STEM教育理念下田园课程的探索与实施

吴凡

摘 要：STEM教育是集科学、技术、工程和数学于一体的教育方式，强调在真实生活情境下，将各个学科的基本概念、学科之间的连接点有机融合。基于学校实践教育场域，在STEM教育理念下探索田园课程的实施路径，旨在让儿童亲近自然，鼓励其与生俱来的天性和好奇心，激发其求知欲和创造力，在感悟、探索自然现象的同时，解决生活实际问题，促进各学科知识的融会贯通。

关键词：STEM教育;融合;田园课程;自然

STEM教育倡导将原本分散的科学、技术、工程、数学四门学科通过融合，形成一个新的整体，强调学生在基于真实情境的问题解决过程中提升知识迁移、工程设计、交流合作和实践创新等高阶思维能力。

科学源自生活，生活与自然息息相关。面对学校自然实践园近一千平米的巨大场域，如何让其发挥有效的教育价值，值得深思。在此，我将借本人自主研发的课例《果蔬发电站》，阐释STEM教育运用于田园课程中的一点尝试和思考。

一、巧设情境，激发探究

从生活中选择课题更有利于学生对科学的探究学习，《果蔬发电站》的设计依托于苏教版教材中科学五年级上册《简单电路》一课。考虑到教材内容仅能保证学生对电学知识最基础的认识，远不能满足学生对电学世界更加深入的探索以及将所学知识在生活中迁移运用的能力，我设置了基于“果蔬发电”的任务情境：

问题1：暑假来了，你是怎样抵御夏日的炎热？（引出夏天用电紧张）

问题2：电是我们生活中不可缺少的重要能源，有没有什么绿色环保的发电方式来缓解用电的负荷？（学生提到水果电池）

问题3：（引出问题）学校实践园中的水果和蔬菜可以发电吗？

任务出示——用水果蔬菜制作电池

【教学效果】STEM教育通常会提出一个与生活相关的真实情境，将问题镶嵌于情境中。五年级学生对于实践园中的水果和蔬菜再熟悉不过，对于电路的连接在课堂上也积累了一些经验，但对蔬果电池制作和原理的了解大多来源于课外书籍，并没有亲身实践。当面对这项富有挑战和趣味性的任务时，学生表现出了很高的探究热情。

二、讨论设计，初具雏形

STEM学习以项目为基础，针对学生在作品的设计过程中出现的问题，老师给予启发和引导，学生进行修改再设计，最终完善作品。工程设计是贯穿整个学习过程的主线和驱动力。

问题1：你觉得做一个最简单的果蔬电池，需要哪些材料？（教师归纳）

问题2：用这些材料做出的果蔬电池是什么样的？讨论，并画出设计图。

制作：（展示，全班研讨后）小组根据设计方案领取相应的实验材料，并按照设计图制作蔬果电池。

检测：了解耳机的检测方法，并用它检测是否有电流产生。

反思：（对比成功小组的设计）为什么失败？讨论果蔬电池的基本结构。

达成共识：果蔬发电的关键——两种不同的金属。

改进：不成功的小组修改方案，绘制新的设计图，再次制作、检测直至成功;成功的小组思考如何让果蔬电池点亮LED。

【设计意图】学生对于“果蔬电池的构造”并非一无所知，建立在先前所学知识和原有经验的基础上，根据老师所提供的支架，通过思考、讨论和交流分享，形成最初的设计方案。此环节中，我让学生自由表达，即使是错误的设计也无需干预。在后续检测活动中，学生会在试误的过程中对比、反思、改进自己的设计，不断接近真相，逐步形成关于果蔬电池结构的共识。

三、探究原理，迭代升级

STEM教育中，工程和技术是在尊重自然规律的基础上，改造世界、实现对自然界的控制和利用，解决社会发展过程中遇到的问题。而“科学”所扮演的角色，就是在认识世界的过程中解释自然界的客观规律。因此，科学与工程技术相辅相成，不可偏颇。因此，在任务进展过程中融合科学概念的渗透，对学习进程能够起到承上启下的推动作用，是很有必要的。

猜測：果蔬电池的原理。（小组讨论，画图或文字解释）

交流：学生充分表达，形成观点碰撞。

揭示：结合动画分析，理解果蔬电池发电原理（电势差）。

任务：升级果蔬电池，能够点亮LED灯，小组讨论，并画出设计图。

交流：学生分组展示，介绍设计图。

制作：小组根据设计方案领取相应的实验材料，按设计图连接蔬果电池。

检测：检测LED灯是否发光（渗透LED灯的单向导电性）。

迭代改进：观察成功的设计，分析失败原因，不断完善，最终形成可行的方案并进行交流与反思。

【教学体会】任何一项专业领域的研究工作都是“迭代”的过程。通过升级挑战任务，学生经历完整的探究过程，对概念的理解也更加透彻。在概念建构过程中，交流与反思是学生语言、文字表达能力以及元认知得到提升的有效环节。给予学生足够的开放度，鼓励学生之间、小组之间、班级之间展开质疑和辩论，形成思维碰撞的氛围。

四、设计实验，渗透融合

所有学科的问题解决都离不开“科学、技术、数学、工程”。STEM课程的集成性和融合性有利于打破各学科之间的壁垒，学生在经历设计、制作、测试、迭代改进的过程中并非被动地接受知识，而是主动且真切地体验到知识如何被应用于解决实际问题中。

问题：发现各组的LED灯亮度不同，引导学生分析原因。

思考：果蔬电池的电流大小跟什么因素有关？

讨论，提出猜想：果蔬酸度;果蔬与金属接触面大小;电解质的流动性;果蔬个数等。

设计实验：根据教师提供的辅助器材（pH试纸、榨汁机、金属片等），选择小组感兴趣的研究方向，并设计实验方案。

交流：展示实验方案（注意对比实验单一变量原则）。

介绍电流表：教师出示电流表，介绍其原理、使用方法和读数。

实验：学生开展实验，教师用电流表实施测量。

分享：小组汇报其研究成果，师生共同总结发现。

【设计意图】基于对果蔬发电的原理有所了解，我尝试突破学生认知的“舒适区”，走向更高阶思维的培养。其中涉及新概念、新方法、新技能的学习和应用，我提供了相关的学习支架，并用仪器将结果量化。学科间的融合激发了学生探究的热情，让学生感悟到学科之间存在的紧密联系。这种学习方式能够有效地促进默会知识在学生头脑中的浸润，推动学生学习的内在动力，对其终身发展具有重要作用。

五、回归田园，提升视角

田园课程的内容源于学生真实的生活场景，又回归到比原来更丰富、更科学的生活中。这也是对“科学从生活中来，到生活中去”的有力回应。学生在校园中不再是单纯的受教育，更是在参与活动和亲身体验中感受一种生活。田园不仅是生发问题的场域，更是研究和解决真实生活中问题的载体，这样创设的课程必然是蕴含生命力、可持续发展的绿色课程。

交流：通过学习，你有什么收获？

问题：每年夏天，学校实践园里都有很多落果，你可以怎样利用这些废弃的果实，让它们更有价值？

生1：可以用果蔬发电，开发绿色能源。

生2：可以制作更强大的果蔬电池驱动电子钟。

生3：我还在网上看过用果蔬电池给手机充电。

课外延伸：尝试用果蔬電池驱动其他设备工作。

【设计理念】“问题源于田园，研究依托田园，视角高于田园”是我对田园课程的见解。学生不仅要基于田园开展深入的实践研究，更要让田园成为社会的缩影，透过田园看世界。这样的课程，相信不仅培养学生有农夫的身手，更具科学家的头脑，拥有改造社会和自然的信心和格局，这也是田园课程的核心目标。

《果蔬发电站》课例是我开发田园课程中的尝试，以弥补国家课程在模块设置、课时配比方面固式化的局限性。在不断的实践和探索中，我希望通过田园任务的驱动，促进各学科知识的融会贯通，建立一种融合STEM教育的田园课程，在交互碰撞、共同发展中实现深层次的学习、理解性学习，从而更好地培养学生的核心素养。