小学STEM教育实践例谈

叶荣根

导 读：

STEM是科学、技术、工程和数学的英文单词首字母的缩写，它源于美国对国家人才战略的思考，近年来风靡全球。STEM课程的样态、STEM课程的特点、STEM项目的标准，是STEM教育活动的三个重点。把握好这三个重点，可以有效促进STEM教育活动的顺利开展，进而在活动中培养学生的动手能力和沟通评价能力，提升学生的创新思维。

2017年教育部发布了《教育部关于印发〈义务教育小学科学课程标准〉的通知》，明确了中国版STEM概念：科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）与数学（mathematics）。《通知》中指出，STEM是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，有利于学生创新能力的培养。可见，教育部将STEM概念进行了本土化阐释，不同于国外强调理工科，国内的STEM更加强调跨学科、项目化学习，目的直指培养创新能力、实践能力、解决实际问题的能力。

一、STEM课程的样态

案例一：设计并制作一个时钟

1.发现问题

虽然时钟是非常普遍的计时工具，但个性定制的时钟会受到更多人的青睐。学生在讨论时发现有几个问题：

（1）既然市场上产品已经比较成熟，那什么样的时钟才会有卖点？

（2）时钟设计和制作的关键要素还是在外观。

2.解决问题

通过查阅资料和上网搜寻各种图片，学生发现：

（1）大部分时钟设计上虽然造型多种多样，但表面以平面彩绘和印刷为主，如果进行整体立体设计可能更有卖点。

（2）时钟创意重在外形的变化，极少考虑购买者的意愿要求。

（3）时钟装饰时可以考虑加入地方文化特色。

3.绘制设计图

设计图要彩色的，可以利用多媒体进行设计。

4.绘制工程图

根据每个部件的大小、形状等绘制出工程图。

5.选材制作

教师提供木板、纸板、亚克力板和铝板等材料让学生自主选择，同时提供美工刀、三角尺等工具供学生使用。

这是一个比较典型的STEM项目设计案例。学生在设计制作过程中会运用到各种技术，像多媒体、无线传输打印等，体现了STEM课程中的T（技术）的要求，同时课程的制作过程又与E（工程）有着较强关联。不仅如此，学生在活动中对科学知识的探寻，对图纸的绘制和测量又体现了S和M的素养要求。

上面案例是学校实施STEM课程中的一种样态。STEM在学校一般以三种方式存在：

（1）分科的STEM教育样态

学校的STEM课程由科学课程、设计与技术课程、数学课程、3D打印课程、编程课程等组成，形成STEM课程群。所有这些课程都是在满足国家课程标准的前提下进行校本化实施。

（2）综合的STEM教育样态

以STEM为课程名称，以独立的样态、社团活动的形式出现在学校课程群中，如创客教育、机器人社团等。

（3）拓展和延伸的STEM教育样态

除了学校正规教育环境里的STEM教育以外，学生还可以参加社会教育机构的一些STEM教育活動或者拓展训练营（如野外求生）等活动，也可以学生自主发现问题，以STEM方式加以研究和解决。

二、STEM课程的特点

案例二：水果电池

第一部分  调查与研究

活动1：干电池是如何工作的？

要求：通过阅读和探索，了解干电池的结构和工作原理;通过实验点亮LED灯，并画出简单电路图;通过万用表测量，研究LED灯亮与哪些因素有关。

活动2：土豆能供电吗？

要求：用万用表测量并记录土豆的电压;试着用土豆电池点亮LED灯，将过程记录下来。

活动3：探索水果电池的电压。

要求：测量不同水果的电压，研究影响水果电池电压的因素。

活动4：如何让绿色电池性能更佳？

要求：制作不同的电路，研究最佳的电源方案。探索含有果酸的其他液体饮料是否能做成电源。

第二部分  设计与制作

按下列要求设计制作绿色电池：

1.至少能够带动一个家用电器进行工作;

2.供电时间越长越好;

3.电池材料安全、无毒、无害，且造价成本合理;

4.产品设计新颖，便于携带。

第三部分  展示与评价

要求：以“绿色电池展示会”的形式展示、推介自己的作品，并进行自我评价和互评。

第四部分  拓展与应用

了解同一领域国内外的做法和经验，了解多种多样的发电物质。假如你是能源工程师，你如何转化和利用能源？

这个STEM主题活动分为五个部分：问题聚焦、调查研究、设计制作、展示评价、拓展应用。在此过程中，学生对科学、技术、工程、数学方面知识都有所运用，学生“像科学家、工程师般质疑和探究”，学生的学习过程就像科学家对自然的探究、工程师对实际问题的解决过程。从建立系统模型到问题解决，其中包括观察、建立系统模型、设计和执行研究计划、分析数据、运用数学逻辑和量化思维、形成答案和工程设计方案、进行基于实际的批判性论证、获得问题解决方案并对其进行评估和表述。这充分体现了STEM课程的特点：

（1）项目驱动。STEM课程多以项目作支撑，以开放性的真实问题作为导向，让学生围绕项目解决问题、完成任务。STEM项目驱动下的学习，旨在丰富学生对事物的认识，注重将学术性知识转化为生活经验知识。

（2）合作探究。一个完整的STEM项目学习，一般由4—6人的学习小组共同完成。学习小组成为学生完成STEM任务最重要的形式。在每个STEM项目中，学习小组的各个成员相互交流，分享信息和经验，从而解决问题。

（3）知识整合。STEM课程作为跨学科课程，科学、技术、工程、数学知识以整合的形式出现。教师需要围绕某个涉及不同领域的大概念，将不同学科知识按照一定的课程逻辑进行整合，从而将分散的学科知识进行结构化组合。

（4）实践应用。STEM课程的教学过程强调实践性，注重课程内容与社会实践的紧密联系，旨在让学生在实践中学习，从而获取知识和技能，并应用于真实情境的问题解决。在整个STEM实践应用过程中，能让学生体验到知识应用于生活的真实感受。

（5）跨界聚合。STEM课程实施需要丰富的资源环境，通过各种学习环境中持续的信息传达、指导与资源供给，支持学生进行STEM学习。这就要求学校打通与社会间的通道，找到相互之间的STEM内容关联点，跨界聚合资源和环境。

三、STEM项目的标准

案例三：制作小船

1.主题介绍

“制作小船”主要包括以下两个模块的内容：

模块1：驱动问题——思考如何影响小船的浮力。学生制作不同材料的模型船并进行测试，确定哪些物体沉;测试物体，发现如何影响浮力。

模块2：核心概念——项目涉及的各门课程的知识：浮、沉、浮力（科学）;平稳（技术）;船的建造（工程）;对比、排序、轻、重等（数学）。

2.活动过程

活动过程分为五个部分：发现问题，明确需要解决的问题;设计，画出想要制作的船的示意图;选择材料，思考制作需要的材料，并在图中标出，说明某种材料未使用的原因;制作和测试，制作出你设计的船，并在水中进行测试;记录和分享，比较自己和同伴的船，思考如何使你的船变得更好。

3.活动评价

“制作小船”STEM 项目有三种评价方式：传统评价，检测学生对船的形状、设计等内容的理解;绩效评估，学生需要设计出较稳定的船;标准化测验，主要是检测学生对浮、沉、浮力、排序等内容的深层次理解和应用。

这个项目由三部分组成，即主题介绍、教学过程和活动评价，体现了高质量的STEM課程项目的特点：

1.项目建立在学生兴趣之上

STEM课程价值巨大，但是要基于学生的兴趣。只有适合学生年龄特点、学生感兴趣的才是好的项目，制作小船的项目就为学生所喜爱，其他如陀螺机器人等也是学生爱学爱玩的项目。

2.项目建立在真实情境之中

STEM项目学习要以真实的生活为背景，基于现实的需要。船是重要的交通工具，其他如自动感应栏杆、走廊声控灯等，也能让学生感受到学习的现实意义。

3.项目涉及多门学科知识

跨学科性是STEM课程的生命和价值所在，项目学习的内容要来源于生活中各种复杂的、非预测性的、多学科知识交叉的问题，这样才能充分彰显课程的价值。本项目中，小船的设计、制作，浮力的测定等活动就需要科学、工程、设计和数学等学科知识的参与。

4.项目要恰当地运用新技术

新技术已经逐渐应用到教育的各个领域，STEM课程尤其要重视新技术的运用，如智能机器人、3D打印、多媒体、脑科学技术等。

美国“项目引路”机构是这样描述STEM课程的：STEM课程旨在使学生参与以活动、项目和问题解决为基础的学习，它提供了一种动手做的课堂体验。学生在应用所学到的数学和科学知识来应对世界重大挑战时，他们创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。

未来教育不是要学得更多，而是要学得更多样;不是要学得更快，而是要学得更快乐。而这些都是STEM教育带给我们的，也是STEM教育风靡全球的原因。

（作者单位：江苏省泰州市姜堰区东桥小学教育集团）

责任编辑 胡波波

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