小工匠，大工程——以《投石车的制作与探究》为例，浅谈STEM在初中劳技教学中的应用

王 亭

（江苏省苏州市工业园区星海实验中学）

所谓STEM，就是科学（Science）、技术（Technology）、 工 程（Engineering）、 数 学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写。

STEM教育对于改变以老师为中心的课堂教学模式有显著的效果，是探寻同种问题深层次研究、同种问题多重解决方法，探索发现式学习的课堂模式。这个模式要求以学生为中心，让每个学生都分配到角色，都积极参与进来，最大限度地发挥个人和团队的力量，以寻求解决问题的最佳途径。

在日常教学活动中，我尝试将STEM融入初中劳技教学中去，起到了一定的效果。现在我将自己的一点儿粗浅的经验，拿来与大家分享。

一、以项目为抓手，彰显STEM教学精髓

要上好一节融合STEM教育思想的劳技课，首先要精心选择适合劳技课堂教学的项目。我通过这几年的探索研究，初步制定了投石车项目、木梁承重项目、过山车项目、苏州园林建筑场景制作项目、孔明锁制作等项目。这些项目的共同点是具有一定的科学性、技术性，包含一定的工程原理且具有较强的趣味性。学生拓展空间比较大，既能够凸显团队合作精神，又能够体现学生的个性需求。

比如在木梁承重项目的学习过程中，学生不但需要了解桥梁的发展历史，还需要知道历史上著名的桥梁，更要了解桥梁的结构和相关的力学知识，知道桥梁怎样的构造能够承载最大的重量。当然，在制作桥梁的过程中，还需要了解相关木材的特性，比如吸水性能、变形状况、软硬程度，还要注意木纹的走向，在粘贴时候对于不同胶水的特性也需要有一定的了解。

对于一个木梁来说，抗压力往往要大于抗扭力。因此，要制作一个好木梁，首先木梁是不能扭曲的，一旦扭曲，哪怕是较小的扭曲，承重力也将大大减小，木梁很容易一下子就被压垮。所以，对于学生来说，制作一定要仔细、精良，不能弯曲变形。我引导学生通过摸索和指导，事先将所要制作的桥梁绘制在图纸上，以图纸为模板，边比对边制作，同时使用水平仪，将木梁制作得更加精准。

投石车项目也是如此，要达到将沙包投出2.5米并精准地投入“城池”的目的，需要制作细节的精准，从投臂的长短、支点的定位、载物框的位置等各个因素加以综合考虑。同样，其他的如过山车项目、苏州园林建筑场景项目等，都能帮助学生在制作中很好地发挥团队作用，很好地体现学生的创新能力，从而彰显STEM教学的精髓。

二、以问题为切入点，寻求积极有效的探究途径

将STEM融入劳技课堂教学中，除了以项目课题为抓手以外，还要以问题为切入点。学生串联起以往的知识点，并加以综合使用，寻求问题的解决途径。让学生通过合作的形式，积极参与探究，达到培养创新意识、提高创新能力的目标。

投石车是古代的一种重要战争工具。我将投石车的研究作为一个综合研究课题，引入初中劳技课堂教学中。从认识投石车，了解投石车的历史，到了解投石车的原理、大体构造，再到动手探究制作。动手探究制作的环节分为三个层级，即用相同材料做同样的车、用不同材料做同样的车、用不同材料做不同的车。

在第一阶段用相同材料制作投石车的时候，我让学生先制作一个简易投石车，要求投石车能够将沙包投到2.5米远的城堡模型中。学生分组合作制作了投石车以后，先进行试投。这个时候，学生出现了很多问题，导致沙包飞不远。比如投石臂晃动不稳、支点辐条被力压弯、支点KT板小孔破裂、载物框晃动、投石橡筋容易脱落、载物杯大小不合适等问题。问题出现后，我们分析后发现这些问题其实都具有共性，但是解决的途径可以各不相同。我让学生分组讨论，逐个探究改良，然后进行全班汇报交流。在交流的过程中，碰撞出思维的火花，各个小组的同学们彼此学习对方的有效方法，然后进一步改进运用，最后制作出自己小组满意的作品。学生对方法的理解，其实也是解决如何使投石车更符合科学性的问题，学生在不知不觉中学到科学知识，掌握了科学的方法。

在投石车的系列课堂教学中，我始终贯彻STEM的思想精髓。以学生为中心，以问题为引导，通过旧问题引出新问题，层层深入，层层递进。让学生通过合作交流的方式，探究制作，逐步完善，最终形成一个比较满意的结果。在这一过程中，每个学生都分配到了任务，都积极参与进来，团队和个人的力量得到了较好的发挥。通过三个难度层次的构建，让学生从易到难，既解决了问题，也利于项目课题的开展。

三、以过程为引导，培养学生求变创新的思维和能力

在劳技课中，力求培养学生发现问题、研究问题、解决问题的具有创新思维特征的能力。这种过程性的培养，能带动学生学习的兴趣，提高他们学习的主动性，同时活跃课堂氛围，让学生对于学习制作不再感到是一种压力，而是激发出了自己的潜能。

我通过一些项目让学生研究，既着眼于项目作品的整体效果，更注重项目单个问题解决的效果。还是以投石车为例，当学生制作了投石车后发现沙包投不远，这是一个比较普遍的问题，也是一个核心的问题。沙包之所以投不远，学生讨论发现，它是由制作中的许多小问题累积而成。于是，我让小组成员自行选择其中的一到两个问题进行研究。拿“支撑轴对应KT板的小孔容易破裂”这个问题来说，不同的小组解决的方式就不相同。有的小组想出的办法是：在小孔的两边粘贴布基胶带进行加固，因为布基胶带十分牢固，不容易被撕扯破；有的小组想出的办法是在小孔两边再多粘贴几层KT板进行加固；而有的小组则想到，在支撑轴位于支点的部位加轴套的方法来解决。对比改进前后的投沙包的效果，可以看出，经过改进以后沙包的投掷效果明显提升。当然，也有改进失败的小组，通过和成功小组的对比，从而发现自己小组的不足，然后加以改进。

在这里，通过一个激趣问题，促进了学生进行发散性思维，并在实际操作中加以验证。有些想法不一定一开始就会成功，还需要进一步的改进才能达到自己小组比较满意的程度。这种方法，完全贯彻了STEM的精髓，即以工程项目为引导，学生为中心、为主体，充分发挥了团队协作的精神，开展合理的、认真的思索，以科学的价值观为导向，认真探究，反复论证。通过积累小成功，最后达到大成功。

总之，我个人感觉，劳技教学中渗透STEM教学理论，能够充分发挥学生的潜能，也使得劳技课更生动有趣。学生在学习科学知识的同时，不知不觉提高了创新能力，通过长期的培养与锻炼，也养成了善于思索、勤于探究的良好习惯。