6E教学模式下STEM环境教育课程设计与实施

张逸聪 涂耀仁 江丰光

【摘 要】本文基于6E教学模式设计并实施了以“解救小鲸鱼”为主题情境的环境教育课程。教师通过引入、探究、解释、工程、丰富与评估6E教学模式步骤将多学科知识进行融合，使学生们意识到维护海洋生态的重要性，并利用工程思维搭建海洋垃圾打捞设备，避免小鲸鱼被人类产生的垃圾所困住，达到解救小鲸鱼的目的，实现学生多元化发展。该课程也为小学STEM环境教育的落实提供了科学依据与技术支撑。

【关键词】6E教学模式;STEM;环境教育

【中图分类号】G434 【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2021）011-070-03

随着工业化的快速发展与人口的急剧增加，能源消耗愈发严重，随之而来的是重大的生态危机，如大气污染、资源短缺、水土流失、森林退化、海洋酸化、微塑料污染等问题。生态问题是当今各个国家必须面对的现实挑战，环境教育是解决生态问题的关键工具，扮演着至关重要的角色[1]。传统的学校并未开设环境教育主题相关课程，学生只是通过科学与思政课了解基本知识点，并不能很好地增加人与环境的关联度，提升对环境的态度与行为。STEM是多学科的融合，学生能将孤立的、分散的知识点整合到项目中，发挥自己的主观及专业特性解决基于真实情境的环境问题，以达到“内化于心，外化于行”的最终目的。

相关理论

1.STEM教育

STEM起源于美国，它是由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）以及数学（Mathematics）这四门学科首字母组合而成[2]。其中科学的意思是让人们客观地认识世界，掌握自然界的客观变化规律;技术和工程则建立在客观规律上，促使人们更加了解世界，并能改造和利用环境以解决现实中的难题;数学是技术和工程的基石，它为人类改造世界提供了源源不断的动力。STEM将不同学科融合在一起，人们可以从多角度、多维度分析看待事物，有利于培养学生的学习技能、工程思维、问题解决和团队合作能力，对学生个人和社会发展也具有重要意义。

2.6E教学模式

5E教学法最早起源于生物学科，是由美国生物学课程研究（BSCS）提出的一种建构主义教学模式[3]。为了更好地体现“工程设计”概念，美国国际技术与工程教育学会（ITEEA）在5E教学法中加入“工程”环节，于2014年提出6E教学模式[4]（表1）。其六个阶段分别为：Engage（引入）、Explore（探究）、Explain（解释）、Engineer（工程）、Enrich（丰富）与Evaluate（评估），学生自主建构知识，并对基于真实情境的问题和项目进行科学探究。

“解救小鲸鱼”案例设计与实施

我们的海洋覆盖了全球绝大多数的面积，是人类的生命摇篮，对人类的生存发展至关重要。但是近些年，人类无节制的活动加剧了海洋环境的恶化，没有干净的海洋，我们就无法拥有健康的未来。本研究聚焦海洋污染物，学生们作为环保志愿者模拟前往海洋进行科研，在途中碰到遇险的小鲸鱼，最终巧妙地搭建垃圾打捞器顺利解救了小鲸鱼。课程使用乐高WEDO2.0套件进行跨学科知识迁移和解决挑战性任务，最终目标是让学生了解海洋的重要性及人类对海洋造成的危害，提高学生的环保意识，增加他们绿色行为的次数。课程分为如下6个环节。

1.階段一：引入（Engage）

本环节先从公益纪录片One Ocean展开，教师向学生展示缤纷多彩的珊瑚和美丽的海底世界，接着创设情境并播放动画：鲸鱼被大网缠住尾巴，大量的垃圾被收集在大网内，最终垃圾太多它游不动了，我们需要帮它解开身上的垃圾！通过创设“解救小鲸鱼”情境，学生能更好地融入课堂，调动自身的学习兴趣和积极性，引出对海洋和污染的思考。

2.阶段二：探究（Explore）

教师首先询问学生海洋大约占整个地球的比例，学生根据学习手册的资料推算出数值。接着教师进一步询问“如果把地球上的水都汇总在一起，变为一滴，会有多大呢？”学生联系生活和阅读学习材料后举手回答，分享观点并说明理由。接下来，教师引导学生思考如何打捞小鲸鱼身上的垃圾？打捞设备的原理是什么？鼓励学生将草图绘制在学习手册上。学生在教师的指导下利用身边的材料简单模拟打捞的过程，教师组织学生头脑风暴讨论打捞设备的工作原理。最后，学生通过互联网探究海洋污染的原因，并摘录防范污染的措施。

3.阶段三：解释（Explain）

学生通过观看教师播放的多媒体课件，了解到所有水汇总到一滴也十分渺小。教师又通过一桶水、一杯水和一勺水，呈现出地球的总水量、淡水量和人类目前可利用的淡水量，呼吁学生节约用水。接着，教师讲解打捞设备的三大重要组成部分：起重臂、立柱和转台，学生通过多媒体课件与教师的讲解，认识了齿轮转动与定滑轮。教师通过轮播图展示了海底的动物、植物和矿藏，带领学生们领略更多未知的生物。学生们分享查阅到的海洋污染原因及危害，教师辅以视频对学生们的回答进行解释与汇总：（1）肆意排放污染物影响海洋动植物的生存环境，有毒物质进入海洋，被鱼和海草吸收，最终还是会重回人类的餐桌。（2）石油泄漏不仅危害海洋生物，鸟类也会因为翅膀被污染而不能飞翔。（3）各种人类生活垃圾充斥在海洋中，致使吸管堵塞乌龟的鼻孔，垃圾填满鲸鱼的肚子。最后，教师总结学生汇报的防范污染的方法，呼吁大家在生活中践行绿色理念。

4.阶段四：工程（Engineer）

工程设计包括“设计图纸—制作模型—调试设备—维修模型”四大步骤，学生根据所学知识改进已有的方案，并在草图上标明位置、尺寸和功能，学生利用乐高WEDO2.0套件合作进行搭建。需要注意的是，教师在巡视过程中只能解答学生遇到的概念问题，对搭建过程不能进行过多干预。只有在课堂上将更多的时间留给学生，学生才能在不断失败中发现与解决问题，并将搭建过程中遇到的问题、解决方案及改进的地方记录在学习手册上。此外，教师需要关注动手能力较差的小组，发放搭建模型图纸，增加学生信心和推进工程的进度。

5.阶段五：丰富（Enrich）

该环节主要是指教师引导学生进行更深入的学习和讨论，从模型的功能设计上进行拓展制作。首先教师要求学生们知识迁移：将打捞机器与平板相连接，编写代码控制打捞机器的运行，进一步说明上升与下降要编写声音和颜色的代码。同时，教师还补充问题：如果小鲸鱼身上的垃圾很重，目前的设备还能顺利解救它吗？学生通过讨论与改装，不断地编写调试代码、增重打捞臂末端重量、调整零件组合、减少齿轮数量，使模型更加完善。

6.阶段六：评估（Evaluate）

教师准备一个装满水的透明塑料盒，用吸铁石与回形针模拟海洋中的垃圾，根据垃圾大小赋予不同的分值。首先，学生们依次展示搭建的模型，阐述模型的分工、特点、功能以及搭建过程中遇到的问题和解决措施，其他学生认真倾听并提出问题。随后学生运行垃圾打捞器，计算在90秒内获得的分值，教师根据“美观性”“实用性”和“创意性”对作品进行评估。最后的小组总分是将打捞分数与教师评分相结合，所有小组演示结束后，教师根据总分选出优秀作品给予表扬与奖励。在学生汇报演示过程中，学生们都觉得清理垃圾刻不容缓，人类不应该乱扔垃圾，应该与大自然和谐相处。搭建经验交流环节，学生们还分享了遇到的困难，并用科学的方法解释了原理，如第二组打捞模型设计失误，忽视了水的浮力，从而不能下潜;第六组代码逻辑异常，打捞设备动作缓慢;第八组因为摩擦力太大，设备无法拖动垃圾。课程表明，在6E教学模式下，STEM课程层层递进且互相关联，学生们不但掌握了海洋的知識，而且通过团队合作搭建模型解决真实情景的问题，最终完成探究任务。

教学总结反思

本次环境教育STEM课程采用6E教学模式，聚焦“打捞海洋垃圾”，学生不仅加深了与海洋的关联性，了解海洋的资源与目前存在的污染，同时运用工程思维开展科学探究，运用多学科知识解决真实情境的问题，最终顺利解救了小鲸鱼。由此可见，STEM课程有利于调动学生的积极性，培养学生的创新意识与合作能力，提升学生发现和解决问题的能力，这正是当今提倡的素质教育的重要一环，也是学生成长必备的品质与能力。本课程还存在着一些不足，教师的主要责任是激发学生的学习兴趣，课程应该增加学生探究与讨论的时间，从而让学生理解并掌握正确的知识与策略。此外，教师在教学设计中应注重学生学习支架的构建，将复杂的任务转变为多个小项目，在提供模拟软件的同时促使学生进行主动学习。教师需要将重心放在学习单的设计上，由于学生们不愿意填写大量文字内容，教师可以精简知识点并提高学习单整体的美观性与趣味性。作为一名未来的教育工作者，应不断学习多学科知识，提高STEM教学设计与实践能力，将科学、技术、工程与数学渗透进课堂，最大限度地发掘学生们的潜能，致力于学生的全面发展。

参考文献

张莉莉. 幼儿英语教学中寓以环保教育的重要意义探索——评《只有一个地球》[J]. 环境工程，2020，38（3）： 198.

李天露. 美国科学技术工程和数学（STEM）教育政策解读及其启示[D]. 长沙：湖南师范大学，2015.

Rodger W. Bybee. Guest Editorial： The BSCS 5E Instructional Model： Personal Reflections and Contemporary Implications[J]. Science and Children，2014，51（8）：10-13.

Burke， B.N. The ITEEA 6E Learning By Design Model： Maximizing Informed Design and Inquiry in the Integrative STEM Classroom[J]. Technology & Engineering Teacher，2014，73：14-19.