基于STEM有趣有料的项目式学习设计

孙瑜珊

摘 要：小学阶段STEM教育是一种跨学科的项目式学习，通过运用科学、数学、工程技术等多学科知识解决真实的问题，培养学生实践能力和综合素养。STEM教育的实施方式很多，而项目式学习被认为是目前最有效的一种实施途径，即利用项目来开展STEM学习。本文将通过《设计护膝》为例，从项目的实施模式、组织实施、项目评价、教学反思四点来谈谈有趣有料的STEM项目式学习设计。

关键词：STEM教育; 项目式学习; 有趣有料

中图分类号：G623.6         文献标识码：A       文章编号：1006-3315（2021）5-076-003

STEM教育不同于传统的分学科教学，它是一种跨学科、综合性的教育，以提升学生解决问题的实践能力和综合素养。STEM教育的实施方式很多，而项目式学习被认为是目前最有效的一种实施途径，即利用项目来开展STEM学习。项目式学习倡导以学习者为中心，以显示问题和项目任务驱动，以小组协作的方式开展，经过问题提出、方案设计、创建实施、测试改进等步骤，最终输出学习成果。学生在项目实践过程中，掌握相关知识技能，体验沟通和协作，培养分析问题和解决问题的方法。

本文中笔者以三年级《设计护膝》为例，通过“为受伤同伴制作护膝”的项目化学习设计，引导学生用科学的方法，像工程师一样解决客观问题，唤醒学生学习科学知识点的求知欲望，培养学生的科学态度、科学精神和创新实践能力。

一、项目实施模式及设计

（一）师生合力：提升板块层次性

《设计护膝》课程是基于生命科学领域的STEM项目式学习课程，选择瓦楞纸、海绵垫、棉布、毛毡、双脚钉、橡皮筋、美纹胶带、胶布、雪糕棒、毛根、魔术扣等多种常见材料作为制作护膝的主体材料，展开系列项目学习活动。学生面对的问题，是他们可以看到、感觉到甚至在现实生活中可能遇到的——为膝盖受伤的人设计护膝。通过对人体运动的观察，学生收集真实的数据，進而像生物医学工程师那样思考，最终解决一个生物医学工程问题。

从教学目标上看，《设计护膝》STEM项目，侧重让学生像生物医学工程师一样能够解决与人体有关的问题。所以，笔者将整个项目式学习活动分为项目前期、项目实施和项目后续三个环节，项目实施阶段是教学活动的核心环节，教师和学生主要在这环节中开展制作模型、数据整理和分享交流。

从学生“学”的角度看，主要经历“测量数据→绘制草图→制作测试→交流展示→反思总结”这五个核心环节（见图1）。测量数据环节，需要学生对健康膝盖和受伤膝盖的活动范围进行测量，通过对比数据，知道护膝的制作指标是什么;绘制草图环节，学生根据已有的生活经验和课内外的知识储备设计出护膝的草图，帮助受伤膝盖恢复到健康的活动范围;制作测试环节，学生选择合适的制作材料，学习运用制作技能，把绘制出的护膝草图变成护膝模型，并进行护膝的功能指标测试，同时借助我们提供的测试单和记录单，指导学生数据记录，引导他们尽可能多地呈现出制作细节;交流展示环节，学生要上台展示作品汇报制作方法和过程，吸取别人的建议和经验从中获得启发;反思总结环节，是学生在整个项目学习活动中的提升环节，更是将学习过程得以提炼，形成较为统一的科学认识。

从教师“教”的角度看，要对学生的学习活动进行多种合理预测，设计有趣有料的探究活动，促进班级学生积极参与学习，指导学生查找和整理分类的信息资料，同时有效地管理课堂纪律和秩序，最后与学生归纳形成科学结论。

（二）理清思路：优化项目设计

通常在STEM学习活动中，学生会经历发现问题→提出问题→设计→制作→测试→交流→改进等环节，学习总时长是1-2个课时。笔者发现，在短短的一堂课中，学生对每个环节的学习是粗浅的，往往还没有吃透问题，就要提出解决方案，用班级统一的方案进行制作。基于上述思考，笔者在设计《设计护膝》项目式学习的系列活动，安排1-2个课时的活动时间（见表1）。每个学习活动都从学生的认知和生活经验以及相应学段的学习能力为基础进行设计，始终突出学生是学习的主体，引导学生自主经历发现问题→提出问题→研究问题→解决问题的全过程，不走环节形式，完整地经历一次发现和解决生活中的真实问题的实践过程。

二、有趣有料：扎实推进项目实施

（一）激趣求新：唤醒求知欲望

1.有趣的学习内容：观察人体膝盖仿真模型。首先通过情景引入，讲述艾瑞克和同伴在森林里遇到了危险，导致同伴受伤，为膝盖受伤的同伴设计一个临时膝关节支架——护膝。如果通过单纯的讲述肌肉和骨骼系统，如此抽象远离生活经验的知识，学生并不能理解，这样就使得无法将教学活动同实际生活间建立起有效的联系。笔者让学生观察人体膝盖仿真模型，让学生触摸肌肉、肌腱、韧带、骨骼等部位，感受膝盖运动时人体各部分结构如何协调工作，并记录活动单。通过实实在在的观察活动（图2），展开趣味十足的学习活动，达到学习知识目的。在真实的课堂情境中，学生可以快速地进入学习状态，激发出学生的学习兴趣，有效地调动学生学习的积极性、主动性。

2.有趣的学习活动：测量健康膝盖的活动范围。利用测角仪，在小组内开展测量组内同学健康膝盖的活动范围。知道测量方法后，学生开始在组内测量，有模特，有测量员，有观察员，有记录员，测量活动十分“热闹”有趣。（图4、图5）

好玩的测量活动一下子激起了学生探究学习的兴趣，不少小组得出健康膝盖的活动范围只能向后弯曲，不能向前、内侧、外侧弯曲。班级内也会有1-2组同学测量结果不一样，如有的小组测量结果能向内侧弯曲，显然，这样的测量结果是错误的。此时，笔者把问题抛给学生，学生因亲身体验过测量活动，分析出在测量时大腿的方向发生了转动，导致测量结果不正确。再次询问每个小组向后弯曲程度为什么会有差异，学生也能用自己直接感受分析出每个人的身体柔韧性不同。这样的有趣的学习方式，将知识、技能、态度整合性地包裹在挑战性的情景中，让每个学生都沉浸在学习的乐趣中，促进学生将它们迁移到新情境，最终迁移到真实世界中。

（二）丰富素材：培养实践能力

项目制学习并不是简单地让学生完成活动做出的成果，而是要让学生经历有意义的学习实践历程。要锻炼学生在复杂情境中的灵活的心智转换，是一个包含知识、行动和态度的“实习实践”，而不是按部就班地让学生完成探究流程。认知维度保证了学生进行高阶思维的可能。因此，笔者在学生如何参与实践进行许多设计。

例如学习活动：认识材料的属性。

师：你们认识这些材料吗？

生：认识，这是瓦楞纸、海绵垫、棉布、毛毡、……

师：请你们观察他们，试着在受伤膝盖上比一比，能起到什么作用？

生：观察、记录

师：我请一个小组来交流，结合材料的属性，说一说在制作护膝的时候起到什么用途？

生1：出示记录单（图6），进行交流，最后询问：大家有什么建议吗？

生2：你们用双脚钉来固定材料，双脚钉要怎么使用呢？

生1：我给你演示一下吧！（操作）还有问题吗？

生3：我们发现海绵很容易破，如果制成护膝，你们有没有想过怎么用海绵？

生1：因为海绵能起到缓冲作用，这样可以保护受伤膝盖。我们可以放在里层里。

生3：可是最里层还是一碰就会破（这小组在尝试时，已经有破损情况）

师：其他小组有办法吗？（底下学生鸦雀无声）如果一种材料有缺陷，能怎么样改变它的属性？（引导学生继续思考）

生4：能够在海绵的上面附一层棉布，这样就不容易破，棉布比较耐用。

师：你还能想到耐用，真是了不起！

在学习材料的环节中，学生知道这个材料可以做什么，但不知道如何做？如魔术扣，知道可以用来固定护膝，调节大小，但是并不清楚如何让其在护膝上起到调节松紧的作用。如果没有細致的深入学习，往往会在实践制作过程中，导致作品无法完成，从而丧失学习的兴趣。基于此，笔者让学生尝试去画护膝草图，三年级学生通过充分学习材料属性后，完成的草图出人意料的精彩！（图7、8）

上述设计综合在这个项目中整体呈现，如此让整个学习项目具有足够的张力，拓展学习和深化学生的思维，前期的铺垫活动把握住关键的知识点。在制作护膝的实践环节中，学生将获得的知识转化为实践技能，通过小组合作，裁剪材料，固定组合材料，制作绑带，测试护膝指标等等。有一组学生在交流成果中，说道：“我们小组的护膝达到了健康膝盖的活动范围，但是不能向后弯曲了，你们能帮我们分析一下原因吗？”其他小组提出这样的建议：“是不是你们在后面设计的魔术扣固定在关节弯曲部位，应该是卡住了。”此时，其他学生也纷纷举手帮助他们，提出将魔术扣分成上下2条，避开活动部位。笔者引导学生继续思考、对其他小组进行提问，生生交流出现误解、针锋相对时进行及时补充、调节。教师的退让，体现“生本课堂”，让学生在课堂上碰撞出思维的火花。

三、项目评价

项目式学习的评价与成果的产生、公开的成果汇报紧密相连的。完整的成果设计包含成果的量规设计。此外，《设计护膝》项目学习活动还对学生学习实践的整个过程进行评价，引发学生更深层次的学习和理解。

（一）优化体系：多元化的项目评价框架

在学习活动中的评价是多元且丰富的。笔者在设计评价过程时，用过程性评价和总结性评价策略及多元主体参与的评价方法来促进学生真正投入学习（表2）。

在每个学习活动中都设计与之对应的学习单和教师评价表，来评估学生的学习实践情况。最后的成果展示评价，请生物医学工程师（骨科专家）来评判，鼓励学生展示自己的努力过程中所取得的成绩，给学生提供了一个和专家面对面交流的机会和展示的平台，同时也得到同伴的肯定和专家对的评价意见。

四、项目的教学反思

本课程共8课时，让学生经历了有趣有料的多项实践活动。综合起来，笔者以下几点反思：

（一）情境趋向真实：侧重决策力的培养

STEM教育中的探究主题，是面向现实世界，解决真实问题。问题要源于现实世界，这就是具有一定的复杂性，现实世界的问题可以让学习者更快融入情境。问题要聚焦于“真实”问题，即此问题的设计要关注应用哪些知识，获得哪些技能，要从学习者的认知角度出发，关注学习者的意义建构和能力生成过程，侧重培养学生的决策力。

（二）有机整合四大领域课程：实现高阶能力的培养和迁移

STEM教育的本质是跨学科教育，是在传统分科教育的基础上诞生的。其本意就是利用分科教育学到的知识和原理与解决问题。STEM教育项目式学习主要通过科学、数学、工程设计与应用于一体的融合式项目设计教学，组织实施跨学科学习，引导学生在发现问题、解决问题的过程中融合应用各领域的学科知识，进行整合性的深度学习。从而激发学生的学习兴趣，发展操作实践能力，培养学生创新探索精神，全面提高学生的智力发展，以此培养学生高阶能力。

参考文献：

[1]夏雪梅.项目化学习设计[M]教育科学出版社，2018

[2]张悦颖，夏雪梅.跨学科的项目化学习[M]教育科学出版社，2018

[3]北京师范大学《基于学科融合的课程设计与评价方法研究》课题

[4]吴建伟.陈君芬.基于案例《轮子》谈STEM课堂组织与实施[J]教育时政

[5]包士娟.刘晓东.学生主体给STEM课程注入“A”元素——以“DIY水净化器”项目的实施为例[J]教育时政