張逸聰 涂耀仁 江豐光

【摘 要】本文基于6E教學(xué)模式設(shè)計(jì)并實(shí)施了以“解救小鯨魚(yú)”為主題情境的環(huán)境教育課程。教師通過(guò)引入、探究、解釋、工程、豐富與評(píng)估6E教學(xué)模式步驟將多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行融合，使學(xué)生們意識(shí)到維護(hù)海洋生態(tài)的重要性，并利用工程思維搭建海洋垃圾打撈設(shè)備，避免小鯨魚(yú)被人類產(chǎn)生的垃圾所困住，達(dá)到解救小鯨魚(yú)的目的，實(shí)現(xiàn)學(xué)生多元化發(fā)展。該課程也為小學(xué)STEM環(huán)境教育的落實(shí)提供了科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】6E教學(xué)模式;STEM;環(huán)境教育

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【論文編號(hào)】1671-7384（2021）011-070-03

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展與人口的急劇增加，能源消耗愈發(fā)嚴(yán)重，隨之而來(lái)的是重大的生態(tài)危機(jī)，如大氣污染、資源短缺、水土流失、森林退化、海洋酸化、微塑料污染等問(wèn)題。生態(tài)問(wèn)題是當(dāng)今各個(gè)國(guó)家必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，環(huán)境教育是解決生態(tài)問(wèn)題的關(guān)鍵工具，扮演著至關(guān)重要的角色[1]。傳統(tǒng)的學(xué)校并未開(kāi)設(shè)環(huán)境教育主題相關(guān)課程，學(xué)生只是通過(guò)科學(xué)與思政課了解基本知識(shí)點(diǎn)，并不能很好地增加人與環(huán)境的關(guān)聯(lián)度，提升對(duì)環(huán)境的態(tài)度與行為。STEM是多學(xué)科的融合，學(xué)生能將孤立的、分散的知識(shí)點(diǎn)整合到項(xiàng)目中，發(fā)揮自己的主觀及專業(yè)特性解決基于真實(shí)情境的環(huán)境問(wèn)題，以達(dá)到“內(nèi)化于心，外化于行”的最終目的。

相關(guān)理論

1.STEM教育

STEM起源于美國(guó)，它是由科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）以及數(shù)學(xué)（Mathematics）這四門學(xué)科首字母組合而成[2]。其中科學(xué)的意思是讓人們客觀地認(rèn)識(shí)世界，掌握自然界的客觀變化規(guī)律;技術(shù)和工程則建立在客觀規(guī)律上，促使人們更加了解世界，并能改造和利用環(huán)境以解決現(xiàn)實(shí)中的難題;數(shù)學(xué)是技術(shù)和工程的基石，它為人類改造世界提供了源源不斷的動(dòng)力。STEM將不同學(xué)科融合在一起，人們可以從多角度、多維度分析看待事物，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)技能、工程思維、問(wèn)題解決和團(tuán)隊(duì)合作能力，對(duì)學(xué)生個(gè)人和社會(huì)發(fā)展也具有重要意義。

2.6E教學(xué)模式

5E教學(xué)法最早起源于生物學(xué)科，是由美國(guó)生物學(xué)課程研究（BSCS）提出的一種建構(gòu)主義教學(xué)模式[3]。為了更好地體現(xiàn)“工程設(shè)計(jì)”概念，美國(guó)國(guó)際技術(shù)與工程教育學(xué)會(huì)（ITEEA）在5E教學(xué)法中加入“工程”環(huán)節(jié)，于2014年提出6E教學(xué)模式[4]（表1）。其六個(gè)階段分別為：Engage（引入）、Explore（探究）、Explain（解釋）、Engineer（工程）、Enrich（豐富）與Evaluate（評(píng)估），學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)，并對(duì)基于真實(shí)情境的問(wèn)題和項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)探究。

“解救小鯨魚(yú)”案例設(shè)計(jì)與實(shí)施

我們的海洋覆蓋了全球絕大多數(shù)的面積，是人類的生命搖籃，對(duì)人類的生存發(fā)展至關(guān)重要。但是近些年，人類無(wú)節(jié)制的活動(dòng)加劇了海洋環(huán)境的惡化，沒(méi)有干凈的海洋，我們就無(wú)法擁有健康的未來(lái)。本研究聚焦海洋污染物，學(xué)生們作為環(huán)保志愿者模擬前往海洋進(jìn)行科研，在途中碰到遇險(xiǎn)的小鯨魚(yú)，最終巧妙地搭建垃圾打撈器順利解救了小鯨魚(yú)。課程使用樂(lè)高WEDO2.0套件進(jìn)行跨學(xué)科知識(shí)遷移和解決挑戰(zhàn)性任務(wù)，最終目標(biāo)是讓學(xué)生了解海洋的重要性及人類對(duì)海洋造成的危害，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，增加他們綠色行為的次數(shù)。課程分為如下6個(gè)環(huán)節(jié)。

1.階段一：引入（Engage）

本環(huán)節(jié)先從公益紀(jì)錄片One Ocean展開(kāi)，教師向?qū)W生展示繽紛多彩的珊瑚和美麗的海底世界，接著創(chuàng)設(shè)情境并播放動(dòng)畫：鯨魚(yú)被大網(wǎng)纏住尾巴，大量的垃圾被收集在大網(wǎng)內(nèi)，最終垃圾太多它游不動(dòng)了，我們需要幫它解開(kāi)身上的垃圾！通過(guò)創(chuàng)設(shè)“解救小鯨魚(yú)”情境，學(xué)生能更好地融入課堂，調(diào)動(dòng)自身的學(xué)習(xí)興趣和積極性，引出對(duì)海洋和污染的思考。

2.階段二：探究（Explore）

教師首先詢問(wèn)學(xué)生海洋大約占整個(gè)地球的比例，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)手冊(cè)的資料推算出數(shù)值。接著教師進(jìn)一步詢問(wèn)“如果把地球上的水都匯總在一起，變?yōu)橐坏?，?huì)有多大呢？”學(xué)生聯(lián)系生活和閱讀學(xué)習(xí)材料后舉手回答，分享觀點(diǎn)并說(shuō)明理由。接下來(lái)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何打撈小鯨魚(yú)身上的垃圾？打撈設(shè)備的原理是什么？鼓勵(lì)學(xué)生將草圖繪制在學(xué)習(xí)手冊(cè)上。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下利用身邊的材料簡(jiǎn)單模擬打撈的過(guò)程，教師組織學(xué)生頭腦風(fēng)暴討論打撈設(shè)備的工作原理。最后，學(xué)生通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)探究海洋污染的原因，并摘錄防范污染的措施。

3.階段三：解釋（Explain）

學(xué)生通過(guò)觀看教師播放的多媒體課件，了解到所有水匯總到一滴也十分渺小。教師又通過(guò)一桶水、一杯水和一勺水，呈現(xiàn)出地球的總水量、淡水量和人類目前可利用的淡水量，呼吁學(xué)生節(jié)約用水。接著，教師講解打撈設(shè)備的三大重要組成部分：起重臂、立柱和轉(zhuǎn)臺(tái)，學(xué)生通過(guò)多媒體課件與教師的講解，認(rèn)識(shí)了齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)與定滑輪。教師通過(guò)輪播圖展示了海底的動(dòng)物、植物和礦藏，帶領(lǐng)學(xué)生們領(lǐng)略更多未知的生物。學(xué)生們分享查閱到的海洋污染原因及危害，教師輔以視頻對(duì)學(xué)生們的回答進(jìn)行解釋與匯總：（1）肆意排放污染物影響海洋動(dòng)植物的生存環(huán)境，有毒物質(zhì)進(jìn)入海洋，被魚(yú)和海草吸收，最終還是會(huì)重回人類的餐桌。（2）石油泄漏不僅危害海洋生物，鳥(niǎo)類也會(huì)因?yàn)槌岚虮晃廴径荒茱w翔。（3）各種人類生活垃圾充斥在海洋中，致使吸管堵塞烏龜?shù)谋强?，垃圾填滿鯨魚(yú)的肚子。最后，教師總結(jié)學(xué)生匯報(bào)的防范污染的方法，呼吁大家在生活中踐行綠色理念。

4.階段四：工程（Engineer）

工程設(shè)計(jì)包括“設(shè)計(jì)圖紙—制作模型—調(diào)試設(shè)備—維修模型”四大步驟，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)改進(jìn)已有的方案，并在草圖上標(biāo)明位置、尺寸和功能，學(xué)生利用樂(lè)高WEDO2.0套件合作進(jìn)行搭建。需要注意的是，教師在巡視過(guò)程中只能解答學(xué)生遇到的概念問(wèn)題，對(duì)搭建過(guò)程不能進(jìn)行過(guò)多干預(yù)。只有在課堂上將更多的時(shí)間留給學(xué)生，學(xué)生才能在不斷失敗中發(fā)現(xiàn)與解決問(wèn)題，并將搭建過(guò)程中遇到的問(wèn)題、解決方案及改進(jìn)的地方記錄在學(xué)習(xí)手冊(cè)上。此外，教師需要關(guān)注動(dòng)手能力較差的小組，發(fā)放搭建模型圖紙，增加學(xué)生信心和推進(jìn)工程的進(jìn)度。

5.階段五：豐富（Enrich）

該環(huán)節(jié)主要是指教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)和討論，從模型的功能設(shè)計(jì)上進(jìn)行拓展制作。首先教師要求學(xué)生們知識(shí)遷移：將打撈機(jī)器與平板相連接，編寫代碼控制打撈機(jī)器的運(yùn)行，進(jìn)一步說(shuō)明上升與下降要編寫聲音和顏色的代碼。同時(shí)，教師還補(bǔ)充問(wèn)題：如果小鯨魚(yú)身上的垃圾很重，目前的設(shè)備還能順利解救它嗎？學(xué)生通過(guò)討論與改裝，不斷地編寫調(diào)試代碼、增重打撈臂末端重量、調(diào)整零件組合、減少齒輪數(shù)量，使模型更加完善。

6.階段六：評(píng)估（Evaluate）

教師準(zhǔn)備一個(gè)裝滿水的透明塑料盒，用吸鐵石與回形針模擬海洋中的垃圾，根據(jù)垃圾大小賦予不同的分值。首先，學(xué)生們依次展示搭建的模型，闡述模型的分工、特點(diǎn)、功能以及搭建過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決措施，其他學(xué)生認(rèn)真傾聽(tīng)并提出問(wèn)題。隨后學(xué)生運(yùn)行垃圾打撈器，計(jì)算在90秒內(nèi)獲得的分值，教師根據(jù)“美觀性”“實(shí)用性”和“創(chuàng)意性”對(duì)作品進(jìn)行評(píng)估。最后的小組總分是將打撈分?jǐn)?shù)與教師評(píng)分相結(jié)合，所有小組演示結(jié)束后，教師根據(jù)總分選出優(yōu)秀作品給予表?yè)P(yáng)與獎(jiǎng)勵(lì)。在學(xué)生匯報(bào)演示過(guò)程中，學(xué)生們都覺(jué)得清理垃圾刻不容緩，人類不應(yīng)該亂扔垃圾，應(yīng)該與大自然和諧相處。搭建經(jīng)驗(yàn)交流環(huán)節(jié)，學(xué)生們還分享了遇到的困難，并用科學(xué)的方法解釋了原理，如第二組打撈模型設(shè)計(jì)失誤，忽視了水的浮力，從而不能下潛;第六組代碼邏輯異常，打撈設(shè)備動(dòng)作緩慢;第八組因?yàn)槟Σ亮μ?，設(shè)備無(wú)法拖動(dòng)垃圾。課程表明，在6E教學(xué)模式下，STEM課程層層遞進(jìn)且互相關(guān)聯(lián)，學(xué)生們不但掌握了海洋的知識(shí)，而且通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作搭建模型解決真實(shí)情景的問(wèn)題，最終完成探究任務(wù)。

教學(xué)總結(jié)反思

本次環(huán)境教育STEM課程采用6E教學(xué)模式，聚焦“打撈海洋垃圾”，學(xué)生不僅加深了與海洋的關(guān)聯(lián)性，了解海洋的資源與目前存在的污染，同時(shí)運(yùn)用工程思維開(kāi)展科學(xué)探究，運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決真實(shí)情境的問(wèn)題，最終順利解救了小鯨魚(yú)。由此可見(jiàn)，STEM課程有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與合作能力，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的能力，這正是當(dāng)今提倡的素質(zhì)教育的重要一環(huán)，也是學(xué)生成長(zhǎng)必備的品質(zhì)與能力。本課程還存在著一些不足，教師的主要責(zé)任是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課程應(yīng)該增加學(xué)生探究與討論的時(shí)間，從而讓學(xué)生理解并掌握正確的知識(shí)與策略。此外，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重學(xué)生學(xué)習(xí)支架的構(gòu)建，將復(fù)雜的任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)小項(xiàng)目，在提供模擬軟件的同時(shí)促使學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)。教師需要將重心放在學(xué)習(xí)單的設(shè)計(jì)上，由于學(xué)生們不愿意填寫大量文字內(nèi)容，教師可以精簡(jiǎn)知識(shí)點(diǎn)并提高學(xué)習(xí)單整體的美觀性與趣味性。作為一名未來(lái)的教育工作者，應(yīng)不斷學(xué)習(xí)多學(xué)科知識(shí)，提高STEM教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力，將科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)滲透進(jìn)課堂，最大限度地發(fā)掘?qū)W生們的潛能，致力于學(xué)生的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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