农村小学低成本STEM课程的开发与实施

张素文

[摘   要]农村小学低成本STEM课程的开发应遵循材料和工具价格低、好玩、富有探究性等原则，要注重培养学生学习STEM的兴趣。农村小学可利用丰富的自然资源和传统工艺基础，融入STEM教育元素，开发出一系列低成本的STEM课程，通过综合实践活动课程开展探索型、验证型、创造型活动，促进学生创新精神和实践能力的发展。

[关键词]STEM课程;小学;低成本;课程开发

在全国各地中小学积极推进STEM教育的过程中，一些学校引进了3D打印、机器人等科技创新项目，投入大量资金建设创客教室，这些都让农村小学和资金短缺的学校望而止步。中国教育科学研究院发布的《2017中国STEM教育白皮书》指出：STEM教育的主要目标是培养学生运用所学知识创造性地解决真实问题的能力，促进学生创新精神和实践能力[1]。那么，以此为目标，农村小学也可以利用周边的自然资源或工艺资源，针对民间传统艺术或传统玩具，结合STEM教育理念，彰显其STEM元素，开发出低成本的STEM课程，使学生从中受益。

一、农村小学低成本STEM课程的目标

低成本STEM课程所需要投入的资金比较少，选用的工具和材料较为常见，具有可持续发展的特点。在开发低成本STEM课程时应注意达成以下目标。一是选用低成本材料和工具。设计课程时就要充分考虑利用随处可得的或价格低廉的材料和工具，以提高学生的参与度。二是课程要富于趣味性。提出的项目或任务要好玩、有吸引力，以激发小学生对STEM课程的兴趣。三是课程学习要富有探究性。要充分考虑学生的年级特点，既要提供必要的知识，又要给学生留出探究的空间，以培养学生的批判性思维、创造力等。四是课程实施要尽量做到规则少、有挑战、团队合作完成，以培养学生沟通与合作能力。

二、农村小学低成本STEM课程的开发步骤

笔者所在学校地处广州市增城区北部山区，校园周边有很多竹子。利用这些竹子，可以开发很多STEM课程或活动。如桥梁搭建、竹篾编织、民间传统玩具等。下面以民间传统玩具“竹蜻蜓的设计与制作”为例，介绍低成本STEM课程开发的步骤。

1.编写课程学材

STEM教育是跨学科、跨学段的连贯课程群[2]。一个项目要面对不同能力層次、不同学段的学生，通过编写课程学材，可以普及项目相关的基本知识，形成连贯的课程群，为合作开展STEM学习奠定基础。

竹蜻蜓是一种中国传统民间儿童玩具，由竹柄和翅膀两部分组成。玩时双手一搓，然后手一松，竹蜻蜓就会飞上天空[3]。学材以阅读知识卡的形式呈现。考虑小学生阅读的特点，内容设计要图文并茂，以图为主且文字浅显易懂。竹蜻蜓阅读卡的内容包括简介、简单的科学原理、设计制作步骤、工具的使用、实验调试等。为便于学生学习或使用，阅读知识卡的呈现方式可以有多种，如用小海报张贴于社团活动室，制作成小册子，发布于学校微信公众号或网站等。

2.准备必要的制作工具和材料

制作竹蜻蜓最基本的工具和材料是手工锯、刻刀、竹片。有条件的学校还可以增加小电钻或手动钻、打磨沙纸、竹篾刀、学生专用机床等小型机械与专用工具。学校可以根据社团规模添置设备，满足学生学习与应用简单机械技术的需要。

3.设计STEM实践活动

STEM实践活动要给学生设定一个“明确的结果和模糊的任务”[4]。这是STEM课程中最具挑战性的关键要素，目的是促成学生“玩中学”和“学中玩”。应使活动规则较少、有挑战性但不能过于繁杂，以激发学生的活动热情。如竹蜻蜓项目的完成标准是省力、易操作、飞得高，这样，学生在制作竹蜻蜓时就要在重量、角度、面积之间寻找平衡，不断调试和改进，研究如何让竹蜻蜓省力、易操作、飞得高，这是有挑战性的。

三、农村小学低成本STEM课程的实施方式

高质量的课程实施离不开教师的有效指导并需要一定的课时保证。STEM课程的实施可以与综合实践活动融合并参考验证型、探索型、制造型和创造型等实践模式[5]。如竹蜻蜓项目就涉及了多种类型的实践。

1.探索型的考察探究活动

随着社会的不断发展，像竹蜻蜓这种需要自己动手制作的民间玩具正在被人们慢慢遗忘。为了激发学生对传统玩具的兴趣和热爱，在STEM课程实施之初，可指导学生开展“家乡传统的民间儿童玩具调查”。学生可通过采访父母、祖父母及身边的同伴，对比三代人儿时玩具的特点，了解家乡儿童玩具的演变。学生向祖父母、父母学习如何制作他们儿时的玩具，赞叹祖辈或父辈的本领，感受亲手制作玩具带来的喜悦，从而产生了继承传统民间技艺的积极意愿。

2.创造型的设计制作活动

学生要亲历竹蜻蜓的设计与制作过程，根据“明确的结果和模糊的任务”，提出一个设计方案，制作一个作品，经过测试与改进，得到最终模型。活动程序大致如下。

一是明确设计与制作的结果。如竹蜻蜓要省力、易操作、飞得高。

二是提出设计规划。在使用材料之前，要先画出竹蜻蜓设计草图，包括设计规格、简单的操作说明。设计时要考虑如下问题：

（1）蜻蜓“翅膀”的长度、宽度是多少？

（2）蜻蜓“翅膀”的厚度和角度是多少？用什么工具？如何完成削刨？

（3）手柄的粗细和长度各是多少？

（4）蜻蜓“翅膀”的手柄孔放在哪个位置？要钻多大的孔？用什么工具钻孔？

（5）如何组装？

三是解释论证。尝试用学过的各学科知识解释自己的设计方案，并形成初步的实验论证方法。

四是劳动技能训练。教师要舍得花一些课时对学生进行劳动技能训练，以确保学生能够安全使用工具。

五是展示交流。总结学习所得，建构后经验。

3.验证型的问题解决式学习活动

开展跨学科学习是STEM教育的主要特征，学生在竹蜻蜓的设计与制作活动中，对某个或某些问题的研究往往需要不同学科的知识才能解释，以便合理地设计与调整制作方案。

比如，竹蜻蜓是怎么飞起来的？怎样才能让竹蜻蜓省力、好操作、飞得高？这些问题是促使学生积极学习的源动力。学生要完成“制作省力、好操作、飞得高的竹蜻蜓”这一明确的结果，就需要不断调试和改进，应用科学原理、工程知识和数学方法展开验证，不断完善工艺与技术，以获得最佳方案。在这个过程中，学生会自然而然地进入相关知识的深度学习，实现知识与技能的转化，提高综合应用知识的能力。

以上几种类型的活动先是循序渐进地依次组织实施，随着学生活动的不断深化，各活动之间的相互作用不断增强，直到做出满意的竹蜻蜓为止。

四、农村小学低成本STEM课程的学习评价

STEM课程评价强调多元评价主体、形成性评价、面向学习过程的评价[6]。竹蜻蜓项目的评价可以分为两个部分。一是以竞技比赛的形式进行形成性评价，看谁的竹蜻蜓更符合“省力、好操作、飞得高”的标准。学校也可以举办“竹蜻蜓试飞开放日”，让全校师生试玩，设立大众点评评委，评出“最佳工艺奖”“最省力奖”“最好操作奖”和“飞得最高奖”，使评价主体更加多元化。二是面向学习过程进行反思性评价。活动结束后，教师应积极组织学生开展经验分享和活动总结，指导有余力的学生完成项目学习研究报告，为学生本人、同伴、教师对每个学生在学习过程中的态度、兴趣、参与度、任务完成情况等方面开展评价提供依据。

五、讨论与建议

一是小学STEM课程应侧重于培养兴趣。有些学校一谈到STEM教育，首先想到的是高科技、3D打印等，错误地认为不能呈现理想的“高级”作品就不是好的STEM项目，这也是农村小学和经济薄弱学校不能推进STEM教育的一个障碍。小学阶段应以培养小学生兴趣为目标，那么STEM项目的选择就可以非常广泛，既可选择一些小手工、小作品、小项目，也可通过开展小改造、小实验来实现跨学科学习，让学生体验STEM课程的乐趣。这样就走出了盲目追求项目时尚性、大投入的误区。如竹蜻蜓项目的实施，因为摒弃了“高大上”的成果追求，竹蜻蜓每次改进后飞得高一些都能使学生获得成功的喜悦。

二是为农村传统工艺注入STEM元素，使之成为低成本STEM项目。我国广大的农村有很多民间工艺或传统项目，其中有些材料和工具也只有在农村才更为常见。农村小学可以从发现学校周边资源出发，充分利用民间工艺、传统文化等，挖掘或融入STEM学习元素，构建STEM课程群，培养学生创造性解决问题的能力。比如，农村孩子在玩竹蜻蜓时通常不会思考影响它飞翔的因素，将其引入STEM课程后，提出了让竹蜻蜓飞得又高又省力的任务，就促使学生开始思考各种影响因素，并不断猜想与验证。这样，注入了STEM课程元素的制作竹蜻蜓的活动就成为了低成本的STEM学习项目。又如“桥梁搭建”原本只是一项手工制作活动，师生多注重其美观程度。如果对其材料进行限定并提出承重要求，必定会引发学生对材料的形状、结构与承重力之间关系的探究，成为典型的STEM活动。

STEM教育應该面向全体学生。农村地区及经济薄弱学校需要树立信心，深刻领会《2017中国教育STEM教育白皮书》的要求，充分利用各种资源，开发各种低成本的STEM课程，让更多学生获益。

参考文献

[1][2][5][6]百度文库.2017中国教育STEM教育白皮书[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/f43a9834f68a6529647d27284b73f242326c3150.html.

[3]百度百科.竹蜻蜓（中国传统民间玩具）[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/竹蜻蜓/23633？fr= Aladdin.

[4][美]卡普拉罗，摩根.基于项目的STEM学习：一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式[M].王雪华，屈梅，译.上海：上海科技教育出版社，2016.

（责任编辑   郭向和）