甘小麗

【摘要】隨著教育教學改革的持續(xù)推進，利用新式教學模式培養(yǎng)學生已經成為教育熱點。其中，STEM教學模式響應教育需求，被中小學運用在各學科的教學中。STEM教育有機地將科學、技術、工程、數(shù)學等學科融合，培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)，引導學生在項目活動中應用多個學科的知識解決真實問題。本文在小學綜合實踐活動課的基礎上，以《走馬燈的奧秘》為案例，介紹如何基于STEM理念對走馬燈進行創(chuàng)意設計，克服制作難點，培養(yǎng)學生發(fā)散思維、創(chuàng)新能力。

【關鍵詞】STEM理念;綜合素養(yǎng);創(chuàng)意設計

一、核心概念界定

（一）STEM

STEM是科學、技術、工程、數(shù)學四門學科的簡稱，強調多學科的融合，遵循著“進入情境與提出問題”——“探究學習與數(shù)學應用”——“工程設計與技術制作”——“知識拓展與創(chuàng)意設計”——“多元評價與學習反思”的5EX教學模式，并根據(jù)實際的學情與教學目標，發(fā)展和提高學生在科學、技術、工程和數(shù)學領域的能力，培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)。2018年，李克東教授曾提出：STEM教育是一種引導學生面對真實情境的問題，通過科學探究、數(shù)學方法、工程設計和技術制作有機統(tǒng)一，運用跨學科的知識和方法來解決真實問題，引導學生通過“學做結合”學會應用跨學科的知識方法，提升學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，促進學生的全面發(fā)展的教育方式。其中，STEM教育框架圖如圖1所示。

（二）綜合實踐活動課程

綜合實踐活動課程是指在教師的指導下，由學生基于自身興趣、經驗，從生活真實情境中發(fā)現(xiàn)問題并將其轉換成活動主題，自主進行探究、體驗、制作、服務的跨學科實踐性課程。該課程密切聯(lián)系生活，注重培養(yǎng)學生的綜合素質，體現(xiàn)了對知識的綜合應用。2017年，張華教授提出，綜合實踐活動課程的新內涵是著眼于發(fā)展學生的高級能力與社會責任感。而國家教育部在《基礎教育課程改革綱要（試行）》中提出：綜合實踐活動課程打破了傳統(tǒng)單一學科的界限，將社會課題與學生問題、課內與課外、人類社會的綜合性知識、理論與實踐、跨學科知識和學生感興趣的問題 ，統(tǒng)整成主題活動，以學生為主體的、創(chuàng)造性的問題解決學習活動，有機地將跨學科的綜合性知識與單一學科性知識、體驗性知識和學問性知識、校內和校外結合起來，以促進學生身心和諧發(fā)展。

二、分析現(xiàn)今綜合實踐課中存在的主要問題

現(xiàn)在的綜合實踐課堂的每個活動主題都包括“活動目標——活動任務——活動方式——方法導航——課時建議——具體實施”，活動主題又會細分成每個小活動。其主要教學模式一般是“發(fā)現(xiàn)問題——進行實踐——進行評價——拓展延伸”。但是，在課堂上，大部分學生都被局限于“提問、實踐、評價、拓展”的流程，缺乏多樣性、針對性，而對于學科方面的知識與技能的掌握不深、甚至不知。這樣的教學模式，并不能一直引起學生的興趣，不能有效地培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)，也不能真正地解決真實情境中的問題。這尤其導致學生在“創(chuàng)意物化”方面?zhèn)戎赜谄婊赝瓿稍O計制作，忽視操作技能培養(yǎng)提升和跨學科知識的融合創(chuàng)作。

而STEM教育與綜合實踐活動課程有著很多相似點，比如跨學科、以學生為主導等等。二者的相關內容如表1所示。因此，引入STEM理念創(chuàng)設主題進行探究，有利于突破原課堂模式的局限，進行創(chuàng)意設計，克服制作難點，培養(yǎng)學生發(fā)散思維、創(chuàng)新能力。

三、融合STEM理念的走馬燈的設計與制作

在綜合實踐課堂的基礎上，參考STEM課程建設理念思路，將綜合實踐活動課程與STEM理念融合，創(chuàng)設主題《走馬燈的奧秘》（四年級）來對課程進行簡單的教學分析。其中，STEM課程建設理念思路如圖2所示，《走馬燈的奧秘》主題教學框架如圖3所示。

（一）進入情境與提出問題

1.以興趣激發(fā)問題——走馬燈初探

在日常生活中，燈籠是常見的，但是學生對于具有中國傳統(tǒng)特色的走馬燈（燈籠的一種）了解不深甚至不知，因此學生對于探索走馬燈的奧秘興趣極大。通過對走馬燈的初探，引導學生了解走馬燈的歷史、簡單結構、用途及應用，激發(fā)學生對于走馬燈的運轉原理產生頭腦風暴，并為接下來課程的開展奠定知識基礎，使得他們對于走馬燈有了大致的了解，以此促進學生今后主動地獲取更多信息。

在此課開展時應當注重知識的梳理，同時注意課前引導學生擴大對于走馬燈的閱讀面、具備一定的課外閱讀調查基礎，以此萌發(fā)學生心中的好奇種子。在一定知識儲備支撐下，學生才能以興趣為內驅力前往更高的水平臺階。

（二）探究學習與數(shù)學應用

1.設計實驗，探索原理——走馬燈的秘密（走馬燈轉動的原理）

在初探走馬燈的基礎上，提升問題高度，通過對比普通燈籠和走馬燈聚焦問題“為什么走馬燈會轉動起來？”引發(fā)學生從走馬燈結構方面進行猜測，并引導學生根據(jù)所提供的材料自主設計實驗驗證猜想、制作葉輪和制造研究裝置探索走馬燈轉動的原理。

學生在四年級科學上冊的《我們的熱氣球》學習中已經掌握了“空氣受熱膨脹變輕，上升形成氣流”的科學知識，可以發(fā)現(xiàn)走馬燈中的“熱源”和“葉輪結構”是影響走馬燈轉動的主要結構。但是，在探究過程中，應當注重培養(yǎng)學生自主設計實驗探究的能力，以通俗易懂的話語引導學生學會利用“控制變量法”進行探究，盡量引導學生設計簡單化實驗，使得學生可通過最簡單省時的實驗，完成探究。

（三）工程設計與技術制作

1.工程制作，深入探究

在了解了走馬燈轉動的原理后，從學生出發(fā)，確定下一步的探究方向，深入研究影響走馬燈轉速的因素，以此對走馬燈有深入的了解。學生通過對比生活中常見的各種類型的走馬燈，了解到走馬燈之間的一些相同點和不同點。通過觀看兩個走馬燈轉動的視頻，引導學生深入思考“為什么轉動速度不同？”引發(fā)學生根據(jù)不同點進行猜測、確定研究方向、自主設計實驗進行探究。

（1）走馬燈的奧秘探索一：熱量大小對走馬燈轉速的影響

由走馬燈的蠟燭熱源的結構組成，引發(fā)學生思考“熱量對走馬燈轉速的影響”，由學生思考如何制作實驗裝置完成探究，將話語權交給學生，由學生小組討論交流實驗材料、工具清單、小組分工、實驗觀察對象、實驗記錄等等。學生提出了各種各樣的想法，例如，“可以利用蠟燭的數(shù)量來改變熱量的大小?！薄霸邳c燃蠟燭時，打火機和火柴哪個更好呢？”“利用什么來固定走馬燈呢？”“怎么判斷走馬燈的轉動快慢呢？”“如果實驗過程中，著火了，怎么辦？”……然后，教師協(xié)助學生確定材料清單、探究步驟、觀察對象、探究記錄等。最后，進行實驗探究、展示，得出結論。

（2）走馬燈的奧秘探索二：材料輕重對走馬燈轉速的影響

由走馬燈的制作材料輕重，引發(fā)學生思考“材料輕重對走馬燈轉速的影響”，由學生思考如何制作實驗裝置完成探究，將話語權交給學生，由學生小組討論交流實驗材料、工具清單、小組分工、實驗觀察對象、實驗記錄等等。學生提出了各種各樣的想法，例如：“可以在轉筒上添加重物來改變輕重?！薄霸谔砑又匚锏臅r候，應當注意什么問題？”……然后，教師協(xié)助學生確定材料清單、探究步驟、觀察對象、探究記錄等。最后，進行實驗探究、展示，得出結論。

（3）走馬燈的奧秘探索三：探究體積大小對走馬燈轉速的影響

由走馬燈的轉筒和葉輪的組成部分，引發(fā)學生思考“體積大小對走馬燈轉速的影響”，由學生思考如何制作實驗裝置完成探究，將話語權交給學生，由學生小組討論交流實驗材料、工具清單、小組分工、實驗觀察對象、實驗記錄等等。學生提出了各種各樣的想法，例如：“可以改變轉筒大小來改變走馬燈的體積大小?！薄皩嶒灂r，用幾根蠟燭比較好？”……然后，教師協(xié)助學生確定材料清單、探究步驟、觀察對象、探究記錄等。最后，進行實驗探究、展示，得出結論。

學生在交流討論、實驗過程中會有想法碰撞，碰撞過程中可能會存在一些爭議、矛盾。此時，教師應當引導學生記錄爭議、解決矛盾。從爭議融合中，激發(fā)和培養(yǎng)學生的發(fā)散思維;從矛盾解決中，培養(yǎng)學生的價值體認和責任感。

（四）知識拓展與創(chuàng)意設計

1.發(fā)散思維，結構與功能相適應——設計走馬燈

（1）創(chuàng)意設計走馬燈

在了解走馬燈歷史文化、結構、轉動原理及影響因素后，以問題為導向，引導學生設計一個轉動較快的走馬燈。在設計過程中，引導學生聯(lián)系生活，尋找靈感，確定走馬燈類型，完成設計圖，并加以文字說明。

（2）創(chuàng)意設計之改進

引導學生展示創(chuàng)意設計圖、講解他們的設計方案，同時引導其他同學對設計圖進行提問，指出不足以及給予建議。再由學生進行想法匯總，教師進行補充，從而確定設計圖的改進方向。修改設計圖后，再引導學生思考“制作走馬燈的步驟”，并記錄下來。

在設計過程中，有的小組比較理想化，設計存在超脫現(xiàn)實的理念;有的小組比較注重實用，緊靠生活，但是缺乏新意;有的小組局限于生活原型、他人的想法，習慣性地模仿別人，缺乏小組特色;有的小組善于融合想法，創(chuàng)意設計。所以，在設計過程中，教師應當進行適當?shù)闹敢?/p>

而在改進過程中，教師應當針對設計過程中存在的一些典型設計現(xiàn)象進行展示，引發(fā)學生的思考，需要讓學生了解到作品需要具備實用性、創(chuàng)造性、美觀性，并要注意培養(yǎng)學生尊重他人想法的價值體認、為個人一言一行而負責的責任擔當，從而更好地促進創(chuàng)意物化。

2.創(chuàng)意物化，體驗創(chuàng)造的樂趣——制作走馬燈

（1）走馬燈造型工程一

制作前，全班制定制作注意事項，確保安全;經過討論交流，確定制作流程，并引導學生根據(jù)設計圖和制作流程制作走馬燈，以競賽的形式促進小組凝聚力及小組間的競爭意識。

（2）走馬燈造型工程二

基于初步制作，引導學生繼續(xù)完成走馬燈，并以剪貼畫、皮影、立體動畫等形式進行美化、增加個性化和創(chuàng)意點。

在制作過程中，教師是充當為學生提供材料和工具的角色，給予學生自由的空間進行創(chuàng)意物化。這樣，可以提高學生小組團隊合作、協(xié)作能力，培養(yǎng)學生的合作意識和競爭意識。

（五）多元評價與學習反思

1.走馬燈的測試與改進

完成走馬燈的制作后，引導學生確定測試方案，并協(xié)助學生進行走馬燈的測試、記錄。測試后，引導各組學生對數(shù)據(jù)進行整理統(tǒng)計，并分享實驗結果。其中，各組的數(shù)據(jù)都會有所不同，由數(shù)據(jù)引發(fā)學生思考原因，再根據(jù)具體原因對作品提出修改意見，進行改進。在分享展示過程中，同時根據(jù)展示情況和評價量表對走馬燈進行多元評價和反思。

四、“基于STEM理念的走馬燈的創(chuàng)意設計與制作”的教學效果與展望

基于綜合實踐活動課程的基礎，融合STEM教育理念，創(chuàng)設的走馬燈的創(chuàng)意設計與制作，存在以下的教學效果：

1.跨學科學習，培養(yǎng)學生綜合素養(yǎng)。學生可在每節(jié)課中從科學、工程學、技術、數(shù)學、藝術等學科方面進行課堂學習。在潛移默化中，不但培養(yǎng)了學生的學科知識、技能，還培養(yǎng)學生的價值體認和責任擔當，提高學生的綜合素養(yǎng)。

2.項目式學習，發(fā)散思維，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。學生經過一系列的學習后，能夠自主設計實驗進行深入探究，而不是流于表面的探究。同時，學生能夠小組合作、頭腦風暴進行創(chuàng)意設計、制作具備小組特色的走馬燈。這不但培養(yǎng)學生的發(fā)散思維能力，還促進提高學生的創(chuàng)新能力。

雖然STEM教育和綜合實踐活動課程存在很多共同點，但是在課程的設計、開展、實施方面仍需繼續(xù)融合。以下是對課程的未來期望：

1.如何基于《小學綜合實踐課程標準》深入地將STEM教育與綜合實踐活動課進行更好的融合，使得學生在課程當中能夠更為大膽地進行思考、嘗試實際、動手創(chuàng)造。

2.是否可以融合其它學科對應年級的學習內容，進行主題深化設計，使得學生在課程學習中能夠同時從其它學科學習對應的知識與技能，構建連貫的知識結構。

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