STEM教育背景下的项目化学习课程设计与分析

钟镇宇 邱枫 邓彦兴

当今社会，人们对科技的依赖程度越来越高，STEM教育理念也已经被引入基础教育阶段。本文结合“冲上云霄”实验设计，探索STEM背景下小学科学项目化学习设计模式，力图将新教改对课程的要求落实到科学课程中去。

在STEM教育背景下，利用好跨学科整合的模式，设计出小学科学项目化学习课程，成了小学科学教师在科学设计方面的重要任务。

一、项目化学习课程设计——以“冲上云霄”为例

（一）第一课时：问题与聚焦

2019年，正值中华人民共和国成立70周年，学生观看了盛大的阅兵仪式，大家的爱国热情、民族自豪感油然而生。阅兵仪式上，大家看到了祖国许许多多先进的武器装备，其中就有颇具气势的火箭。问题聚焦，大家能设计制作一个“冲上云霄”的火箭吗？

1.导入

引发动机：观看火箭发射视频，2013年10月15日，是中国航天史上意义非凡的日子，神舟五号载人飞船成功发射，将航天员杨利伟成功送上太空。让我来重温这一激动人心的时刻吧！

激发动机：你有什么感受？想不想做一可以发射的火箭模型呢？

2.确立目标

提问：刚刚看到视频里面的火箭飞行有什么特点啊？

达成共识：火箭飞得又直、又高、又稳。

制作一个可以冲上云霄的火箭模型，需要考虑哪些方面的问题？

制作你们小组的火箭需要哪些材料？

制作火箭的步骤以及注意事项。

（二）第二课时：调查分析和活动体验

通过自学完成调查分析，训练资料搜集整理和分析能力、自学能力。教师需要指导学生运用电脑网络，对相关信息进行搜索和归类整理，帮助学生完成第一课时布置的任务。并组织交流。学生带着任务查询资料，交流讨论制作火箭的材料。

最终达成共识：课堂上，箭头和箭身选择纸质材料是最安全、最容易操作的。

（三）第三课时：设计与制作

此时，涉及苏教版六年级数学知识“圆柱圆锥”，体现了STEM教学中跨学科的内容。学生需要知道要使箭头和箭身能够尽量贴合，箭头扇形的弧长要与箭身长方形的长尽可能相等。学生要根据计算预估，画出自己小组的图纸。

（四）第四课时：测试与优化

1.讨论研究动力

我们在科学课中学到了，可以使用橡皮筋作为动力，也可以利用气球的反冲力作为动力。我们的这个火箭可以利用什么作为动力，让它“冲上云霄”呢？学生分组讨论。

2.达成共识，确定动力

在教室里，可以通过挤压2L的饮料瓶提供给火箭动力。在测试之前，学生先思考，怎么样进行发射才能使我们的小火箭达到飞得“又高、又直、又稳”这个目标。

确定发射方式：将饮料瓶放在平稳的桌上，竖直向上发射，快速挤压饮料瓶，利用空气作为动力使火箭起飞。

3.测试空气火箭

明确测试方案，避免出现课堂混乱无法控制的情况。

测试方案：小组四人每人测试一次，并观察记录小组火箭飞行情况。

思考：为什么会出现这种情况？怎样改进？

测试结果：很多小组都出现飞行不稳的情况，有的火箭发射出去出现旋转的情况。

分析原因：为什么会这样？

寻求对策：要想让小火箭在空中飞行得更平稳，可以怎样改进？

观察发现：容易发现制作不对称会导致火箭飞行偏离、不直。

解决方案：进行适当配重，使火箭中心平稳。

观察发现：从弓箭手佩戴的箭、飞镖的图片上，有什么发现？

各个小组开始制作小组火箭的尾翼。此时学生都知道要粘贴对称，保持中心稳定。

（五）第五课时：展示与评价、拓展与应用

各个小组展示通过配重、安装尾翼调整后的火箭模型。上台分享上节课优化与调整中遇到的问题，并介绍是如何解决的。

评价：有的小組能够尝试很多种尾翼对火箭飞行的影响，并通过优化尾翼大小、形状得到最终的火箭模型。有的小组发现发射时应该有一名同学扶着发射的饮料瓶，另一名同学负责大力挤压饮料瓶，这样不会使火箭一飞出去就飞歪。很多小组都能通过测试，增加配重、尾翼，解决空气火箭飞行不稳的问题。

二、案例分析

（一）教学目标

“冲上云霄”课程设计中，所涉及的不同领域之间融合不是知识点的归纳，而是要发挥不同学科的优势，使科学、技术、工程、数学互为补充和促进。以下是不同学科教学目标：

科学：知道空气可以提供相应的动力使火箭起飞;了解适当的配重或尾翼可以帮助火箭飞行得更加平稳。

技术：掌握制作纸质火箭的方法;运用科学的方法观测火箭飞行的平稳程度;掌握制作尾翼的方法。

工程：设计“提出问题—设计方案—制作火箭—测试火箭—改进火箭”的实验设计方案;通过添加尾翼、配重能使火箭飞行平稳。

数学：掌握轴对称图形知识，制作多个相同的尾翼。

（二）设计过程

“冲上云霄”教学设计中，初次设计空气火箭模型时，以STEM课堂为载体，融合了技术、数学、工程课程内容，学生通过自主探究，设计大小合适的空气火箭。当测试发现火箭飞行不平稳后，学生发现增加配重、尾翼可以使火箭飞行平稳，开始了第二次设计，结合了数学里轴对称图形知识、科学里重心等知识，设计出稳定的空气火箭。

（三）测试优化和解决问题

“冲上云霄”教学设计中，学生能够发现，火箭都是直直地升上天空，而小组制作的火箭很容易偏离。发现问题、提出问题“怎么样能够使自己的火箭稳定？”然后通过交流讨论，发现安装火箭尾翼、配重能够使火箭稳定。学生在科学课堂中，经历了一个完整的制作、测试、调整的过程。

从实际设计出发，引导学生从现实生活中寻找材料，用常见的饮料瓶提供空气动力。通过小组测试，增加配重、尾翼，解决空气火箭飞行不稳的问题。整改过程都浸润着STEM教育理念。■