《一起来玩纸》STEM项目分析

许莉娟

科学探究指向解释自然，工程实践考虑解决人类的需求。从认知的角度看，科学探究是对自然因果机制的认识，工程实践强调达到预期的目的，小学科学教育阶段开展的STEM教育将这两种不同的学习形式有机地组合起来，使得学生的科学学习体验变得更丰富，不同的体验有利于学生长效学习，更重要的是有利于科学大概念的形成。

笔者以“纸”为基础设计了为期两周的STEM项目学习（见表1），通过开展整合科学、技术、工程和数学的相关活动，让学生有机会进行直接体验和亲手实践设计，学生通过实验和收集信息了解纸特点的过程，认识纸的制造工艺、设计贺卡，模拟工程师解决问题的方式。

创设情境，探究不同纸的特性

1.创设真实、有意义的情境

在《义务教育小学科学课程标准》中有一个主要概念是：物体具有一定的特征，材料具有一定的性能。纸正是达成这一主要概念的具体学习内容之一，学生通过对这种常见材料的学习，认识到纸的性能，例如结实程度、透明程度、吸水性等。STEM项目学习采用工程的学习模型，為学生创设情境，设立预期目标：新年为家人、朋友制作一张特别的贺卡，选择什么纸制作？以下是教学片段：

生：我用A4的纸做。

师：为什么？

生：可以画画。

生：我用彩色纸，因为它有颜色，不用涂色。

生：我用A4硬卡纸，它很结实。

生：我选透明纸，上次我的好朋友送的贺卡里就有一种透明纸。

师：能说说透明纸是什么样子的吗？

生：隔着这张纸能看到下面的字。

生：我选牛皮纸，它有一些花纹。

生：我选宣纸，它很特别，我可以在上面画一幅画，画画时能晕染，很漂亮。

制作贺卡环节，引发了学生思考如何选择纸，选择纸的过程是对学生前概念的激活，从描述中可以看出他们对彩纸、卡纸、透明纸、牛皮纸、宣纸这5种纸的性能特点的初步认知。

自制贺卡需要学生将产品与材料的特点联系在一起考虑：彩色纸的颜色、卡纸的硬度是学生从产品需求上对材料的一种思考，而牛皮纸的纹理、宣纸的晕染（吸收水）是学生日常对纸本身的一种观察。不难看出将工程实践作为学习情境，可以从两个方面激发学生的经验：一方面是产品，一方面是材料。这样比仅从纸这种材料单方面去考虑，就更多地触发了学生的经验，并将这些不同的经验联系起来。

2.探究不同纸张的特性

此时，学生迫切地想知道要完成自己的贺卡制作应选择什么样的纸。教师为学生提供了彩纸、卡纸、透明纸、牛皮纸、宣纸、A4白纸和卫生纸，同时提供了放大镜、水、水杯、滴管。学生从纸的颜色、表面光滑程度、厚度、柔软程度、透明程度、结实程度、吸水性7个维度对每一种纸进行了探究性观察实验（见表2）。

根据不同纸的特性制作贺卡

工程实践是本周的第二次课，学生根据自己对不同纸的性能了解，选择纸张进行设计与制作，在实践前教师提出了具体的要求。实践的形式是个人独立设计，以确保教师了解每个学生对概念的掌握情况。

设计制作后的展示环节分为两部分：4人小组展示，个人展示。4人小组展示时对每一位学生的作品进行组内评价。个人展示要求学生围绕评价要求介绍自己的特别贺卡，学生可以从四个方面给自己喜欢的贺卡投星，每个学生发一张投星卡（见表3）。

以下教学片段是学生展示制作的贺卡、其他学生评价：

生：我选了透明的纸和彩色卡纸，彩色卡纸比较硬，卡纸上写了“新年快乐”，画了新年树和我，透明的纸在外面，比较朦胧，可以看到下面的画，我认为这样很特别。

生：他剪得很整齐，透明纸选用得挺好，可以看到下面的画。

师：你给几颗星？

生：纸选择得很好，大小也差不多，5颗吧！

师：差不多可不行，你下课了可以测量一下。从你给的星数看，你很喜欢这个特别的贺卡。

生：我学过国画，我用了宣纸画了冬天的红梅花，我把它贴在红色的卡纸上，红色很喜庆。

师：你们给他几颗星？

生：国画是我们国家的，这样的贺卡很有特点，就是宣纸的边要剪得整齐一些，我给4颗星。

生：宣纸让水变大。

师：你说的是吸水性吗？

生：是的，它还比较透明。

师：他设计的贺卡选择的纸合适吗？可以给几颗星？

生：宣纸软，卡纸比较硬，放在下面，两种纸在一起挺合适的。设计5颗星，制作5颗星，大小我需要量一量。

生：卡纸比较硬，有多种颜色，我用的是红色卡纸当底，然后用了绿色、黄色的卡纸装饰。

生：都用卡纸，不特别，我只给3颗星。

生：她剪得很整齐，贴得也干净，颜色也很亮，设计4颗星，制作5颗星。

了解纸的制造工艺，制造一张特别的纸

项目学习的核心是如何有效地将科学知识与工程实践螺旋环状相连，在学习中运用迭代的方法探索各种可能性和优化设计方案，并解决问题。每一次的迭代都是学生通过科学探究主动建构知识而后实践的过程。

1.了解纸的制造工艺

实践的核心是为了引发学生进一步的思考。在完成贺卡的制作后，教师引发学生思考：如何设计更特别？第三次课针对这一问题，学生展开了头脑风暴式的讨论，学生想得更多的是选择一些特别的纸，例如，亮闪闪的镀金纸、温度变色纸、心情变色纸、纳米纸……在学生天马行空的想象中，教师将学生引回“纸是用什么做的？又是怎样制成的？”这一问题。学生只知道纸是植物做成的，为了让学生清楚了解，教师为学生提供了两段视频资料：一段是中国古老宣纸的制造，一段是现代纸的制造。教师向学生介绍纸是一种人造材料，并讲解了在纸浆未干时加入一些特殊材料可以使纸有变化。同时教师给学生呈现了这样的纸，并让学生设计一张特别的纸，思考在纸浆中嵌入什么装饰等。

2.制造一张纸

概念学习中，概念的精确表达可以促进学生的理解，但诸如人造材料这样的概念我们很难用什么精确的语言向三、四年级的学生表述。对于这种不易表达的概念，采用全面深入的实践性学习经历，可以让学生明白概念的核心。

第四次有关纸的学习，就是让学生经历“观察木屑与纸浆的区别—制作纸浆液—加入化学药品（安全无毒）—制造一张纸—制作纸贺卡—产品展示”6个环节，这6个环节从科学观察，到技术制造，再到工程设计创作，较全面、深入地涉及了科学、技术与工程三个学科，让学生从三个学科的角度体会人造材料的概念核心。教师对学生提出学习要求见表4。

在产品展示过程中，不同的小组采用了不同的材料，其中一个小组选择了宣纸进行装饰，利用宣纸的晕染效果画了不同颜色的叶子，同时学生在描述中能准确表达他们是利用了宣纸吸水性好的特点。

STEM跨学科学习并非模糊学科间的区别，而是整合不同的学科的理念与模式，这种整合加强了学生的有意义学习，也更贴近学生的真实生活，将学习变得更有意义。