项目化学习将科学和工程带入数学课堂

孙晓忠

【摘 要】 本案例借助“解决身边问题”这一契机，通过“为班级设计制作自动分类垃圾桶”的项目，整合数学、科学、综合实践活动和工程知识，力求用这种方法让学生的学习更加轻松有效。在学习过程中，学生通过挑选材料、反复验证，体会严谨的科学实验方法;通过学习绘制设计图纸，了解工程设计流程;通过测量垃圾桶的体积，计算材料成本，进而深化理解计算立体图形表面积和体积的方法。

【关键词】 STEM教学模式;课程整合;合作探究;数学课程深化理解

目前，STEM 课程仍属于新的理念范畴，除了借鉴国外的一些理念课程以外，符合中国国情并能与传统教育融合的策略以及方法并不多见，我们所做的一切也都仅仅处于探索阶段。下面我就向大家介绍基于青岛版数学五年级下册《长方体、正方体表面积、体积》这一课内容设计的STEM课程案例——为班级制作自动分类垃圾桶。希望能对大家今后开展STEM教学有所启发和帮助。

一、教学过程及设计构想

在要求数学课程与工程实践进行紧密连接时，我们的研究团队认为所谓STEM课程一定要有设计，设计就是工程，也一定要制作作品，制作就是技术，而工程和技术也正体现了数学学科提倡的“做中学”。首先，研究的问题要来源于学生的生活实际。根据学生的观察与上报，我们汇总出“学校为各班准备两个垃圾桶进行垃圾分类，但分類效果并不明显”这一难题。问题一推出，学生马上想到了可以设计一款可以自动分类的垃圾桶。活动主题应运而生，接下来的难题就是整个课程该如何开展，这也正是本案例所要表达的重点。通过实践探究，我们做出如下结论：STEM课程教学需要五个教学环节，即“引入、探究、解释、制作、评价”。我们利用两周的时间，包含两次室内教学（第一课时：引入、探究;第二课时：解释、制作、评估）来完成整个课程，基于此，我对这次的STEM课程做了以下两个教学环节的设计：

环节一：联系实际问题——确立活动目标

STEM课程的起始环节是“问题引入”。这个阶段通过学生参与活动、确定活动任务，从而激起学生的学习兴趣。这一阶段活动的目标有两个：

首先，找出实际问题。学生不是一张白纸，他们在生活中早已学会了观察，拥有发现问题的经验。如学生发现班级每天产生很多垃圾，其中大部分是可以回收的，有些像废纸类可以拿到废品店换钱。前期学校也为各班准备了两个垃圾桶，但分类效果并不明显。教师利用这个阶段的活动汇总学生发现的问题，以便在教学中设计活动引导学生解决问题。

其次，做好诊断性评估，即检查学生已有的相关知识、经验，帮助学生将以往的学习经验与接下来将要做的活动联系起来。稍作调查，我们发现大多数小学生其实对于立体图形的表面积在生活中的应用知之甚少，学习立体图形的表面积、体积知识和解决问题，还是停留在课本上。

环节二：让合作探究真实发生——设计、改进产品方案

合作探究是STEM课程模式的主体，知识的获得、技能技巧的掌握都在本阶段完成。在本阶段，教师应该给学生提供直接参与实践探究的条件和机会，通过整合一些有趣的科学知识、数学知识和有一定难度的技术操作，让学生提高解决实际问题的能力。在探究活动中，学生通过观察、测量立体图形的长、宽、高以及计算立体图形的表面积和体积，进一步理解了表面积和体积的区别，并提出与探索有关的有意义的问题。本阶段的探究活动以学生为中心，教师作为指导者、引导者发挥作用，用具体的物质和可观察的事件为学生提供共同的经验，并从探索活动中提取出正式的概念性观点，与学生一起讨论这些观点。

二、实施后的评价

本节课我采用了STEM课程的教学模式，在活动中，我们达成了以下目标：

S（科学）：每个团队制作展示了“新型垃圾桶”，通过反复实验，收集数据，验证效果，能做到让垃圾桶只有一个投放口，便可以实现垃圾分类，且对扔垃圾同学的素质要求不高，不需要提前分类。培养了学生的创新能力和严谨的科学实验态度。

T（技术）：通过学生动手操作，利用发放的瓦楞纸、胶带、木棍等有限材料，通过技术手段制作垃圾桶，并修改完善，加强垃圾桶的稳定性和牢固性。

E（工程）：学生通过完成活动表，绘制设计图纸，了解工业设计流程，培养解决问题的能力。

M（数学）：通过观察、绘制、制作长方体、正方体垃圾桶，培养学生的空间立体想象能力，运用数学知识计算立体图形的表面积、体积，深化理解数学概念。

三、案例设计实施的创新点与效果

此次设计新型垃圾桶的活动中，我原本的初衷是设计智能垃圾桶，能够实现自动开关盖。然而因为这是学生第一次接触到STEM课程，上来就要进行信息化、自动化的编程，时间紧、任务重，我和学生都遇到了困难。但就在活动过程中，一个学生的设计启发了我，她在设计中重点关注的是垃圾分类问题，设计了分层过滤装置。我立即掉转重心，在后面的活动中，将活动修改为设计新型可分类的垃圾桶。

设计新型垃圾桶仅仅是为了引起学生的兴趣，是智能的还是可分类的并不是STEM课程所希望引导学生去关注的，而如何利用技术和工程方面的知识去设计、制作一个这样的垃圾桶，通过“不断测试—思考—改进”的过程，最终有所收获，这才是STEM课程所倡导的学习。

总体而言，这次“利用设计分类垃圾桶的活动，探究STEM课程”的尝试，取得了巨大收获。工程设计是教授“应用数学”的一种非常有效的工具。学生在实践活动中，若单独完成任务，往往会受挫，因此在工程挑战活动中需要团队协作，才能获得成功，这样就能帮助更多的学生对科学、数学、工程产生兴趣。小学生对于工程设计和科学问题会有天然的兴趣，就让我们试着把工程设计和科学问题带入数学课堂，把课堂变得丰富起来吧！