【摘 要】STEM教育建立在學科融合的基礎(chǔ)上，注重知識的整合與聯(lián)系，重視學生綜合運用知識的能力，成為全球教育改革的重要方向。本案例引導(dǎo)學生關(guān)注廚余垃圾處理的社會問題，并以此為驅(qū)動，借助數(shù)字化應(yīng)用設(shè)計并實施“廚余垃圾華麗變身”項目式學習，有效提升了學生的科學素養(yǎng)，增強了學生對環(huán)境保護的責任感和變廢為寶的理念，促進了學生跨學科思維的發(fā)展，取得一定社會影響。

【關(guān)鍵詞】STEM教育；廚余垃圾；跨學科教學；項目式學習

【中圖分類號】G434 【文獻標志碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）09-060-03

STEM教育源于美國，是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四個領(lǐng)域融合教育的簡稱。STEM教育理念強調(diào)培養(yǎng)學生的探究能力、創(chuàng)新能力和實踐能力，其在課程中的應(yīng)用和實施，是未來教育發(fā)展的必然方向。作為一種教育教學的新方式，STEM教育以項目式學習為實施流程，將科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學等學科知識綜合應(yīng)用于學科教育，旨在推動技術(shù)驅(qū)動的教學創(chuàng)新[1]。

基于STEM理念的跨學科項目式學習

項目式學習（Project-Based Learning）由20世紀的“設(shè)計教學法”演變而來。北京師范大學楊明全教授將其定義為：項目式學習是一種建構(gòu)性的教與學方式，教師將學生的學習任務(wù)項目化，指導(dǎo)學生基于真實情境而提出問題，并利用相關(guān)知識與信息資料開展研究、設(shè)計和實踐操作，最終解決問題并展示和分析項目成果[2]。教育部頒發(fā)的《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》中提出，各門課程原則上至少要用10%的課時設(shè)計跨學科主題學習，強調(diào)學科間知識與方法的“聯(lián)結(jié)”。

本案例以學校廚余垃圾的處理問題為驅(qū)動，借助數(shù)字化應(yīng)用在高中一年級的特色課中開展了“廚余垃圾華麗變身”項目式學習，探討借助數(shù)字化應(yīng)用設(shè)計基于STEM理念的高中階段跨學科融合課程。

基于STEM理念的跨學科項目式教學實踐

1.STEM跨學科特色課程的內(nèi)容分析

本項目式學習基于垃圾對于環(huán)境影響的現(xiàn)狀，聚焦廚余垃圾的資源化處理。教師在宣傳和指導(dǎo)學生開展垃圾分類學習和實踐的基礎(chǔ)上，從廚余垃圾中尋找“寶藏”，對部分垃圾開發(fā)再造。比如，用果皮與菜葉進行堆肥或制作酵素；用廢油制作肥皂或香皂。該項目將可用垃圾變廢為寶，重新服務(wù)我們的生活，同時嘗試通過自己的行為影響身邊的人和事發(fā)生變化，創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境等。

本課程內(nèi)容基于高中化學和生物的核心知識，重點關(guān)注科學分類、合理轉(zhuǎn)化、改善環(huán)境三個方面，以廚余垃圾為研究對象，基于物質(zhì)的存在形態(tài)合理選擇分類標準，基于物質(zhì)的不同性質(zhì)進行合理轉(zhuǎn)化，最終實現(xiàn)變廢為寶、改善環(huán)境的美好結(jié)果。

根據(jù)項目內(nèi)容分析，教學內(nèi)容包括實地調(diào)查、查閱文獻資料、設(shè)計方案并實踐、分享交流、廣泛宣傳五個方面，以如何讓學校里3個食堂內(nèi)的廚余垃圾華麗變身為寶的真實情境貫穿于整個過程。

2.STEM跨學科特色課程的學生分析

高中一年級學生已經(jīng)完成國家義務(wù)教育階段全部課程，具備了一定的邏輯思維、抽象思維和創(chuàng)新能力，但對各學科的興趣尚未固定。他們需要在高中階段學會獨立思考和解決問題，培養(yǎng)自主學習的能力；學會與同學、老師交流溝通，共同完成學習任務(wù)，培養(yǎng)團隊協(xié)作能力；關(guān)注人類面臨的緊迫社會問題，培養(yǎng)社會責任感、參與意識和決策能力。但是因高中學業(yè)緊張，導(dǎo)致很多實驗學習只是停留在視頻階段，有些學生被動選擇而不求甚解。

3.STEM跨學科特色課程的項目目標

STEM教育的目標是培養(yǎng)學生的STEM素養(yǎng)，即學生通過在真實項目中的實踐，從多個方面對一種科學現(xiàn)象進行探索與思考，提升科學素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學素養(yǎng)，以達到培養(yǎng)學生跨學科多元思維的目標[3]。

本項目的學習以如何將學校食堂廚余垃圾變廢為寶而華麗變身為真實情B2ADpOFQamvL6ViyxDSdYg==景，基于STEM設(shè)計理念及高中課程標準的內(nèi)容要求、學業(yè)要求和學業(yè)質(zhì)量標準，圍繞發(fā)展學生核心素養(yǎng)，制訂如下學習目標。

（1）S（科學原理維度）：了解各類廚余垃圾屬性及其分類方法；了解廚余垃圾制作的環(huán)保酵素、發(fā)酵堆肥、制作肥皂的原理；探究條件改變對于酵素、堆肥效果的影響。

（2）T（技術(shù)手段維度）：了解廚余垃圾的處理方法；了解各類實驗材料的使用方法；選擇適當?shù)墓ぞ咧谱鹘退?、堆肥以及制作肥皂?/p>

（3）E（工程思維維度）：了解廚余垃圾分類和處理的完整流程；利用思維導(dǎo)圖等來梳理廚余垃圾的資源化處理方法；根據(jù)學校食堂的實際問題制定解決方案，并修改完善。

（4）M（數(shù)學方法維度）：了解數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法，根據(jù)實際需要收集數(shù)據(jù)并進行分析；掌握問卷調(diào)查和制作方法；根據(jù)需要計算所需材料，進行成本預(yù)算；培養(yǎng)利用理性思維和嚴密的邏輯思維來解決問題的能力。

（5）態(tài)度責任維度：增強環(huán)保意識和社會責任感，樹立利用科學技術(shù)解決問題的意識，尤其增強廢物利用、變廢為寶的理念。

4.STEM跨學科特色課程的安排

本項目從實際情況出發(fā)，利用學校每周三下午第9節(jié)的特色課時間開展，共10課時，約3個月內(nèi)完成，由多學科教師共同參與。課程先后安排了前測、調(diào)研學校內(nèi)三個食堂每日的廚余垃圾處理情況、學習相關(guān)STEM詞匯、設(shè)計廢物利用的方案、分組體驗、改進工具和方案、設(shè)計宣傳方案以及給校長寫信、后測等十多個學習任務(wù)，突顯教學內(nèi)容的系統(tǒng)性、實用性、創(chuàng)新性和跨學科性。

課時1：在線上與線下混合學習環(huán)境中，學生進行前測后觀看“廚余垃圾去哪兒了”（華南師范大學黃嘉華提供省大學生微課比賽作品），初步了解廚余垃圾現(xiàn)有處理方法，依據(jù)模擬轉(zhuǎn)化垃圾的選擇情況進行分組，課后對身邊的廚余垃圾數(shù)量和處理情況做調(diào)查。

課時2：在混合學習環(huán)境中，學生交流調(diào)查結(jié)果，學習相關(guān)STEM 詞匯，如厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵、皂化反應(yīng)等等。

課時3：在混合學習環(huán)境中，學生通過模擬實驗進行工具的設(shè)計和選擇，課后進行制作或準備。

課時4：在混合學習環(huán)境中，學生擇優(yōu)展示工具后，分組設(shè)計實驗對比表格，為實驗操作課重新制定標準。

課時5～7：在實驗室或生物園中，學生分小組進行堆肥、制作酵素、制作肥皂等實踐活動，進行相關(guān)職業(yè)體驗；設(shè)計宣傳方案。

課時8：在混合學習環(huán)境中，學生分小組進行成果展示和答疑，體驗成果的喜悅；交流各自的宣傳方案；課后在家庭或社區(qū)進行垃圾分類及垃圾變廢為寶的宣傳。

課時9：在混合學習環(huán)境中，學生用思維導(dǎo)圖的形式整理廚余垃圾華麗變身的流程，分享各自的宣傳效果。

課時10：在混合學習環(huán)境中，學生給校長寫信，就學校廚余垃圾現(xiàn)狀提供寶貴意見；進行后測。

在學習開展過程中，教師結(jié)合實際問題讓學生感受物質(zhì)變化與化學反應(yīng)在解決生產(chǎn)生活實際問題中的應(yīng)用，融合STEM 教育理念，重點關(guān)注物質(zhì)與能量、穩(wěn)定與變化兩組跨學科概念。奠定學生基本的世界觀，為其客觀理解自然及自然現(xiàn)象、進而揭示未知世界打下基礎(chǔ)，同時理解自然界一切事物都在變化之中，但又具有相對穩(wěn)定性，通過變化可以尋找事物內(nèi)在的規(guī)律。整個項目活動以解決廚余垃圾變廢為寶的問題為核心，基于工程設(shè)計和多學科融合展開，讓學生通過任務(wù)打卡方式學習強化知識的同時，深刻體會“世上沒有絕對的垃圾，只有放錯位置的資源”。

5.STEM跨學科特色課程的實踐活動

本項目是基于真實情景：學校內(nèi)三個食堂每日近千斤的廚余垃圾如何科學處理，驅(qū)動學生思考本質(zhì)問題并嘗試解決實際問題。項目的本質(zhì)問題是關(guān)于物質(zhì)變化的學科性知識，由教師在設(shè)計課程中提出，屬于抽象問題，也是學科知識中的關(guān)鍵問題。項目通過真實問題作為驅(qū)動，引發(fā)學生的思考和探索，在課程名稱中就蘊含了驅(qū)動性問題“廚余垃圾如何變廢為寶實現(xiàn)華麗變身”？圍繞上述問題設(shè)計活動，讓學生經(jīng)歷走訪調(diào)研、科學實驗等實踐活動，培養(yǎng)學生化學、生物、數(shù)學等學科核心素養(yǎng)。

走訪調(diào)研屬于社會性實踐，側(cè)重培養(yǎng)學生溝通、交流、傾聽、討論、尊重他人、尋求幫助、團隊和合作、口頭和書面報告等能力。如第1課后的任務(wù)是調(diào)查學校和普通家庭每日產(chǎn)生廚余垃圾的數(shù)量以及處理方式。

教師提出調(diào)研指引：請你在課后選擇校園餐廳負責人、社區(qū)垃圾處理站負責人、小區(qū)物業(yè)管理員、居民其中的一人或多人進行采訪，了解廚余垃圾的數(shù)量以及收集方式，制作采訪單后進行調(diào)查，要注意根據(jù)被采訪者的身份變化采取不同的提問方式。

科學實驗屬于探究性實踐，學生分小組進行了廚余果蔬堆肥、制作環(huán)保酵素、制作肥皂等實踐活動，在這個過程中通過觀察和記錄，從而深刻理解物質(zhì)的變化，探究反應(yīng)條件的控制等；各小組還在教師指導(dǎo)下種植了菜苗，通過生長情況對比肥料效果，體驗將廚余垃圾變廢為寶的喜悅感；此外，宣傳海報的設(shè)計過程也讓學生充分思考了如何將科學進行藝術(shù)性表達。

6.STEM跨學科特色課程的數(shù)字化應(yīng)用

本項目的學習方式多樣化，除了實踐操作在化學實驗室進行，還運用數(shù)字化工具獲取、管理與制作數(shù)字教育資源，如制作微課視頻、動畫演示垃圾處理原理以及利用NOBOOK虛擬實驗室等，并依據(jù)項目目標設(shè)計了融合數(shù)字技術(shù)資源的教學活動，如前后測問卷、模擬實驗、給校長寫信等，均是在混合學習環(huán)境中完成，其過程可留痕且互動性強。

7.STEM跨學科特色課程的成果展示

（1）結(jié)果分析

通過前測和后測問卷，收集了學生在環(huán)境知識、態(tài)度和行為方面的變化數(shù)據(jù)。課程實施前后的對比分析顯示，學生在環(huán)境知識掌握方面有了顯著提高。在實踐活動中，學生能運用所學的化學知識解決實際問題，如通過pH值的調(diào)節(jié)優(yōu)化堆肥過程等。此外，學生們在設(shè)計和實施調(diào)查問卷的過程中，提高了數(shù)據(jù)分析和批判性思維能力。給校長寫信的活動增強了學生的社會參與意識和溝通表達能力。

（2）取得的成效與社會影響

通過此次活動，我們?nèi)〉靡恍┏尚В簩W生對廚余垃圾的處理有了更深入的了解，環(huán)保意識得到了提高，變廢為寶的理念進一步被強化；我們成功地探索出了一種適合學校環(huán)境的廚余垃圾處理模式；學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力得到了鍛煉和提高。

此次活動在社會上也產(chǎn)生了一定的影響，引起了學校領(lǐng)導(dǎo)、部分參與同學的家庭對廚余垃圾處理的關(guān)注，并為其他學校開展環(huán)?；顒犹峁┝私梃b。此外，通過學生的實踐活動，促進學校、社區(qū)的環(huán)保建設(shè)，增強了學生的社會責任感和團隊協(xié)作能力。

基于STEM理念跨學科特色課程項目的亮點

通過課內(nèi)外結(jié)合、線上線下結(jié)合的科學教育活動，引導(dǎo)學生探索廚余垃圾處理的創(chuàng)新方法，實現(xiàn)資源的有效利用。高中學生具備化學和生物的基本知識，對于廚余垃圾的處理方法可以作出合理解釋，并結(jié)合實際情況提出新的處理方法設(shè)想，通過查閱文獻優(yōu)選方案，鍛煉了批判性思維、創(chuàng)新思維和問題解決能力、動手能力等科學素養(yǎng)。同時，為其他學校開展類似活動提供可借鑒的經(jīng)驗。

“廚余垃圾華麗變身”特色課程的成功實施，證明了STEM教育在高中特色課程教學中的可行性和有效性。該課程不僅提高了學生的環(huán)境知識和科學素養(yǎng)，還促進了他們在環(huán)境態(tài)度和行為上的積極變化。就在近期，國務(wù)院新聞辦公室發(fā)布《中國的海洋生態(tài)環(huán)境保護》白皮書并舉行了新聞發(fā)布會，生態(tài)環(huán)境部領(lǐng)導(dǎo)在會上向記者展示了一條有著水清灘凈、魚鷗翔集、人海和諧圖案的漂亮絲巾，迅速引起網(wǎng)友們的熱議，這也讓所有參與過本項目學習的學生興奮不已，因為這條絲巾是由廢棄塑料瓶制成的。當了解到絲巾的原產(chǎn)地是廣州市南沙區(qū)坦頭村后，有部分同學當即計劃利用暑期研學去一探究竟。

注：本文系廣州市教育科學規(guī)劃2022年度課題“素養(yǎng)導(dǎo)向的STEM教育探索創(chuàng)新團隊”（課題編號：202213992）的階段性成果

參考文獻

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