STEM理念下小学科学沉浸式项目活动课程的设计与研究

陈丽璇

摘  要：通过分析小学科学学习活动的特性、当代小学生在沉浸式课堂上的表现和项目式活动的特点阐明沉浸式的项目活动是落实STEM理念的重要途径。分析STEM教育项目活动当中符合沉浸式的项目特点;对比在同一个项目活动中不同设计方式下学生的表现分析阐明给学生提供沉浸式体验，有利于提高积极性和主动性，实现在STEM理念下的多学科知识的融合教学方式，提高学生问题解决能力和创新能力，提高学生的科学素养。

一、绪论

（一）研究背景

STEM教育理念最早来源于1986年美国国家科学委员会发表的《本科的科学、数学和工程教育报告》，报告指出要“科学、数学、工程和技术集成（SMET集成）”的纲领性建议，被视为STEM教育的起始点。^【1】21世纪初，美国把SMET改写成STEM，折射出哲學上的变化。至此，其他国家也纷纷开启了STEM教育的潮流。

（二）研究的目的

本次研究的目的是围绕STEM教育理念，结合我国国情，结合小学科学教材的基础教学内容，设计开发符合学生认知特点，适合能力发展的项目式活动。同时初步探讨沉浸式的项目活动对学生的学习兴趣、学习态度、学习效果的影响。

（三）研究的意义

本次研究的实践意义是为小学科学活动设计和开发提供思路和视角。在实践中，发现并解决问题，从而对现阶段小学科学活动的设计和开发提供借鉴。

二、研究内容

（一）STEM理念下小学科学沉浸式的项目活动的设计基础

通过分析小学科学学习活动的特性、当代小学生对沉浸式体验的认识和项目式活动的特点阐明沉浸式的项目活动是落实STEM理念的重要途径。

（二）STEM理念下小学科学沉浸式的项目活动的设计及其意义

在项目设计中，整体架构上借鉴项目管理的五个过程及其间的逻辑关系制定项目式活动的整体流程。给学习者提供沉浸式体验，提高积极性和主动性，实现STEM理念下多学科知识的融合、提高学生的科学素养、问题解决能力和创新能力。

（三）沉浸式的项目活动的实践与学生发展需要的分析

对符合沉浸式项目特点的STEM教育项目活动进行分析;对比在同一个项目活动中不同设计方式下学生的表现分析课程设计是否满足学生发展需要。

三、概念界定

（一）STEM理念

STEM活动（Science Technology Engineering Mathematics Activity），是指“科学、技术、工程、数学”于一体的跨学科知识融合活动，与传统教育活动相比，更加注重的是学科理论知识与动手实践的结合。

（二）沉浸式

沉浸式是指提供用户置身于虚拟世界之中的感觉的体验。在心理学上沉浸式是指个人精神完全投注于某种活动的感觉。“沉浸式体验”被广泛运用于游戏领域和数字展示领域。沉浸式体验产生的条件是：设置玩家的能力与挑战相匹配;设计体验过程时，要有非常明确的目标;设计的交互行为会有即时的反馈，让用户体验到任何互动都有回应，并且这个回应在可接受范围内。

四、STEM理念下小学科学沉浸式的项目活动的设计

项目的周期包括“启动阶段、执行阶段、收尾阶段”这三个阶段。在项目开展的过程中又将项目执行阶段分为五个阶段，分别是启动过程、设计过程、实施过程、控制过程、结尾过程。^【3】

教师在启动过程中完成对活动主题导入，学生投入到活动情景中进行参与活动的准备;在设计制作过程，学生沉浸在创设的真实情景中进行思考和设计;在实施过程中，是一个学生利用已有的生活经验和资源尝试解决问题的过程;控制过程贯穿整个活动，在活动中学生互相学习，教师进行引导;结尾过程中，学生对自己的解决方案进行阐述，或对遇到的问题进行分享求助。^【4】

以下是笔者设计的《茶壶的秘密》案例中《壶嘴的设计》一课为例的活动框架过程。

五、沉浸式的项目活动的实践与学生发展需要的分析

（一）沉浸式学习与常态教学在知识渗透上的分析

1.西安高新第一小学校本课例《降落木星——探究神秘的欧不裂》的沉浸式活动分析

在西安高新第一小学校本课例《降落木星——探究神秘的欧不裂》中通过神秘的太空话题吸引学生的注意力，给与了学生沉浸式的情景。课例的设计满足沉浸式活动三要素：

（1）这个课例的设计对象是低年段的学生，设计的问题既要符合学生的思维特点又要在学生的认知范围内，这就满足沉浸式活动当中设置玩家的能力要与挑战相匹配的条件;

（2）在制作“欧不裂大陆”和“如何能在欧不裂大陆上着陆的研究”两个活动中给学生非常明确的活动目的;

（3）在学生制作过程和探究过程中教师通过及时反馈从而调动了学生沉浸在主题活动的气氛。

2.沉浸式活动在知识渗透的作用

在课例当中渗透的是“非牛顿流体特性”这一知识，在这个项目活动中学生动手制作“欧不裂大陆”，直观感受到材料的特性。通过帮助飞行员紧急降落在“欧不裂大陆”上这一活动，学生利用已有的生活常识，跟教师申请不同的材料深入探究“欧不裂大陆”的特性。在整个课例活动中，学生完全沉浸在“欧不裂大陆”这一主题活动中，实现了沉浸式的知识渗透。学生是参与活动的主体，主动参与完成既定的工程项目任务，在活动过程中学生将新旧知识进行整合，顺利构建自身的认知体系。

（二）沉浸式学习与常态教学在技能锻炼上的分析

在粤教版小学科学一年级上册《我们来观察》和《学会运用工具》两课中也出现了相关的技能知识，在教材设定的情景化教学中，学生对教师提供的材料进行了观察探究，但掌握技能的情况参差不齐。在技能锻炼上，沉浸式学习提供学生自主探究的动力，提高了教学效率。在发展空间上，沉浸式活动给了学生更大的学习和思考空间。

西安高新第一小学校本课例《降落木星——探究神秘的欧不裂》和粤教版小学科学一年级上册《我们来观察》和《学会运用工具》课例对比情况如下：

（三）沉浸式学习在解决问题能力培养上的分析

在自制课例《茶壶的秘密》中壶嘴的设计活动中，两个同年级不同班级的实验教学出现了不同的教学效果。实验班1在进行数学课《角的大小比较》教学后进行壶嘴设计活动，学生设计作品大多停留在对茶壶的常识上，出现如图设计作品。在实验班2中进行沉浸式的项目活动后，学生能有效地把壶嘴的设计问题聚焦到壶嘴位置、长度和角度问题，对《角的大小比较》这一课的知识也能在探究中总结出来。

在沉浸式活动中，学生代入感强，从设计壶嘴问题聚焦到壶嘴位置、长度和角度问题，为了解决问题而自发地深入探讨“角的大小比较”这一知识点，由学习知识到知识迁移转变。学生在学习的过程中潜移默化地得到了解决实际问题能力的培养。通过对比，初步发现沉浸式的项目教学有利于学生在解决能力问题上的提高。

六、结束语

教师在教学设计活动中给学生提供沉浸式体验的教学模式有利于提高学生学习的积极性和主动性，实现STEM理念下多学科知识的融合的教学目标，提高学生的科学素养、实际问题的解决能力和创新思维能力。区别于课堂情景化教学，对课程设计采用沉浸式的项目活动设计是落实STEM理念的重要途径。

参考文献：

[1]傅骞，刘鹏飞.从验证到创造一一中小学STEM教育应用模式研究[J].中国电化教育，2016，（04）：71-78+105.

[2]王晖项目管理理论与方法体系研究[D].昆明理工大学，2004.

[3]武永生.项目管理在科研项目管理的应用研究[D]西安科技大学，2005

[4]刘景福基于项目的学习模式（PBL）研究[D].江西师范大学，2002.