范例教学在STEM项目学习中的应用

桑玉平

摘要范例式教学是通过精心设计示范性活动案例使思维具有可见性，帮助学生搭建自主学习的支架，使他们在经历“模仿—理解—应用”的过程中促进知识的迁移与应用，提升学生的自主学习能力。在STEM项目《产品概念设计》实施过程中，总结归纳了几种常见的范例教学应用模式作为破解STEM项目学习中环境设计难点的实施路径。

关键词 《产品概念设计》 范例教学 STEM项目

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.041

Application of Case Teaching in STEM Project Learning

——Take "product concept design" project as an example

SANG Yuping

（The Experimental School of Jiangsu Xishan Senior High School， Wuxi， Jiangsu 214177）

Abstract： Example teaching is to make thinking visible by elaborately designing demonstrative activity cases， help students build a scaffold for autonomous learning， promote the transfer and application of knowledge in the process of "imitation understanding application"， and improve students’ autonomous learning ability. In the imple？ mentation process of SETM project "product conceptual design"， several common example teaching application modes are summarized as the implementation path to solve the difficulties of environmental design in stem proj？ ect learning.

Keywords： "product conceptual design"； example teaching； STEM project

范例教學是德国的M·瓦根舍因和克拉夫基等人提出的教学理论，是指教师在教学中选取蕴含着本质因素、根本因素、基础因素的典型事例和范例，使学生通过这种范例，掌握科学知识和科学方法，并把科学的系统性与学习者的主动性统一起来，使学生从个别到一般，掌握带规律性的知识，并发展其能力的一种教学模式。简单地说，范例式教学就是通过精心设计示范性活动案例使思维具有可见性，帮助学生搭建自主学习的支架，使他们在经历“模仿—理解—应用”的过程中促进知识的迁移与应用，提升他们的自主学习能力。

笔者在STEM项目《产品概念设计》实施过程中，总结归纳了几种常见的范例教学应用模式作为破解STEM项目学习中环境设计难点的实施路径。

STEM项目学习中发现的主要问题

STEM教育通常是基于项目的学习，其主要教育理念是承认学习和事业成功的相互依存，具体来说就是将工程设计思想融入课堂教学中，强调为学生提供融入真实情景的体验，帮助他们运用科学、技术、数学各个领域的知识来解决真实世界中有意义的问题，从而发展学生横跨学科领域的专长。

STEM项目学习是一个复杂而又富有挑战性的自主学习过程，在实施过程中面临的实际问题主要有：

（1）重新构建知识系统的复杂性：学生需要在理解科技、技术、工程和数学各领域的学科知识的基础上，根据真实的项目情境，运用工程设计思想将横跨学科领域的知识进行整合，构建新的知识体系后解决现实问题。

（2）关键知识和必要技能的匮乏：STEM教育指向的是未来的生存教育，为未来的事业成功打下基础的教育。面对真实的任务情境，所需要的关键知识和必要技能往往是学生在学科学习中被疏忽的或者是不被关注的，需要学生重新学习，并举一反三、触类旁通地应用于新的真实问题情境中。

（3）有限的课堂学习时间：学校的STEM教育的课时有限，一般最多一周2课时，学生既要学习大量的知识与技能，还要运用知识来解决问题，显然无法达成活动目标。

（4）学生缺乏现实生活相关真实任务场景和过程的经历或体验：STEM项目学习主要目的包括帮助学生未来能尽快地适应社会，经验的缺乏往往是造成STEM项目学习障碍的主因，而缺乏理解的教学是无法促进学生自主发展的。

显然，STEM项目学习中遇到的这些实际问题有赖于对学习环境的设计，即遵循四个基本原则：让内容容易习得——启发学生的思维，为学生探究搭建脚手架；让思维具有可见性；帮助学生向他人学习；促进学生自主学习和终身学习。

静态展示性范例——提供参考借鉴，启发学生思维

此类范例的作用主要起到示范性作用，一般选择具有代表性的典范样例，可以为学生提供参考标准，帮助他们反复揣摩，在仔细比对与分析归纳的过程中促进对知识的逐层深入理解乃至应用于新的问题情境中。

案例1：为即将开发的产品建立《产品规格》，如多功能运动水袋

任务内容：请根据顾客需求明确你们期望待开发产品能达到的性能要求，制定出具体的、可行的目标规格，作为你们即将努力的目标。

要求：根据确定的顾客需求制定相应的度量指标，并注明该指标的重要程度；产品规格应包括理想值和临界值，其表达格式必须有具体的数值范围以及相对应的度量单位。

案例分析：“产品规格是指产品功能的详细信息，代表了开发团队应该努力达成的共识。产品规格由度量指标和数值构成。数值有多种表现形式，包括特定数字、范围或不等式，且数值后面一般都会带有单位。”学生面对这些具有较强专业性的术语明确表示感到“云里雾里”“不知所云”。而让学生产生理解障碍的主要是产品规格与度量指标的含义；更让他们感到棘手的是如何用合适的度量指标表达产品规格；另外对数值的表达形式缺乏直观清晰的认识。

鉴于学生的反应，提供范例帮助学生理解产品规格的含义及其建立方法（見右表）。

学生通过对表格的自主分析与归纳，以及教师的答疑解读，在理解产品规格的相关术语的基础上构建它们之间的层次结构关系（如图1）。

建立产品目标规格的现实意义是明确产品开发的目标，是产品开发时的约束条件。下面是学生在建立多功能运动水袋的目标规格后，为实现这些目标规格而设计产品概念图以及据此制作的实物模型（如图2）。

本设计中，水袋用绑带扣接在手腕上，抬手即能将吸嘴用牙齿咬合裂开，水从导管中流进嘴巴，整个过程只需抬手、咬合、松口，3个步骤不超过3秒钟即能实现在运动中免开盖快速喝水的需求。具有擦汗功能的超细纤维毛巾采用魔术贴的方式直接贴合在水袋的外表面，只需撕下脏的、贴上干净的2个步骤，10秒内即能实现擦汗巾清洁更换需求。保证运动中有充分水喝的容量250毫升是通过实验测试和调查访问得出，并推算出水袋的尺寸，再通过实验测试观察是否影响人体运动而得出。

通过对《多功能运动水袋》范例的解析学习，一方面促使学生领悟产品规格就是产品开发团队期望实现顾客需求的具体量化目标，掌握产品规格的一般表达方式。另一方面帮助学生模仿范例建立自己团队开发产品的目标规格，也让学生在模仿建立自己开发产品的规格时逐渐理解度量指标、理想值、临界值、单位在真实情境中的现实意义，领悟到科学源于生活，并服务于生活。

静态展示性范例一般选择具有典范性的具有标杆作用的样例，方便学生随时参阅，并经得起揣摩。此类范例适应于方案策划、表格绘制、文案规划、图样表达等生成文稿类学习成果。如绘制思维导图、产品概念图、造型图等，通过具有典范性的样例展示即可启发学生触类旁通、举一反三，达到事半功倍的效果。

动态观摩类范例——诊断症结，及时反馈，突破难点

活动性是STEM项目学习的基本特点，包括语言表达的讨论、演讲、沟通，肢体行为的操作、表演、观察等多种形式。这些活动通常具有动态生成性和即时性，通常要求学生掌握一定的技能技巧。通过范例观摩后再进行自我演练可以帮助学生快速掌握技巧，促使他们学以致用。

案例2：用户访谈——收集顾客需求的原始数据

任务内容：采用用户访谈法对顾客需求进行市场调查。在团队内进行角色分工，一部分同学扮演顾客（用户），其余同学扮演产品概念开发团队成员，采用访谈法为一个待开发的产品（机会）收集原始数据，并归档整理后转化为顾客需求。

要求：各个小组轮流展示“用户访谈”过程，其余各小组同学观摩后进行交流评价，要求能说出用户访谈中亮点与存在的问题，并能给出中肯的意见与建议。

案例分析：确定顾客需求是产品概念设计的重要依据，而能否收集到真实、全面的顾客需求则依赖于访谈者高超有效的访谈技巧。访谈技巧包括礼仪、提问引导、观察力、节奏控制、合作沟通与应变能力等，具体体现在用户访谈的众多细节中。同时访谈是一个动态的生成性过程，各种情况都有可能出现，因此各种访谈技巧、注意事项只有在访谈中能恰当地应对各种情况时才算掌握。所谓旁观者清，学生在观摩他人的用户访谈活动时是最容易发现他人的优势与不足之处的，认识理解各种访谈技巧方法，在借鉴别人的成功之处的同时提醒自己避免出现类似的错误，最后在反复的演练中巩固提升访谈技巧。

图3是学生在用户访谈中准备提问的访谈指南。师生交流评价意见：校服访谈指南中的问题②③④其实都是访谈者根据顾客对校服的体验提出的问题，答案指向是与非，缺乏开放性，限制了顾客的思维，无法获取顾客对校服真实的需求。这是学生在设计问题时普遍存在的现象，这份样例为大家提供了反面参考。师生共同商讨后将校服访谈指南修改为：②请问：您对校服在是否适于运动方面有何要求？或者对校服的宽松程度是否有特别的需求？具体需求是什么？③请问：你对冬季校服的期待主要是什么？还有其他要求吗？④请问：你是否介意校服的轻重问题？为什么？

图4所示是学生在进行耳机用户访谈时的记录，师生交流评价意见：主持人能紧紧围绕挖掘顾客的需求展开访谈，氛围轻松愉悦，尤其应用了追问的技巧，如“产品使用有何不方便？”时追问“希望有什么改进”“如果满分是10分可以打几分”，进一步确定顾客的需求，体现了灵活机变的访谈技巧。作为访谈新手普遍欠缺的技能，值得大家学习模仿并多加练习。同时这份访谈记录也向大家展示了记录顾客的陈述（原始数据）时应遵循的不篡改、不遗漏、不添加、如实记录的原则。在将原始数据（顾客的陈述）转化顾客需求时，做到了准确理解顾客的真实意图，语言表达简洁扼要。

但此次访谈中出现一个顾客对产品价格的需求问题，这是很多同学在访谈中非常喜欢提问而又容易被大家混淆误解的观念——价格是否属于顾客需求。师生在此共同探讨后澄清观念：价格不属于顾客需求。顾客需求指的是人们期待产品所具备的性能用途，是产品固有的属性；而价格是产品使用价值的体现，而非产品本身具有的属性。

动态观摩类范例的特点是生成性与开放性，使学生的思维可视化，有助于学生之间的互相学习，同时也能通过诊断问题及时反馈学生对技能、技巧和关键知识的掌握情况，帮助他们及时调整学习策略，促进他们自主发展。动态观摩类范例优先选择具有普遍性、情境性的、源于学生生活的真实样例，诊断问题要及时、精准，同时针对其生成性与开放性的特点，可以选择多组范例展示观摩，以解决各种可能出现的情况或问题。

实践操作类范例——思维可视化，指导学习路径，促进学生自主学习

STEM项目学习的基石是融入真实情境体验的工程设计。学生需要综合运用科学、技术、数学等领域的知识来解决现实生活中的复杂问题。构建解决问题的工程知识体系，包括关键知识与必要技能、流程设计等，均与实践操作高度相关，因此实践操作类范例是STEM项目学习中的重要形态。

案例3：产品模型制作——以小车模型为例

任务内容：请根据提供的小车设计图纸与材料、工具等，合理选用适当的材料制作一辆小车模型。

要求：至少选用3种以上不同的材质，能充分利用材料特性表达产品概念。

案例分析：本案例的背景是学生要根据团队前期设计的产品概念进行物化——制作产品模型。这是一个兼具开放性与生成性的课题，一方面每一个小组的概念设计都是不一样的，另一方面产品模型的类型有很多种，涉及的相关知识复杂，且学生在模型制作方面的工程设计经验以及所需知识技能几乎空白。

在此情况下，学生需要通过一个具有“隐含着本质因素、根本因素、基础因素的典型事例”来帮助他们获取产品模型制作的关键知识，形成必要的基本技能，积累工程设计经验，掌握基本方法。“制作小车模型”正是为突破产品模型制作瓶颈而设计的范例。

通過小车模型的制作，学生体验了如何进行工程设计，并提炼出了制作模型的一般流程：准备图纸—确定比例—选材下料—准备工具—测量放样—裁片—加工修整—组装调整—装配涂饰。

同时学生在小车模型的制作中学习并体验了纸质模型、木质模型、PVC发泡板、黏土、金属丝、塑料等常见材料的材质特性以及各具特点的加工工艺，包括常用工具及操作技能等工业流程，为制作产品模型打下知识与技能基础。

小车模型的制作无论工艺技术还是材料的材质都是比较简单易学的，参与制作的学生都能顺利完成任务，但其制作及思维过程包含了一般产品模型制作的工艺流程及所需的关键知识与基本技能，促使学生举一反三，触类旁通。

真正的教育都是由经验产生的，而经验都是实践后的产物。实践操作类范例强调做中学，强调学以致用，唯有经历过、体验过、实践过才能深刻领会，才能勇于创新。实践操作类范例一般适用于流程设计、技能操作学习。

范例教学应根据实际教学需要灵活应用，不可生搬硬套，既可以树立对的范例，提供标杆，指明学习方向与方法，也可以树立错的范例帮助学生解除误解，解决学习中存在的问题，发展批判性思维。同时选择的范例要真实有趣，能打动学生，这样才能促使其经历“模仿—理解—应用”的过程，突出范例教学的功能与作用。

（基金项目：无锡市教育科学“十三五”规划课题“STEAM理念下的学习任务单系统化设计与应用研究——以系列综合实践活动校本课程为例”，项目编号：D/ D/2018/017。）