趙一凡 金鑫

STEM教育是融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科知識(shí)與技能的新型教學(xué)方式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、跨學(xué)科知識(shí)應(yīng)用能力和問題解決能力等?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）》將技術(shù)與工程納入小學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容中，并提出了學(xué)生需要掌握的技術(shù)與工程領(lǐng)域的三個(gè)核心概念。本文以教科版四上教材中的《設(shè)計(jì)與制作小車》一課為例，在STEM教育理念指導(dǎo)下，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)，對該課的教學(xué)背景、設(shè)計(jì)意圖、教學(xué)過程及結(jié)果等進(jìn)行描繪與反思，以期創(chuàng)新教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的提升。

新修訂的教科版小學(xué)科學(xué)教材，從科學(xué)大概念出發(fā)，依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，采用大單元的形式建設(shè)課程體系，有效地將事實(shí)性知識(shí)、科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)及思維技巧聯(lián)系起來。同時(shí)，新教材汲取了當(dāng)前科學(xué)教育研究的前沿成果，在單元內(nèi)容上遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計(jì)了一些與學(xué)習(xí)內(nèi)容緊密融合的STEM課程內(nèi)容，比如，四上“運(yùn)動(dòng)和力”單元中的《設(shè)計(jì)與制作小車》一課。

設(shè)計(jì)制作小車是一個(gè)經(jīng)典的STEM項(xiàng)目，如何將本課上出新意，讓該課教學(xué)效果最大化，讓學(xué)生真正學(xué)有所得，是我們要關(guān)注和思考的問題?！绊?xiàng)目驅(qū)動(dòng)，聚焦創(chuàng)新，發(fā)展思維，提升能力”是本課學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的宗旨，也是目標(biāo)。通過巧妙設(shè)置問題情境、明確需求識(shí)別條件、調(diào)研查詢設(shè)計(jì)方案、制作小車測試優(yōu)化和展示交流評估改進(jìn)五個(gè)階段，引發(fā)學(xué)生對工程設(shè)計(jì)和動(dòng)手制作的興趣，激發(fā)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)工程思維，提升綜合能力。

一、巧妙設(shè)置問題情境：故事導(dǎo)入，激趣生疑

在項(xiàng)目開展前，老師可巧妙設(shè)置問題情境，以“我們有什么辦法讓小車自己運(yùn)動(dòng)起來？”問題引入回顧舊知，引導(dǎo)學(xué)生回顧之前所學(xué)的知識(shí)，激發(fā)學(xué)生對驅(qū)動(dòng)小車方法的思考。創(chuàng)設(shè)情境，以觀看微視頻的方式走進(jìn)汽車大王——亨利·福特的故事，引導(dǎo)學(xué)生像福特一樣設(shè)計(jì)制作一輛具有動(dòng)力的小車。同時(shí)，明確本課的任務(wù)是：利用生活中的材料設(shè)計(jì)制作一輛具有動(dòng)力的小車，它能在5秒內(nèi)把兩塊橡皮運(yùn)輸?shù)?米遠(yuǎn)處。結(jié)合福特的個(gè)人經(jīng)歷，讓學(xué)生了解明確問題、制訂方案、實(shí)施方案、評估與改進(jìn)的設(shè)計(jì)制作的一般過程。取材于歷史的真實(shí)情境，既與課程內(nèi)容緊密聯(lián)系，又能激發(fā)學(xué)生的好奇心，也能起到啟發(fā)學(xué)生、鞏固新知的作用。通過巧妙創(chuàng)設(shè)的問題情境，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生整合不同學(xué)科知識(shí)并解決問題的能力，體現(xiàn)多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)的教育理念。

二、明確需求識(shí)別條件：借鑒經(jīng)驗(yàn)，懂得約束

工程設(shè)計(jì)的過程往往會(huì)受到實(shí)際需求和各種客觀條件的約束，因此，老師可結(jié)合福特的造車經(jīng)歷，引導(dǎo)學(xué)生明白造車不是一蹴而就的，需要為之付出堅(jiān)持不懈的努力。造車是一項(xiàng)復(fù)雜的工程任務(wù)，福特在造車的過程中也遇到了很多困難。為了降低造車成本，福特還發(fā)明了流水線生產(chǎn)汽車的模式，使汽車的價(jià)格大大降低，流水線生產(chǎn)的首款車型modelT也走進(jìn)了千家萬戶。學(xué)生在了解福特故事的同時(shí)，也引導(dǎo)他們聯(lián)系本課任務(wù)，在了解造車需求的基礎(chǔ)上，懂得就像福特造車一樣，小車的設(shè)計(jì)制作也有著一定的約束條件：1.車身長度不超過25厘米;2.用橡皮筋或氣球做動(dòng)力;3.只能利用提供的材料。約束條件的明確有助于學(xué)生更為清晰地完成方案的設(shè)計(jì)及小車的制作。

三、調(diào)研查詢設(shè)計(jì)方案：團(tuán)隊(duì)合作，集思廣益

對于四年級(jí)學(xué)生而言，小車的設(shè)計(jì)并不是一件輕松的事情，

所以需要引導(dǎo)學(xué)生以調(diào)研查詢等方式收集相關(guān)方面的資料，為設(shè)計(jì)方案做好準(zhǔn)備。要想設(shè)計(jì)一輛小車，首先要了解小車的結(jié)構(gòu)，老師可以給每組學(xué)生準(zhǔn)備一輛小車，請他們認(rèn)真觀察并思考：小車由哪幾部分組成？每一部分的特點(diǎn)和作用又是什么？學(xué)生分組匯報(bào)，老師把學(xué)生的想法記錄在班級(jí)記錄表上。在認(rèn)識(shí)小車結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，老師可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生從動(dòng)力方式、各部分所用材料、每種材料的加工方式和使用工具、各部分的連接方式等方面收集信息，思考小車的設(shè)計(jì)方案。引導(dǎo)學(xué)生像工程師一樣繪制小車的設(shè)計(jì)圖，傳授草圖繪制的方法和注意事項(xiàng)。

設(shè)計(jì)之前，向?qū)W生出示設(shè)計(jì)圖的評價(jià)量表（如表1），明確設(shè)計(jì)的具體要求，幫助學(xué)生更好地完成設(shè)計(jì)。同時(shí)，提醒學(xué)生每種材料只提供一個(gè)樣品，將需要的數(shù)量寫在“成本控制區(qū)”;畫設(shè)計(jì)圖前進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，然后小組形成統(tǒng)一方案;設(shè)計(jì)時(shí)，人人動(dòng)手，及時(shí)記錄，輕聲討論。在明確設(shè)計(jì)具體要求的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)視角作圖，團(tuán)隊(duì)協(xié)作努力讓設(shè)計(jì)的小車更合理、更科學(xué)、更美觀。

在設(shè)計(jì)完成后，請各個(gè)小組上臺(tái)展示、交流設(shè)計(jì)方案。要求說一說有哪些優(yōu)勢和不足，其他小組依據(jù)評價(jià)單完成組間互評，并向展示小組提一提改進(jìn)建議。在交流互動(dòng)中，促進(jìn)各小組方案的進(jìn)一步完善。

四、制作小車測試優(yōu)化：迭代創(chuàng)新，精益求精

在正式制作之前，需要引導(dǎo)學(xué)生對照材料清單，再次熟悉自己小組的設(shè)計(jì)圖，同時(shí)出示小車制作評價(jià)量表（如表2）。在學(xué)生領(lǐng)取材料之前，先組織學(xué)生交流怎樣分工能夠更快更好地完成任務(wù)。為學(xué)生提供福特發(fā)明的流水線生產(chǎn)模式相關(guān)資料，討論汽車大

批量生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。和福特造車一樣，小車的制作也需遵循一定流程，即確定組裝步驟、選擇材料和工具、加工材料、組裝和調(diào)試。學(xué)生在動(dòng)手操作之前，需明確造車的這一流程。在此基礎(chǔ)上，老師組織學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成小車制作，組織學(xué)生匯報(bào)設(shè)計(jì)思路、展示設(shè)計(jì)圖、介紹組裝流程、測試小車。在測試優(yōu)化環(huán)節(jié)，再次向?qū)W生強(qiáng)調(diào)任務(wù)的基本要求，為學(xué)生選擇一個(gè)較為空曠的場所開展測試與優(yōu)化。針對出現(xiàn)的共性問題，可以組織學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)和組間的研討活動(dòng)，以期找到問題解決方案，從中也培養(yǎng)學(xué)生的合作與表達(dá)能力。

五、展示交流評估改進(jìn)：經(jīng)驗(yàn)共享，互學(xué)共長

小車測試結(jié)束后，以班級(jí)賽車的形式進(jìn)行展示交流與評估改進(jìn)。組織學(xué)生以小組為單位，上臺(tái)展示自己小組的小車，按照要求，小車完成既定的任務(wù)。其他小組按照小車制作評價(jià)量表，對本組和其他小組的小車進(jìn)行評估，并積極地向臺(tái)上小組提出建議與意見。算出每個(gè)小組的總分并綜合考慮組員表現(xiàn)，評出比賽的獲勝小組。各個(gè)小組根據(jù)評估情況，進(jìn)一步反思設(shè)計(jì)和制作過程，對小車進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)完善。同時(shí)，老師需引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步反思自己在整個(gè)設(shè)計(jì)制作過程中的表現(xiàn)，總結(jié)優(yōu)勢與不足，促進(jìn)他們在反思中實(shí)現(xiàn)自我的提升。

本課在STEM 教育理念指導(dǎo)下，由項(xiàng)目式學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)，遵循工程設(shè)計(jì)的一般流程，針對設(shè)計(jì)制作動(dòng)力的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生像工程師一樣在真實(shí)情境中針對任務(wù)進(jìn)行查詢與調(diào)研、構(gòu)思，并篩選解決方案、做出模型、測試與優(yōu)化產(chǎn)品、表達(dá)與交流工程設(shè)計(jì)方案及模型。整個(gè)學(xué)習(xí)過程其實(shí)是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程，而且需要質(zhì)疑、創(chuàng)新、實(shí)踐與合作。面對困難時(shí)，需要堅(jiān)定的毅力;遭遇失敗時(shí)，需要“重新開始”和“從頭再來”。學(xué)生像科學(xué)家與工程師一樣，經(jīng)歷科學(xué)探究與工程實(shí)踐活動(dòng)過程，聚焦創(chuàng)新，發(fā)展思維，提升能力，每一位學(xué)生的成長得以真實(shí)發(fā)生。本課在教學(xué)評價(jià)的多元化、學(xué)習(xí)反饋模式、教學(xué)活動(dòng)組織等方面還有待進(jìn)一步優(yōu)化。