基于STEM项目式学习驱动创新教学方式

赵一凡 金鑫

STEM教育是融合科学、技术、工程、数学四门学科知识与技能的新型教学方式，旨在培养学生的创新能力、实践能力、跨学科知识应用能力和问题解决能力等。《义务教育小学科学课程标准（2017）》将技术与工程纳入小学生科学学习内容中，并提出了学生需要掌握的技術与工程领域的三个核心概念。本文以教科版四上教材中的《设计与制作小车》一课为例，在STEM教育理念指导下，基于项目式学习驱动，对该课的教学背景、设计意图、教学过程及结果等进行描绘与反思，以期创新教学方式，促进学生综合素养的提升。

新修订的教科版小学科学教材，从科学大概念出发，依据学习进阶理论，采用大单元的形式建设课程体系，有效地将事实性知识、科学实践活动及思维技巧联系起来。同时，新教材汲取了当前科学教育研究的前沿成果，在单元内容上遵循学生的认知规律，设计了一些与学习内容紧密融合的STEM课程内容，比如，四上“运动和力”单元中的《设计与制作小车》一课。

设计制作小车是一个经典的STEM项目，如何将本课上出新意，让该课教学效果最大化，让学生真正学有所得，是我们要关注和思考的问题。“项目驱动，聚焦创新，发展思维，提升能力”是本课学习活动设计的宗旨，也是目标。通过巧妙设置问题情境、明确需求识别条件、调研查询设计方案、制作小车测试优化和展示交流评估改进五个阶段，引发学生对工程设计和动手制作的兴趣，激发创新精神，培养工程思维，提升综合能力。

一、巧妙设置问题情境：故事导入，激趣生疑

在项目开展前，老师可巧妙设置问题情境，以“我们有什么办法让小车自己运动起来？”问题引入回顾旧知，引导学生回顾之前所学的知识，激发学生对驱动小车方法的思考。创设情境，以观看微视频的方式走进汽车大王——亨利·福特的故事，引导学生像福特一样设计制作一辆具有动力的小车。同时，明确本课的任务是：利用生活中的材料设计制作一辆具有动力的小车，它能在5秒内把两块橡皮运输到1米远处。结合福特的个人经历，让学生了解明确问题、制订方案、实施方案、评估与改进的设计制作的一般过程。取材于历史的真实情境，既与课程内容紧密联系，又能激发学生的好奇心，也能起到启发学生、巩固新知的作用。通过巧妙创设的问题情境，将科学、技术、工程和数学结合，培养学生整合不同学科知识并解决问题的能力，体现多学科交叉学习的教育理念。

二、明确需求识别条件：借鉴经验，懂得约束

工程设计的过程往往会受到实际需求和各种客观条件的约束，因此，老师可结合福特的造车经历，引导学生明白造车不是一蹴而就的，需要为之付出坚持不懈的努力。造车是一项复杂的工程任务，福特在造车的过程中也遇到了很多困难。为了降低造车成本，福特还发明了流水线生产汽车的模式，使汽车的价格大大降低，流水线生产的首款车型modelT也走进了千家万户。学生在了解福特故事的同时，也引导他们联系本课任务，在了解造车需求的基础上，懂得就像福特造车一样，小车的设计制作也有着一定的约束条件：1.车身长度不超过25厘米;2.用橡皮筋或气球做动力;3.只能利用提供的材料。约束条件的明确有助于学生更为清晰地完成方案的设计及小车的制作。

三、调研查询设计方案：团队合作，集思广益

对于四年级学生而言，小车的设计并不是一件轻松的事情，

所以需要引导学生以调研查询等方式收集相关方面的资料，为设计方案做好准备。要想设计一辆小车，首先要了解小车的结构，老师可以给每组学生准备一辆小车，请他们认真观察并思考：小车由哪几部分组成？每一部分的特点和作用又是什么？学生分组汇报，老师把学生的想法记录在班级记录表上。在认识小车结构的基础上，老师可进一步引导学生从动力方式、各部分所用材料、每种材料的加工方式和使用工具、各部分的连接方式等方面收集信息，思考小车的设计方案。引导学生像工程师一样绘制小车的设计图，传授草图绘制的方法和注意事项。

设计之前，向学生出示设计图的评价量表（如表1），明确设计的具体要求，帮助学生更好地完成设计。同时，提醒学生每种材料只提供一个样品，将需要的数量写在“成本控制区”;画设计图前进行头脑风暴，然后小组形成统一方案;设计时，人人动手，及时记录，轻声讨论。在明确设计具体要求的基础上，引导学生从多个视角作图，团队协作努力让设计的小车更合理、更科学、更美观。

在设计完成后，请各个小组上台展示、交流设计方案。要求说一说有哪些优势和不足，其他小组依据评价单完成组间互评，并向展示小组提一提改进建议。在交流互动中，促进各小组方案的进一步完善。

四、制作小车测试优化：迭代创新，精益求精

在正式制作之前，需要引导学生对照材料清单，再次熟悉自己小组的设计图，同时出示小车制作评价量表（如表2）。在学生领取材料之前，先组织学生交流怎样分工能够更快更好地完成任务。为学生提供福特发明的流水线生产模式相关资料，讨论汽车大

批量生产的关键所在。和福特造车一样，小车的制作也需遵循一定流程，即确定组装步骤、选择材料和工具、加工材料、组装和调试。学生在动手操作之前，需明确造车的这一流程。在此基础上，老师组织学生在规定的时间内完成小车制作，组织学生汇报设计思路、展示设计图、介绍组装流程、测试小车。在测试优化环节，再次向学生强调任务的基本要求，为学生选择一个较为空旷的场所开展测试与优化。针对出现的共性问题，可以组织学生进行组内和组间的研讨活动，以期找到问题解决方案，从中也培养学生的合作与表达能力。

五、展示交流评估改进：经验共享，互学共长

小车测试结束后，以班级赛车的形式进行展示交流与评估改进。组织学生以小组为单位，上台展示自己小组的小车，按照要求，小车完成既定的任务。其他小组按照小车制作评价量表，对本组和其他小组的小车进行评估，并积极地向台上小组提出建议与意见。算出每个小组的总分并综合考虑组员表现，评出比赛的获胜小组。各个小组根据评估情况，进一步反思设计和制作过程，对小车进行进一步的改进完善。同时，老师需引导学生进一步反思自己在整个设计制作过程中的表现，总结优势与不足，促进他们在反思中实现自我的提升。

本课在STEM 教育理念指导下，由项目式学习驱动，遵循工程设计的一般流程，针对设计制作动力的任务，引导学生像工程师一样在真实情境中针对任务进行查询与调研、构思，并筛选解决方案、做出模型、测试与优化产品、表达与交流工程设计方案及模型。整个学习过程其实是学生发现问题、分析问题和解决问题的过程，而且需要质疑、创新、实践与合作。面对困难时，需要坚定的毅力;遭遇失败时，需要“重新开始”和“从头再来”。学生像科学家与工程师一样，经历科学探究与工程实践活动过程，聚焦创新，发展思维，提升能力，每一位学生的成长得以真实发生。本课在教学评价的多元化、学习反馈模式、教学活动组织等方面还有待进一步优化。