唐皓 葉寶妮

摘? 要 基于項目的STEM學習的特點，以及教材本身大單元組織形式且單元主題明晰、結(jié)構(gòu)完整的優(yōu)勢，結(jié)合實踐中的具體問題進行調(diào)整、改進，最后總結(jié)、提煉形成基于項目的STEM學習教學框架，通過“沉和浮”單元的案例解讀，分享基于項目的STEM學習富有成效的初步嘗試和思考。

關(guān)鍵詞 STEM學習框架;小學科學;沉和浮

中圖分類號：G623.6? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）05-0097-04

1 引言

通過市級名師課題“基于項目的STEM學習在小學科學課程中的實踐研究”，筆者所在課題組認識到，將STEM學習以項目的方式應(yīng)用到小學科學課程，有利于培養(yǎng)學生綜合運用知識創(chuàng)造性解決生活實際問題的能力。但如何把STEM學習以項目的方式應(yīng)用到小學科學課堂中呢？為此，本課題組認真研究了解決問題的四步循環(huán)賽耶模型、BSCS 5E模型、基于探究的學習步驟等三種學習方式，并圍繞基于項目的STEM學習的特點以及將實踐中的問題結(jié)合起來，再針對科學教材本身大單元組織形式且每個單元主題明晰、結(jié)構(gòu)完整的特點，通過大量的案例研究、總結(jié)、提煉，初步形成在小學科學課堂教學中實施的基于項目的STEM學習教學框架（如圖1所示）。

課題組從課堂教學實踐中總結(jié)、提煉出來的這個框架適用于一般的基于項目的STEM學習，從它的第一個環(huán)節(jié)到最后一個環(huán)節(jié)，能夠讓兒童將所學知識應(yīng)用到現(xiàn)實生活中，經(jīng)歷對自己的方案進行勾勒、規(guī)劃、設(shè)計、構(gòu)建和測試的過程。落實在單元學習伊始即提出項目任務(wù);接著分解任務(wù)，發(fā)現(xiàn)新的問題（分解問題的過程）;重點在第三個環(huán)節(jié)，即圍繞新問題，通過探究式學習構(gòu)建項目需要解決的若干科學概念;第四、第五個環(huán)節(jié)應(yīng)用前面構(gòu)建的概念融入設(shè)計技術(shù)技能;第六、第七個環(huán)節(jié)主要運用工程技術(shù)，而數(shù)學則需要在每一個環(huán)節(jié)得到體現(xiàn)和運用。最后，這是一個循環(huán)的過程，它可以是學生通過反思，覺得方案還可以進一步調(diào)整、完善，也可以是這個項目任務(wù)完成后準備進入下一個項目的學習過程，在這樣的循環(huán)式螺旋上升過程中，提升學生融合STEM技能解決現(xiàn)實問題的能力。

下面就以五年級下學期“沉和浮”單元的教學實踐為例，探索在教學實踐中落實基于項目的STEM學習框架的操作策略。

2 解讀教材，明確課程目標，開發(fā)適合單元教學實施的項目任務(wù)

克伯屈在對“項目”的定義中提出：“在任何有目的的經(jīng)歷和目的性很強的活動中，目的占主導(dǎo)地位，也是內(nèi)在激勵因素：給行動目標定位;指導(dǎo)行動過程;提供驅(qū)動力和內(nèi)在動力?！币虼耍诨陧椖康腟TEM學習中，如何確定項目任務(wù)就顯得十分重要。通過教學實踐，課題組認為挖掘教材，結(jié)合單元學習內(nèi)容，抓住單元知識學習完成后能進行創(chuàng)作的項目，就是每一個基于項目的STEM學習項目任務(wù)的主要來源。

“沉和浮”是教科版《科學》五年級下冊第一單元，教材是從物體的沉浮現(xiàn)象開始，在一系列的探究活動中探尋物體沉浮的規(guī)律，研究影響沉浮的變量，最后形成有關(guān)沉浮現(xiàn)象的解釋。有了這些基礎(chǔ)，在第四課進行“造一艘小船”的活動。這個活動的開展先是讓學生探索用橡皮泥造船，通過改進船的形狀增大船浸入水中的體積，從而體會沉浮和排水量的關(guān)系，最后才讓學生按照自己設(shè)計的方案制造小船，激發(fā)學生的創(chuàng)作欲望。教材內(nèi)容的邏輯關(guān)系見圖2。

正是由于教材的呈現(xiàn)方式使得造一艘小船成為純制作任務(wù)，在一般的教學中重點往往在用橡皮泥做一艘小船的活動，自己設(shè)計制作小船的活動只能放到課外完成，導(dǎo)致有興趣的學生積極完成，而多數(shù)學生由于時間等因素就忽略了。

3 圍繞基于項目的STEM教學框架，調(diào)整單元教學結(jié)構(gòu)為任務(wù)統(tǒng)領(lǐng)

課題組在實施基于項目的STEM學習過程中，很強調(diào)在課堂上完成項目任務(wù)，而不是讓學生帶回家作為課外拓展來完成。

要避免以上各種因素對新的學習方式的不利影響，課題組首先圍繞教材的教學內(nèi)容，結(jié)合基于項目的STEM學習“明確的結(jié)果”和“模糊的任務(wù)”的特點，調(diào)整整個單元的設(shè)計思路，具體如圖3所示。

4 以項目任務(wù)為統(tǒng)領(lǐng)，促進教學框架中每個環(huán)節(jié)的落實

第一個環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)情境，引出任務(wù)? 工程和設(shè)計的特點是解決真實的問題，在科學課堂怎么引入項目任務(wù)？筆者的建議是：有了項目任務(wù)，設(shè)計者需要創(chuàng)設(shè)一個真實的問題情境，激發(fā)學生的學習動機。所以在本單元的第一課，課題組就通過圖片和故事，創(chuàng)設(shè)一個山村小學學生上學用的小船年久失修，大家?guī)椭匦略齑那榫?，讓學生進入一個真實的情境，激發(fā)他們幫助當?shù)貎和齑脑竿?/p>

第二個環(huán)節(jié)：分解任務(wù)，重新定義? 對于學生來說，如何建造一艘能承重的船，在他們腦子里的原始想法是怎樣的呢？課題組讓學生結(jié)合自己已有經(jīng)驗完成第一次設(shè)計，他們的想法很簡單，都是有個船型的上浮材料而已，從而可以分解出更具體的任務(wù)，引導(dǎo)他們進一步探究物體沉浮的相關(guān)因素。

第三個環(huán)節(jié)：探究學習，形成概念? 這個環(huán)節(jié)正好和教材內(nèi)容十分吻合，設(shè)計者通過典型的探究活動，引導(dǎo)學生探尋物體沉浮的規(guī)律，研究影響沉浮的變量，最后形成有關(guān)沉浮現(xiàn)象的解釋：一是用浮力和重力的關(guān)系解釋沉浮現(xiàn)象;二是從密度的層面解釋沉浮現(xiàn)象。這些概念為學生后面設(shè)計小船奠定了知識和能力的儲備。

在此過程中，在教學第六課“下沉的物體也會受到水的浮力嗎”后，設(shè)計更高的要求：鄉(xiāng)村條件艱苦，為了小船更結(jié)實堅固，能用下沉材料制作小船可以加4分。為此進行第二次小船設(shè)計，并明確提出要求：全船采用下沉材料加4分;要有船的形狀（能載客）;模擬河流的長度大約20厘米，寬度約15厘米;載重量不低于5個鉤碼。學生的設(shè)計明顯考慮到材料的堅固以及想辦法增加其排水量。

第四個環(huán)節(jié)：頭腦風暴，層層深化設(shè)計? 在單元學習前調(diào)動已有經(jīng)驗完成第一次設(shè)計，學生頭腦中還沒有關(guān)于沉浮的概念;在學習了影響沉浮的因素，特別是探究了下沉的物體也會受到水的浮力后，進一步調(diào)整設(shè)計要求，引導(dǎo)學生結(jié)合剛學習的沉浮知識，對材料大膽進行嘗試，并嘗試改變下沉材料的形狀、結(jié)構(gòu)來增加浮力。從第二次設(shè)計可以看出，學生對材料選擇的變化雖然不成熟，但能大膽嘗試，值得欣慰。

最后在單元新知探究結(jié)束后，學習小組利用剛通過大量探究活動形成的相關(guān)沉浮的概念，充分開展頭腦風暴，打開思路，力圖形成更多的小船設(shè)計方案，鼓勵學生大膽創(chuàng)新，產(chǎn)生多個可選方案。

第五個環(huán)節(jié)：交流碰撞，形成最佳方案? 這時一定要回到之前創(chuàng)設(shè)的真實情境，根據(jù)鄉(xiāng)村的實際情況，小船的安全性要求最高，寬度、長度要符合要求，成本必須控制在最低，載客量要達標，才能保證每個學生都能上學。只有綜合考慮這些因素，才能造一艘他們需要的小船。于是各小組結(jié)合影響的各種因素，對方案進行篩選和修改，完善自己的方案，然后把這個方案在全班交流;讓大家對每個組的設(shè)計提出意見或者疑問，各小組答疑，促進小組進一步完善方案;最后進行小組分工，明確需要帶的材料、工具等細節(jié)，此時他們個個摩拳擦掌，恨不得馬上就制作。

第四、第五個環(huán)節(jié)最核心的技能就是設(shè)計。通過第一次、第二次的設(shè)計，學生了解如何將自己的思考用圖示的方法形象地呈現(xiàn)出來;第三次設(shè)計，教師要教給學生設(shè)計的幾個要素，讓學生的設(shè)計更全面，幫助學生讓思維具有可見性。

第六個環(huán)節(jié)：合作建造，形成作品? 在這個環(huán)節(jié)準備材料是基礎(chǔ)，學生一般不能把全部材料帶齊，教師要結(jié)合學生的情況，提前準備一些材料，如錫箔紙、膠帶、橡皮泥、泡沫、木塊等常見材料，以避免學生制作時沒有材料。其次是小組分工合作，讓學生共同協(xié)商，用自己帶的材料建造一艘小船。他們由于用的材料不同，建造的方法五花八門：有的用熱熔槍連接塑料的船體，有的用電烙鐵焊接鐵質(zhì)的船身，有的用502膠水粘貼玻璃瓶的甲板，有的用剪刀加工易拉罐，有的用手折疊錫箔紙做船身，有的揉捏橡皮泥做船身……整個教室充滿熱烈的氣氛，但每個學生都親手使用各種工具進行制作活動，教師也被吸引到他們的活動中，不知不覺中一節(jié)課很快就過去了。

這個環(huán)節(jié)中工程技術(shù)是主導(dǎo)，它促進學生動手實現(xiàn)自己的方案，做出一個特別的、不同于別組的小船以解決鄉(xiāng)村孩子上學的問題。有的學生為了船身結(jié)實而用了焊接技術(shù)?？粗凰宜倚〈谒麄兪种姓Q生，那種興奮、激動、成就感，說明本活動對學生工程能力的培養(yǎng)是富有成效的。

第七個環(huán)節(jié)：展示分享，測試評價? 這是學生最激動的時刻，近一個月的學習和交流，他們等待的就是成果展示的這一刻。首先給學生十分鐘進行全班跨組交流，就是一個組留一位學生介紹，其他學生到別的小組參觀，聽別人介紹他們的小船是怎么做的，特點是什么。一個人至少參觀四個小組，并且給每個小組打分：外形、結(jié)實、造價、平穩(wěn)度，每項2分，并說出打分的理由。接著就是稱重量比賽，一個鉤碼一個鉤碼不斷淘汰，最后選出承重最多的前三名。全年級最多承重22個，最少兩個。學生雖然計較著鉤碼的多少，在評價時也欣賞有的組全用的下沉材料，有的組外觀很漂亮，有的組外形新穎等。還有的學生提出自己的改進意見。

最后，按照之前提出的評價細則進行打分：每次設(shè)計2分（共三次）;作品外觀、結(jié)實、造價、平穩(wěn)度的全班評價10分;全船用下沉材料4分，用一半下沉材料1分;承重不低于5個鉤碼7分，承重第一加3分、第二加2分、第三加1分，不足5個鉤碼5分。制作小船項目的分直接加入期末的科學成績評價中。

第八個環(huán)節(jié)：總結(jié)反思，深度學習? 基于項目的STEM學習是“以學生為中心”的教學，教師監(jiān)控和反饋得太多或者太少，都會阻礙學生學習。高質(zhì)量的教學與反饋相平衡，讓學生有機會來反思自己的學習過程，從他人那里得到反饋并據(jù)此調(diào)整行為以及評估自己的觀點，這就是有深度的學習。

通過學生的評價得分以及自我總結(jié)反思的情況反饋，課題組感受到，親歷過程讓學生感觸良多，可以看出他們能運用在科學探究中獲得的關(guān)于沉浮的概念性知識，包括：同體積時重的物體容易沉、輕的容易浮;改變物體的形狀可以增加排水量，讓浮力增大;水中溶解了物質(zhì)，可以增加浮力;等等。這些概念性知識幫助學生在設(shè)計制作小船的項目活動中組織整理事實性知識，如怎么選擇制作小船的材料，怎么改變材料的形狀，甚至在水里加鹽……這個過程讓概念性知識變得更清晰。反過來，概念性知識又加強了學生對事實性知識的理解。同時，學生對自己的設(shè)計的長處和缺陷進行批判性思考，真正實現(xiàn)為理解而教。

第九個環(huán)節(jié)：調(diào)整方案或進入新項目? 基于項目的STEM學習是一個螺旋式漸進的發(fā)展過程，幾個環(huán)節(jié)不是封閉的，而是開放的、呈螺旋上升的趨勢。所以，第九個環(huán)節(jié)可以是學生通過反思，覺得方案還可以進一步調(diào)整、完善，那就直接進入頭腦風暴，形成新的方案環(huán)節(jié);也可以是這個項目任務(wù)完成后準備進入下一個項目的學習過程，在這樣的循環(huán)式螺旋上升過程中，提升學生融合STEM技能解決現(xiàn)實問題的能力。

這種學習方式也受到家長好評，既培養(yǎng)了學生的動手能力、觀察能力，又培養(yǎng)了學生分析與解決問題的能力，幫助他們獲得不少物理知識，為以后的學習打下良好基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

成果是顯著的，但是由于基于項目的STEM學習框架只是課題組在研究的初級階段形成的，還需要不斷提煉、完善，以適應(yīng)不同的項目任務(wù)。筆者相信，通過后期深入的課題研究，一定能構(gòu)建出更精煉、更有實效、更便于操作的學習框架并形成適合各種基于項目的STEM教學模式，為學生科學、數(shù)學、技術(shù)與工程能力的綜合提升提供更好更有效的教學方法。

作者：唐皓，成都市成華區(qū)教育科學研究院（610051）;葉寶妮，四川大學附屬實驗小學（610100）。