯(lián)系，幫助學生建立工程設計科學素養(yǎng)的基礎和框架，使學生能夠自己提出問題，“像科學家一樣思考”，習得“像工程師一樣利用跨學科知識解決實際生活問題的路徑和方法”，并為他們習得21世紀所需技能提供幫助。

課程開始為破冰之旅，教師特意安排小學4年級和5年級的不同班級的學生混合組隊，然后在不同教學環(huán)節(jié)中設置學生展示、分享、交流活動，發(fā)揮跨年級帶動及互補激發(fā)的作用，并讓學生學會溝通交流、質(zhì)疑反思、包容理解、懂得分享、善于表達等“社會人”所必備的能力和素養(yǎng)。

課程以一段優(yōu)美的鳥叫音樂將學生帶入鳥的世界，通過觀看蜂鳥視頻，讓學生思考蜂鳥的特征是什么。 “翅膀扇動很快、鳥嘴很尖、可以停在空中（像直升機一樣）、是唯一一種可以向后飛行或倒立飛行的鳥……”以此讓學生了解鳥的特點及這些特性如何滿足動物需求，根據(jù)鳥的身體結(jié)構特點了解可應用領域，并熟悉和理解鳥的適應性特征、棲息地、物種等概念。

探究實驗：哪一種鳥嘴能夾碎種子

把塑料吸管剪成1厘米長的小段模擬種子，把2根木棒粘在1個晾衣夾上模仿蒼鷺嘴的模型，用此模型夾起1小段吸管，觀察它是否能將吸管擠壓變形，并做記錄。教師引導學生思考鳥嘴的結(jié)構對捕食的影響，試推斷它們的嘴如何幫助它們生存。

課外探究：請回家通過各種方式和渠道（網(wǎng)絡，朋友，家長），了解我們身邊都有哪些鳥，鳥嘴有哪些形狀，鳥嘴的形狀和鳥類的食物是否有關系，以及關于它們的任何事情。并以某種形式展現(xiàn)自己所了解的鳥，可以是l篇文章，1個PPT、1張手抄報或照片，只要你能想到的都可以。

設計

預熱實驗

在設計喂鳥器之前，學生需要理解生物需要能量，才能設計出合適的喂鳥器。為什么鳥類需要食物？是不是所有的生物都需要能量？生物是如何使用能量的？了解酵母，導入實驗。

實驗材料： （1/2匙）活性干酵母，透明塑料杯，溫水， （1匙）糖，塑料匙

在實驗中，教師引導學生不斷思考：加糖前后觀察到什么現(xiàn)象？ （圖1）酵母是如何利用糖制造能量的？學生在教師的問題引導下觀察思考，得出實驗結(jié)論：生物會使用能量，并能夠變化、成長和繁殖。教師結(jié)合之前的鳥嘴夾碎種子實驗，再引導學生思考對設計喂鳥器有什么啟示。要給鳥類喂食它們嘴能夾碎的食物，才能使它們健康成長。

回想酵母實驗，酵母的能量來源是什么？教師展示太陽、植物、山羊、狼的圖片，引導學生思考其中的能量傳遞關系，找出圖片間的聯(lián)系，畫出食物鏈。運用食物鏈知識解決實際生態(tài)問題，培養(yǎng)學生保護生態(tài)平衡的意識，促使學生思考如何設計喂鳥器更益于保護鳥類。

確定問題

學生在此之前已經(jīng)獲得完成設計任務所必需的背景知識。觀察、探索、研究、實踐、測試、交流、評價、頭腦風暴和設計圖都將出現(xiàn)在之后的設計過程中。我們?yōu)槭裁匆O計喂鳥器？喂鳥器有哪些類型？鳥會選擇什么樣的喂鳥器？各小組學生明確自己要制作一個供某一種鳥（或一群鳥）進食的喂食器。教師通過“頭腦風暴”引導學生了解工程設計的基本流程。

調(diào)查研究

學生設計喂鳥器之前需調(diào)查身邊（校園里、家附近）有哪些鳥類，它們的體形如何，習性如何，設計的喂鳥器應該有哪些作用，設計喂烏器時要考慮哪些因素，如尺寸大小、離地高度、材料選擇、安放位置、制作方法、季節(jié)變化、溫濕度變化等，各小組學生展開頭腦風暴，收集相關信息，明確相關需求。

設計方案

每個小組成員為自己選擇的一種鳥設計一個喂烏器，畫出草圖，標明尺寸和需要用到的材料（圖2）。學生思考：喂鳥器如何吸引鳥兒前來取食？它的外形特別嗎？它的顏色能吸引鳥兒注意嗎？還是用透明的材料制成，讓鳥兒直接看見食物？教師引導學生繪制草圖，提示學生注意喂鳥器的結(jié)構、材料、防雨功能等。學生嘗試運用多種材料、思路和方法設計喂鳥器，為后期制作實物作好準備。

小組每位成員完成草圖設計后，進行組內(nèi)展示、交流，吸取組員的優(yōu)點，集智討論確定一種喂鳥器的最佳方案，進一步完善方案并畫出設計圖（要求比草圖更完善、準確，除了需要標明尺寸和材料外，還要有功能標注）。教師提醒各小組根據(jù)喂鳥器設計方案考慮可能用到的廢舊材料，如塑料瓶、牛奶盒、鞋盒等。

建造原型

這是最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。學生根據(jù)設計方案搜集材料，開始建造喂鳥器（圖3）。學生在整理材料和工具期間，教師講解如何安全使用工具，要求小組成員分工明確、相互配合、有序進行。教師來回巡視并提出開放性問題：“喂鳥器要考慮哪些因素？”學生對這類問題的回答能向教師顯示在哪些方面還需要指導。

隨著教師對各小組建造的喂鳥器的進一步認可，教師偶爾提出問題，激發(fā)學生思考他們的產(chǎn)品可能會遭遇的危險。例如：刮風時喂鳥器能否保持完整，不損壞？鳥在吃食物時怎么保持喂鳥器平衡？怎么才能讓多種鳥同時吃到食物，而又防止其他動物偷吃？小組成員異口同聲地說道： “我們的不會被風吹壞，我們的是最穩(wěn)固的，我們必須保護好……”各小組對喂鳥器建造的要求越高，不斷發(fā)現(xiàn)問題，激烈討論優(yōu)化設計方案，不斷改進他們的產(chǎn)品。

測試原型

此環(huán)節(jié)是學生們最興奮的時刻。為展示各小組的作品，教師告訴學生把喂鳥器裝置在校園內(nèi)鳥兒經(jīng)常出沒的地方，如學校QQ農(nóng)場旁邊、未名湖邊、室外綠化帶等地點的樹上，連續(xù)觀察5天，看有沒有鳥兒取食。學生可自行決定每天的觀察時間，如每天定時或隨機、觀察多少次、每次多少分鐘，并記錄觀察結(jié)果（表2）。

學生在原型測試階段表現(xiàn)出異常的興奮和從來沒有的專注。除上課之外，隨時跑去觀察自己的喂鳥器，整個測試過程充滿了歡聲笑語。

優(yōu)化設計

5天后，每個小組結(jié)合本組在制作喂鳥器和觀察過程中發(fā)現(xiàn)的問題，分析測試數(shù)據(jù)。小組成員聚集在一起討論優(yōu)點與不足，反思喂鳥器的設計方案，提出改進方案進行再設計，并籌備產(chǎn)品發(fā)布會?；I備產(chǎn)品發(fā)布會

（1）喂鳥器設計圖紙（有哪些功能？材料是什么？選擇是否合理？是否標注尺寸？尺寸依據(jù)是什么？）

（2）小組每個成員是否分工合理.職責明確（如資料查詢員，繪圖員，記錄員分別是誰，都負責什么？）

（3）小組每個人的設計草圖是否齊全

（4）闡述喂鳥器原型的制作過程及遇到的問題（如用什么材料？有什么特點？）

（5）測試產(chǎn)品，觀察情況，說明設計存在的缺點及如何改進

（6）回答其他組成員提出的問題

展示評價

此環(huán)節(jié)中，各小組分享成果并聽取他人意見，展現(xiàn)自己的溝通交流、懂得分享、質(zhì)疑反思、善于表達、團隊協(xié)作的能力和素養(yǎng)。各小組展示設計圖和模型，說明建造過程和測試結(jié)果，形象直觀地表述成果，并積極尋求他人建議。從各小組中選1位成員組成評估團，同時教師參與，一起評估各小組成員參與設計、人員分工、建造與測試模型過程、優(yōu)化設計及團隊協(xié)作的情況，對各小組進行綜合評價（表3）。

全球現(xiàn)存近1萬種鳥類中，超過20%是候鳥。它們每年在固定時間，沿固定路線往返于繁殖地和越冬地之間。貴州畢節(jié)威寧自治縣境內(nèi)的草海海拔2200米，是230多種鳥的重要越冬地和遷徙中轉(zhuǎn)站，每年都迎來10萬余只候鳥在此過冬。鳥類為什么遷徙？遷徙過程中如何辨別方向？遷徙的鳥類能飛多遠？飛多高？科學家們?nèi)绾窝芯盔B類的遷徙？各小組就威寧草海候鳥遷徒行為開展科學調(diào)查實踐活動。

如今的教學活動需要的已經(jīng)不是簡單的“講授作業(yè)評價”的方法，學生非常喜歡參與本項目活動，因為不同層次的學生可以一起合作，可以在不同教學環(huán)節(jié)中展示、分享、交流，解釋他們的觀點并分享知識;可以在平時生活中真實地觀察和體驗知識;可以聚焦問題，選擇材料，在過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題并改善方案。學生內(nèi)在的反思、批判性思考的能力及科學素養(yǎng)在完成整個真實的項目活動中無形習得。

在設計制作喂鳥器項目學習活動中，學生通過完整的項目實施路徑，利用工程設計過程設計、制作和測試適用于不同鳥類的喂鳥器，學會了科學探究方法，習得了利用跨學科知識解決實際問題的思維路徑和方法。例如：在確定問題調(diào)查研究環(huán)節(jié)，學生能用思維導圖整理收集信息;在設計環(huán)節(jié)，學生會嘗試運用多種材料、多種思路、多樣方法設計方案，并通過交流分享完善方案、開展質(zhì)疑反思及重新再設計。

通過設計建造喂鳥器的項目學習，既提升了學生科學素養(yǎng)、科學技能、創(chuàng)新思維、交流溝通及創(chuàng)新能力，又讓學生形成了自覺采取行動保護瀕危、受傷鳥類的意識，培養(yǎng)了學生熱愛生命、保護生命、維持自然生態(tài)平衡的行動力。

參考文獻

[1] 陸穎.PBL-STEAM源自實踐第一線的報告.浙江教育出版社，2018

[2]陳如平，李佩寧.美國STEM課例設計（小學卷）.教育科學出版社，2018

[3]培生.設計喂鳥器STEM教學資源，優(yōu)成長教育，2018