渗透STEM教育理念的项目式学习实践

何一兰

STEM教育将科学、技术、工程、数学交叉融合。STEM教育以培养学生的创新能力、动手实践能力、综合设计能力、批判性思维为目的，其核心特征为跨学科、情境性、设计性、体验性、协作性、艺术性。

本人立足学生实际，着眼学生未来发展，以小学科学课为载体，以项目式学习为主要方式，开展STEM教育。在真实问题情境中，学生运用STEM教育中的学科知识进行探究、合作式学习，在收集资料、分析问题、交流探讨中，设计出解决问题的方案，并把方案付诸实践，去解决一个工程任务。在这个过程中，学生将学到的科学、数学、美术等学科知识与工程技术有机融合，从而获得批判思维能力、设计能力、合作能力、解决问题能力和创新能力。

下面以“我是乐器设计师”活动为例，进行阐述。

一、明确活动目标，搭设活动架构

作为STEM课程“声音探秘”的一个研究范例，“我是乐器设计师”以乐器发声为项目导入，整个项目式化学习设计，以乐器作为引子，探究不同类型乐器的基本发声原理，了解乐器的基本组合和制作方法，以及对古代乐器与现代乐器、民族乐器与西洋乐器的欣赏，体现不同民族独特的文化，梳理了科学、工程技术、人文等知识点，确定项目活动的目标，架构整个项目式学习框架（如表1）。项目活动的目标有别于科学一门学科的目标设計，是从科学、技术、工程、艺术、数学等学科领域综合考虑，兼具STEM理念的综合性、实践性、创造性、趣味性原则。整个项目活动以目标为导向，围绕目标的实现去开展，让学生在活动中学习观察、分析、综合等思维方法，通过提出问题、规划设计、探究活动，完成项目制作，并进行交流分享评价，形成良好的学习习惯、思维习惯。

二、安排好活动课时

基于STEM项目活动的基本教学流程“提出问题确定需求—核心知识技能准备—规划设计制作模型—测试优化解决问题”，以学生为中心，明确项目任务，给予充足的时间，学习一系列相关的知识和技能，掌握解决问题的方法。课时安排如下（表2）：

三、做好活动前准备

（一）精心备好课

教师进行精心备课，对要研究的问题理解透，找准整个项目要解决的真实问题，充分考虑大多数学生的学情，把握好活动目标，设计好一个真实情境问题，紧紧围绕解决真实问题来设计相关的学习活动、评价指标。每一次活动前，教师都要精心准备好这节课的教学设计，做好教学预设。如果活动中出现与预设情况相差较大的环节，活动后要及时总结反思并重新调整相关的教学设计、教学方法。

（二）合理选择充足材料

一次有意义的STEM活动课，离不开充足的活动材料。在准备材料时，要选择有结构的材料，还要考虑材料准备的便利性、安全性，并能贴近学生生活实际。

本项目活动材料及工具有：小鼓、音叉、钢尺、三角铁、橡皮筋、尼龙绳、棉线、铁丝、铁罐、各种纸盒、漏斗、胶管、木棍、瓶子、杯子、卷纸、吸管、易拉罐、颜色笔、透明胶、美工刀、各种乐器图片等。

四、活动实践过程

STEM教育培养学生综合解决问题能力，既要让学生利用身边材料亲历乐器的设计制作，又要让学生不断产生探究乐趣、发展思维，渗透STEM的教育理念。本项目活动主要教学流程如下：

（一）提出问题，确定需求

首先，通过创设情境（播放几段乐曲让学生欣赏），将学生带入情境，引导学生感受编钟、腰鼓、竖琴、钢琴、笛子等乐器的不同音效，引起学生对项目的关注，激发学习动机，引出项目研究中需关注和掌握的知识技能。

其次，出示图片，简要介绍乐器的种类、乐器的发展，让学生欣赏不同乐器发出的不同音效，观察比较乐器的外形特征，交流讨论。

最后，师生交流，引导学生思考，找出乐器的结构特点和发声原理，引导学生确定需求和限制因素（如声音的产生、声音的强弱、声音的高低、声音的传播等），解决问题所需的知识、技能和方法。

（二）核心知识，技能准备

通过探究，让学生理解掌握相关知识，通过实验操作习得思维方法，学会正确使用工具。本项目的四个探究活动，即声音的产生、声音的强弱、声音的高低、材料与制作方法等，都是为了制作出一个音域广、音调准的乐器。其中，探究声音的强弱、高低，是为了让学生认识到物体振动幅度、快慢不同产生声音的高低强弱等不同音效。通过“感受材料的音质”实验活动，为选择合适的材料制作相关类型的乐器做好准备。在探究声音的传播中，通过“用不同的材料做土电话”实验活动及玩传声筒游戏，让学生认识到不同材料传声效果不同，同种材料不同结构传声效果也不同，激发学生寻找乐器音质变化与材料结构、大小、数量等的关联。

（三）规划设计，制作模型

规划设计可以从多方面去思考，遇到问题不满足于一个答案，不局限于一个角度。引导学生采用头脑风暴的方法，列出可能的解决方案：①发声的问题。你想用哪种方法使乐器发声？不同的发声方法该对应设计哪种类型的乐器？②材料的问题。选择什么样的材料适合做打击乐器？什么材料适合做弦乐器？弦乐器的外形与它的发声有没有联系？什么材料适合做管乐器？管乐器孔（洞）大小、多少与音质有没有关系？材料是否能组合使用？如何组合？结构问题。什么材料适合哪种结构？外形结构如何设计音质更好？小组学生可以设计两个或者多个方案，再把所有的方案进行交流研讨，结合身边的材料，选择最优的那个。

当设计方案规划好了，教师再指导学生画出设计原理图，按照设计思路及原理图，选择材料，分工合作进行制作。学生在思考、交流的过程中形成团队设计方案，不同团队的个性化方案又能提出不同的解决方法。学生在动手亲历乐器制作过程中，产生疑问并尝试解决，其设计思维能力能得到发展和完善。

（四）测试优化，解决问题

学生用制作出的乐器发出声音进行测试，听听音调准不准，音域广不广，看看外形美不美，记录测试时的情况，引导学生找出不足并分析原因，进一步思考实践，最终产生解决方案。在项目活动过程中，学生进行合理的分工：美化由具美术特长的学生负责;材料的选择及制作，由动手能力强的学生负责;功能的测试，小组合作完成;分享则由表达能力较好的学生负责。小组成员各尽所能。

在这个小组学习共同体中，各个成员相互学习、相互配合，他们的合作能力、应对问题的能力得到显著提升。

（五）拓展提高，课后延伸

在本项目中，我们设计的作品由于时间和材料的限制，音域还不够宽，音色还不够美，还有没有更好的设计呢？我们可以在课后继续研究，尝试用更多的材料和方法制作乐器来开一场自制乐器的演奏会。

项目活动不能仅局限在课堂上，而是要把理念延伸至课堂外。因此，课后让学生思考如何进一步完善作品，并根据实际问题情境来创作，引领下一个项目活动的开始。

五、项目活动成效与反思

项目活动充分体现了STEM教育理念，培养了学生创新创造能力，实现了深度学习。

在整个活动中，学生热情高涨，积极参与，主动探究。学生经历了“构思规划—尝试创造—优化改进”的过程，在活动中体验，在实践中思考，既学到了相关的声音知识，又掌握了一定的工程技术，自主设计的乐器既实用又创意十足。在真实的学习情境中，学生综合使用科学、技术、工程、数学、艺术手段解决问题，创新实践。学生在动手做的过程中，将知识融会贯通，在交流研讨中，提升了探究能力。

在合作交流学习中，个人的思想、行动要与小组成员相一致，就必须相互信任和尊重。在项目活动中，能给学生创造合作的机会，训练合作的技能，培养合作的意识，体验团结互助，共享成果的快乐。学生团队合作意识得到增强。

STEM教育多学科融合的特点，对小学科学课程教学目标、教学方法、教学模式及教学成效的提升带来了全新的挑战。如何依托现有的课程结合STEM的理念与目标，针对学生认知水平、创造力，来设计项目式学习活动，让学生更深入地实践、更自由地探索，还需要教师坚持不懈地进行深度挖掘、深入探索。

基于STEM教育理念的项目式活动设计，需要教师的不断探索，让我们一起用心钻研、努力实践，让STEM教育理念得到更深更远的发展。