基于STEM教育理念的科学课教学设计

李梦婷

STEM教育起源于美国，它是集科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）于一体的跨学科教育。与传统课堂相比，STEM教育更多地强调学科之间的融合，重在培养学生发现、表达、解释和解决问题的能力以及创新能力，促进学生全面发展。

近年来，我国兴起了STEM教育的热潮，得到了越来越多人的关注和支持。2017年，教育部颁布了《义务教育小学科学课程标准》，明确指出：STEM教育是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，旨在通过科学、技术、工程和数学四门学科的有机融合来培养学生的创新意识和创新能力。由此可见，我国基础教育对STEM教育的关注和重视。

通过查阅相关文献资料，笔者发现现阶段我国对STEM教育理念的理论研究比较多，而对STEM教育的实践研究还不是很丰富。因此，本文立足于STEM教育理念，尝试对融入STEM理念的科学课——“做一架纸飞机”进行探索，以期为一线科学老师提供更多的思考。

一、学习内容分析

投掷纸飞机是一种儿童经常玩的游戏，它贴近学生的生活、学生比较熟悉。本节课是基于STEM教育理念的教学设计，主要体现在以下几个方面：

（一）一张简单的纸，通过折叠，就能够在空中飞起来，而且有的还可以飞很远。这是为什么呢？其中一定蕴含了科学原理。（Science）

（二）在本节课中，学生会面临这些问题：什么样的纸飞机飞得远？如何设计与制作纸飞机？需要用到什么工具？每名同学都扮演了工程师的角色，從这个角度来说，每个步骤都是技术的体现。（Technology）

（三）在活动中，学生要能够根据要求设计、制作、测试和评价自己的纸飞机，这体现了工程的元素。（Engineering）

（四）折叠的纸飞机，每一部分都是一个几何图形，且都是对称的，其中蕴含着数学知识;此外，在测量和统计纸飞机飞行的距离、分析数据的过程中也蕴含了数学知识。（Mathematics）

本节课的教学注重学生在面对真实问题时的思维方式的培养、解决方案的探索以及对研究过程的反思，进而提出新的问题，激发学生进行再一次的研究探索。

二、学习者分析

大部分学生在课间活动中都玩过纸飞机，学生会对这一活动主题产生强烈的兴趣。尤其是小学高段的学生具有一定的分析及逻辑思维能力，注意力更加容易集中，学生在尝试、猜测、记录、验证中，通过 “做中玩、玩中思、思中得”享受探究的乐趣。

三、设计思路

本节课的设计思路如下：在课前分发“纸飞机工程协议书”与相关材料，让学生在课下完成纸飞机的第一次制作。课上先询问学生的纸飞机飞行距离是否超过7米（7米是“纸飞机工程协议”中的数据标准）？大部分同学都说没有超过7米，为什么会这样呢？带着这样的困惑，学生进入本节课的学习。首先是“探索纸飞机”，分析影响纸飞机飞行距离的因素，学生通过设计实验、测量纸飞机的飞行距离（课前完成）、分析数据，得出结论。接着让学生通过刚刚总结出的知识完成纸飞机的设计与制作;然后是让学生以小组为单位测量自己纸飞机的飞行距离;随后，让学生完成纸飞机的评估，填写报告单;最后，播放《厉害了，我的国》中飞机的影像，让学生了解到科学技术已成为社会与经济发展的重要推动力量。

四、教学目标

（一）科学知识目标

学生能认识到不同形状的纸飞机对飞行距离的影响。

（二）科学探究目标

1.制作一架能够在无起飞加速的情况下飞行距离超过7米的纸飞机。

2.探究纸飞机机头的尖平、机翼的宽窄对飞行距离的影响。

3.培养学生发现问题、分析问题、逻辑推理以及解决问题的能力。

（三）科学态度目标

1.激发学生探索知识的兴趣，对自然现象保持好奇心和探究热情，乐于参加观察、实验、制作等科学活动。

2.培养学生认真细致的科学态度以及合作精神。

（四）科学技术、社会与环境目标

了解科学技术已成为社会与经济发展的重要推动力量。

五、教学重难点

（一）教学重点

制作一架能够在无起飞加速的情况下飞行距离超过7米的纸飞机。

（二）教学难点

探究纸飞机机头的尖平、机翼的宽窄对飞行距离的影响。

六、教学准备

纸飞机工程协议书、评估表、报告单、折纸、固体胶、教学视频等。

七、教学过程

（一）情境导入

1.设置情境

师：近期，阿尔法航模公司在我校征选纸飞机模型。前天，老师已将纸飞机工程协议书和相关材料发给各位同学，相信同学们已经在课前做好了充足的准备。

生：对本节课的学习充满了信心。

设计意图：通过情境导入，激发学生的好奇心，并将学生迅速带入课堂。

2.引出问题

师：同学们，你们的纸飞机飞行距离超过7米了吗？

生：有的同学说超过了，有的同学没有出声。

师：有的同学说超过了，有的同学说没有，可能离成功还有一点距离。没关系，今天我们来改进方案，进一步探究。

设计意图：通过简单的对话，了解学生的课前准备情况。

（二）探索纸飞机

1.分析影响因素

师：你们觉得哪些因素会影响纸飞机的飞行距离呢？

生：纸张类型、纸飞机的大小、机头的形状、机翼的类型、空气（阻力）。

师：PPT展示一些因素，今天我们选择其中的两个因素——“机头类型（尖/平）”和“机翼类型（宽/窄）”进行探究。

设计意图：聚焦问题，激发学生的思考。

2.设计实验

师：我们先来看第一个实验——研究机头的尖平对纸飞机飞行距离的影响，可以提供的材料有：纸、固体胶、尺子。你会怎么设计这个实验呢？请同学们以小组为单位，讨论出设计方案。给大家2分钟的时间。

生：开始讨论。

师：好，时间到。谁来分享一下你们组探讨出来的研究方案？

生：制作两架纸飞机，一个是尖头，一个是平头，其他条件都相同，分别测量它们的飞行距离。

师：PPT展示实验方案，强调控制变量的原则。

师：接下来，我们来看第二个实验——机翼的宽窄对纸飞机飞行距离的影响，可以提供的材料有纸、固体胶、尺子。你会怎么设计这个实验呢？

生：制作两架纸飞机，一个是宽翼，一个是窄翼，其他条件都相同。用同样大小的力和角度去试飞纸飞机，并记录数据。重复多次试验。

师：给予学生肯定的评价。展示实验设计。实验我们已经设计好了，接下来，我们该怎么做？

生：测量不同纸飞机的飞行距离。

设计意图：学生通过设计实验，培养他们的逻辑思维能力。

3.测试纸飞机

师：科学兴趣小组在课前帮我们做了测试（由于时间和场地的限制，在课前做了测试），你们想不想知道他们的测试结果？

生：想。

设计意图：通过测量纸飞机激发学生探索的热情，体会探究的乐趣。

4.分析数据，得出结论

师：接下来，让我们一起来看看他们的测量结果。这是第一个实验——尖头飞机和平头飞机的飞行距离记录。分析这两组数据，你们发现了什么？请同学们独立思考1分钟，然后小组讨论1分钟。

生：以小组为单位讨论。

师：请小组代表发言。

生：尖头飞机比平头飞机飞得远。

师：给予学生评价。这是第二个实验——窄翼飞机和宽翼飞机的飞行距离记录。分析这两组数据，你们发现了什么？请同学们独立思考1分钟，然后讨论1分钟。

生：以小组为单位讨论。

师：请小组代表发言。

生：窄翼飞机比宽翼飞机飞得远。

师：给予学生评价。

设计意图：教师引导学生分析数据，培养学生的分析问题、解决问题的能力。

（三）纸飞机的再制作

师：分发材料包。请同学们根据刚刚所总结的知识再次制作一架纸飞机。温馨提示同学们制作完成后不可以随意飞纸飞机。

生：制作纸飞机。

设计意图：提高学生动手操作的技能，加强其活学活用的意识。

（四）纸飞机性能测试

师：新的纸飞机我们已经制作好了，接下來我们该怎么做？

生：测试纸飞机的飞行距离。

师：很好，PPT展示测量的方法。请每组的1号、2号同学试飞纸飞机。（由于时间关系，没有让每组的5个同学都试飞）

生：有序地进行纸飞机的试飞并记录纸飞机的飞行距离。

设计意图：通过纸飞机的试飞，让学生了解其性能。

（五）评估

师：请测试完的同学对照纸飞机评估表对自己的纸飞机进行评分。

生：对自己的纸飞机进行评估。

设计意图：学生通过评估自己的纸飞机，了解其性能。

（六）小结

师：请同学们完成产品报告单。给大家3分钟的时间。

生：填写产品报告单。

师：播放《厉害了，我的国》中飞机的影像资料。

生：学生仔细观看。

师：同学们，我国的飞机产业正在迅猛发展，自主研发的客机——C919已成功升空。今天我们是小小课堂里纸飞机的设计者，明天我们也许就是蔚蓝天空中飞行器的工程师！

设计意图：总结本节课的内容，激发学生继续探索科学的热情。

八、板书设计

做一架纸飞机

制作——探索——再制作——测试——评估——完成报告单

九、教学反思

本案例是基于STEM教育理念的小学科学教学设计。整个教学设计立足STEM教育理念，以纸飞机为主线，让学生经历了制作、探索、再制作、测试、评估、完成报告单等完整的过程，培养了学生发现问题、解决问题的能力，动手操作能力，分析数据的能力，逻辑推理的能力，促进了学生核心素养的发展。

大部分学生在课间活动中都玩过纸飞机，学生会对这一活动主题产生强烈的兴趣。但是学生对什么样的纸飞机飞行距离远没有思考过。另外，小学高段的学生具有一定的分析与逻辑思维能力，注意力更加容易集中，他们在尝试、猜测、记录、验证中，通过“做中玩、玩中思、思中得”享受到了探究的乐趣。

本节课我设计了几个版本，在不同的年级试教过，遇到过一些问题，如给每个小组分发几张纸？如果发1张，只有1个同学能折纸飞机，其他同学的参与度不够。试飞过程中，同学们读数比较慢，效率比较低。几个小组试飞纸飞机？如果安排的小组太少，其他同学的参与度也会下降，如果班上50多个同学每人试飞一次，需要较长的时间。

针对试教过程中出现的问题，同事们给我提出了许多宝贵的建议。根据同事们的建议和自己的一些思考，我对教学设计进行了一系列的调整，才得到现有的教学设计。

对本课的教学细细回味，我觉得有以下几点是可取的：本节课紧贴STEM教育理念，重难点突出;教学环节清晰流畅;注重学生爱国情感教育;注重对学生动手操作能力的培养;注重对学生的评价。

当然，本节课还存在一些不足，如：课上应该让学生亲自测量尖头、平头、宽翼、窄翼飞机的飞行距离，但是由于场地和时间的限制，测量放在了课前。最后的环节中，由于时间的关系，每组只测试了2架纸飞机。

【作者单位：武汉市光谷第一小学  湖北】