基于STEM理念的活动开发

罗佳美 严文法 马圆

摘要：作者基于STEM教育理念，综合科学知识、计算机技术、工程思想和数学统计分析等多学科领域，开发出一套完整的STEM活动——“制定一日食谱”。该活动以高中化学选修I第一章“关注营养平衡”为核心知识，并利用计算机软件“营养计算器”来进行一日食谱编制，体现了STEM教育的多学科融合和问题式项目式学习的特点，培养高中生的合作意识和实际问题的解决能力。

关键词：STEM教育;活动开发;制定食谱;化学教学

文章编号：1008-0546（2018）10-0016-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

一、STEM的源起及价值

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的简写，作为教育研究中的一个热点议题，备受国内外教育研究者的关注川。STEM教育不是简单地把科学、技术、工程和数学知识进行叠加，而是强调将原本分散的四门学科组成新的整体[2]。

它是1980年代美国为提升国家竞争力和劳动力创新能力而提出的一项国家教育战略，旨在掃破学科领域边界，培养学生的科技理工素养[3]。我国的STEM教育起步较晚，在基础教育阶段还没有建立起完整的STEM教育体系。鉴于美国发展STEM教育所取得的巨大成就，重视并发展我国的STEM教育基葫深远意义[4]。

化学学科作为一门科学课程，不只是单纯地传授给学生一些理论知识，而应该是让大多数将来很可能不从事化学研究的普通学生通过化学课程的学习，对化学产生兴趣，提高科学素养，并对他们今后的生存发展有所帮助[5]。2018年颁布的新课程标准更加关注社会现实生活，关注工程思想，强调学科之间的融合，要求学生了解化学与生活和社会发展的重要关系。STEM教育理念的兴起为我国教育工作者提供了一条崭新的思路。

二、活动设计

1.研究选题

高二学生正在学习化学选修教材，本活动正是以高二学生为研究对象，以化学选修一《化学与生活》第一章“关注营养平衡”为知识内容载体，开展STEM活动设计。在学生学习完第一章后进行该STEM活动，既可以巩固所学知识，又可以提升综合素养，还能指导饮食健康，一举多得。

化学与生活的关系十分密切，在“关注营养平衡”这一章中，涉及有关生命基础的一些重要物质，以及它们在人体内发生的一些化学反应，如糖类、油脂、蛋白质、维生素和微量元素等，这些知识不仅从属于化学领域，同时也是生物学领域、营养学领域的交叉知识，非常适合作为跨学科跨领域活动设计的选题。因此，我们设计了基于本章知识的STEM活动——“制定一日食谱”，通过活动，学生可以更加全面地认识化学与健康饮食的关系，养成良好的饮食习惯，关注生活健康，将化学知识活学活用，培养学习化学的兴趣。

2.设计思路

在科学知识层面上，以化学知识为主，同时融合其他学科知识。化学知识涉及糖类、油脂、蛋白质、维生素和微量元素的性质、结构、作用、体内化学反应等，生物学知识涉及各类营养素对于人体的重要生理作用及维持人体健康的最低、最高摄人量，营养学知识涉及《中国居民膳食指南（2016）》。

在技术层面，主要涉及计算机操作及软件辅助技术。本课程中的一日食谱编制依托计算机软件——“营养计算器V2.6标准版”来实现，此软件操作简洁、功能强大，既节省时间又兼具科学性，是制定食谱的得力助手。学生在学习完食谱制定的原理和步骤之后，观摩老师操作软件，再集中上机制定食谱，感受计算机辅助技术在实际问题解决中的作用。

在工程层面，以评估身边同学及老师的营养状况为切人点，引起学生学习兴趣，并引出工程设计问题“究竟怎么吃才能科学又健康呢？”体现了工程学中从明确问题到制订方案，最后测试和优化改进的系统性步骤。在活动过程中，学生还可能会遇到更加细节的问题：每种食物的具体摄人量设为多少？怎样兼顾各项营养素指标？怎么评估食谱质量？……一个又一个的问题推动项目的深入和优化，体现了问题式学习的STEM理念。

在数学层面，涉及到各项营养素指标的摄人量计算，以及与标准范围的对比，通过数据分析，不仅可以提高学生对于数字计算的敏感度，还可以据此不断调整食谱内容，优化食物配比，以达到工程问题解决的目的。

3.教学过程

（1）创设情境激发兴趣

教师通过PPT呈现几位任课老师及匿名同学的全身生活照及他们日常的饮食习惯（包括早、中、晚餐、加餐，好恶食物等），让同学们粗略评估他们的营养状况。并且进一步引出问题：怎样有针对性地对各类人群进行个性化食谱编制？

设计意图：利用生活中的真实人物例子，吸引学生注意力，激发学习兴趣，使之沉浸在情景中思考，顺理成章引出STEM活动中的工程问题，体现工程思想。

（2）知识回顾整合梳理

教师采用概念图的形式回顾第一章“关注营养平衡”的主要知识点（见图1）。

设计意图：此处主要涉及STEM中的科学知识部分，以化学选修1第一章的主要知识点为切入点，一方面可以复习刚刚学习完的知识，一方面为接下来的工程设计打下知识基础，用概念图的形式可以帮助学生建立起知识网络框架，构建整体概念。

（3）介绍食谱编制的步骤

以15～18岁青少年为研究对象，该年龄阶段刚好对应高中阶段的学生，具有很强的现实指导意义。为了兼顾科学性和简便性，我们确定编制食谱的步骤如下：

①确定对象的年龄、性别及活动量;

②软件操作：按照推荐摄人的总能量、糖类、脂肪、蛋白质、维生素等的量值从食物库中添加食物，直到满足大部分推荐量值的最佳范围;

③调试优化，最终确定一日食谱，小组间分享，实际实施食谱一天，提交活动报告。

设计意图：制定食谱编制步骤，并借助计算机辅助技术，简便快捷，体现了工程领域中的优化流程，节约成本的思想。同时研究对象的选择具有代表性，对于学生日常生活具有很强的指导意义。

（4）教师演示软件操作

①打开软件“营养计算器V2.6标准版”。

②设置对象信息，以18岁轻体力女性劳动者为例进行设置，如图2所示。

③录入食物信息，点击右侧“早餐”，再点击左下角“录入菜肴”，弹出丰富的食物库，双击库中食物名称即可添加进早餐食谱中，如图3所示。

④同理录入“午餐”“晚餐”“加餐”，如果食物库中没有想要的食物，也可以手动输入。每加入一种食物，在上方显示区中就会显示食谱中已有食物的各项营养素数值总和，可以很清晰地与推荐摄人量进行对比。

⑤不断调整优化食谱。软件可以查询相似食物、重点营养素食物等，便于有针对性地精细调整。最终应使得总能量、糖类、油脂、蛋白质、维生素（以VC为主）、微量元素（以铁为主）等营养素基本达到标准。

设计意图：体现STEM中的技术方面。计算机软件辅助技术可以大大节约我们制定食谱的时间成本，并且精确度和科学性也得到了保证。由于该软件对于学生来说是一个新鲜事物，所以需要教师先进行演示操作。

（5）学生合作自主设计

将学生分为若干小组，分别研究不同的对象，如：18岁轻体力女性劳动者、15岁轻体力男性劳动者等，按照本组的对象特征，有针对性地制定个性化食谱，注意兼顾各项营养素的范围。最终确定食谱后，选定适宜的志愿者，进行一日食谱的试吃试验，小组撰写活动报告，讨论交流评比。

设计意图：活动的实践设计洲降R。学生综合运用STEM中的科学知识、计算和时支术、工程思想和数学统计分析方法进行如普编制，合作解决小组问题，项目式推进，工程式优化，全面提升綜合素养。

三、结语

“制定一日食谱”活动以化学选修1课本核心知识为载体，同时借鉴吸收了相关生物学、营养学的研究成果，涵盖科学知识、计算机技术、工程思想、数理统计分析等多个领域，在保证科学性的前提下，适当调整相关步骤难度，简化探究过程，使之适应高中生的STEM学习水平，切实提高高中生综合素养和创新意识，培养学生化学学习兴趣和学以致用的实践理念。

参考文献

[1]蔡慧英，顾小清.设计学习技术支持STEM课堂教学的案例分析研究[J].电化教育研究，2016，37（3）：93-100

[2]Morrison，J.Workforce and school[A]Briefing book.SEEK-6 Conference[C].Washington，D.C：National Academy ofEngineering，2005：4-5

[3]王旭卿.面向STEM教育的创客教育模式研究[J].中国电化教育，2015（8）：36-41

[4]周礼，章亚楠，朱悦卫，肖多闻，周青，李高峰.基于STEM理念的校本课程——以制作“天气瓶”为例[J].化学教学，2016（10）：12-15

[5]肖敏，吴晓红.基于美国K-12阶段STEM理念的教学设计——以“‘设计一座硫酸厂”为例[J].化学教学，2016（2）：44-48