渗透STEM 理念的项目学习课堂教学实践与反思

黄家策

（晋江市平山中学，福建 晋江 362200）

2017 年8 月至2018 年7 月，笔者有幸参加泉州市首批“教育领航”在北京、上海为期一年的脱产学习。2018 年5 月至6 月，在上海格致中学挂职跟岗期间，听了一堂上海同济黄浦设计创意中学徐琤雅老师主讲的《“梦之桥”项目课程——合金》化学课，感觉与往常听过的课堂教学有很大的不同。这节大课（90 分钟）共有四个环节：

环节1.情境导入。回顾“梦之桥”项目活动过程中的学生表现。

环节2.学生数字建模创作桥梁路演。现场网络连线同济大学专家教授点评。

环节3.学生运用Scratch、Arduino 等专业软件制作桥梁周边项目。引发学生思考桥梁实践构建过程中可能遇到的细节问题。

环节4.桥梁材质的选择及维护。设计实验探索钢铁锈蚀的原因。

“梦之桥”项目试图以基础课程相关知识为抓手，从语文、艺术、历史、政治、物理、化学等多个维度对“桥”进行解构。化学学科教师从分析桥梁材料入手引入合金、吸氧腐蚀、氧化还原基本原理等知识；历史学科教师则从外白渡桥、四川路桥等对历史的见证引发学生关注上海近代史的变迁；其他相关的基础学科教师也参与进来，共同为项目课程的学习增添了趣味性及多元性。

透过授课者对《“梦之桥”项目课程》的介绍，笔者感受到了课程项目组的老师们，着力借助“梦之桥”这一项目来提高学生发现问题的敏锐度、思考问题的维度、解决实际问题的能力。通过讲座、工作坊、实地参观等多种教学活动，带领学生了解桥梁产生的政治历史背景、桥梁外观的各种演化和受力原理等内容，最终让学生以团队合作形式，完成以滨江大道为背景的人行桥的设计。通过项目学习，让学生体验从感性认识—形态逻辑—结构分析—模型制作的全过程。

对学生而言，这是一次全新的自我挑战，他们需要通过各类基础课程相关知识的学习，借助项目学习课程理念、经验、技术运用于项目的实践研究，从而发展自身的认知能力、合作能力、创新能力、社会责任意识等核心素养。

对听课者而言，尤其是作为一名传统学科教学思维模式下的化学教师，笔者听课时更关注的是教学设计中的第四个环节。笔者课后追问，在化学课堂上实施前面三个环节，是否属于“越界”行为，一种“不务正业”——花自己的学科时间种别的学科的地？即使是新高考综合改革，已经又从文科、理科综合走向单科考试，这种学科间融合的教学，是否会与针对性备考的现实需求相悖？

华东师范大学赵中建教授说，美国把STEM 教育视为决定国家的未来能否成为世界领袖，能否解决诸如医疗卫生、能源、环境和国家安全等诸多领域的巨大挑战。还认为STEM 教育将有助于培养具有国际市场竞争所需要的能干且灵活的劳动力。北京教育学院冯华教授认为，未来的教育要注重STEM 理念以及其在学科教学中的应用与研究，要把需要学生掌握的科学知识和方法集合成具体项目，通过开展解决核心问题的主题活动，使学生像学科专家一样经历科学探究和工程设计过程。概言之，STEM 教育将有助于实践者的课堂转型，从教学目标，教与学的内容，教师与学生的关系，教学方式、教学评价等方面实现观念和教学策略、方式方法的转变。

然而，STEM 理念下的项目学习，需要整合多个领域多个学科的内容，其融合度高、难度大，对学生综合素养的培育提出了更高的要求。创新性的教育实践需要多学科、多教师的共同合作，将考验着一所学校的教育管理水平和教师的综合素质。

一、实践探索

晋江市高中化学名师工作室团队，着力以STEM教育理念，结合新版教材，以问题（项目）为导向，以科学为引领，以数学为基础，以技术为支持，以工程为切入点，开展一系列的课堂教学实践探索。引领学生围绕教材内容，结合与中学教学紧密相关的学科研究成果等各种真实情境，挖掘、提炼学习项目主题，选择学习资源，模拟化学科技工作者、工程师深入探究，对已学知识深度加工，从而收获技术经历，建构更为完整的学科知识体系。期望在各种实践与创新活动中，能更全方位、多渠道地发展学生化学核心素养。

1.挖掘新教材中与STEM 理念相融合的教学内容

如江苏凤凰教育出版社高中《化学》必修上册专题3 第二单元和第三单元中，钠、镁单质的金属冶炼，电光源研制，新材料开发；过氧化钠用作漂白剂和呼吸面具中的供氧剂；钠和钾合金用于快中子反应堆作热交换剂，高压钠灯用于照明；纯碱在化工、烘焙、医疗上的用途；工业上以氯化钠为原料生产纯碱——侯氏制碱法、海水中提取镁、镁用来制造信号弹和焰火等，都可以作为渗透STEM 理念设计为项目学习的教学内容。

2.挖掘教学参考书中与STEM 理念相融合的资源

与新教材配套的《高中化学教学参考书》，比以往有了更多的教学案例，有了更多的化学与实际工业生产的联系，涉及很多使用手持技术的探究项目。如“溴、镁、碘的提取”“从海水中提取溴单质实验”，以数字传感器来做滴有酚酞的氢氧化钡溶液分别与盐酸、硫酸、硫酸钠溶液反应的实验情况等，也可以渗透STEM 理念设计为项目学习。

3.基于STEM 理念的高中化学教学设计实施方案

STEM 理念下项目学习的教学实施方案，可以从以下设计的流程进行：创设问题情境→提出问题→提出解决方案→实施方案→汇报方案成果→评价总结。首先要在化学学科核心素养的指导下，找到认识化学事实、化学理论的角度，通过设置能体现思维活动的问题组，进行证据推理和模型构建的过程，发展学生的思维水平，使学生的化学学科的素养达到一定的高度。在教学设计的过程中，也要了解学情，不盲目增加难度。要寻找合适的研究主题，并非所有教学内容都能通过以上的方案设计。要找到与主题相契合的STEM 理念方向和内容，再合理设置问题组，探究项目。要将课本中结论性、规律性的知识通过STEM 理念引导，让学生有目标有意识地完成项目式探究。

4.基于STEM 理念的跨学科研究性学习探索实践

研究性学习是新课程改革的产物，在国家课程体系学分认定中占有很大的比重。与其说研究性学习是一种课程，不如说是一种学习方式，应该渗透在其他学科的教学中。化学研究性学习是化学教学与研究性学习实践相结合的产物，是学生在化学教师指导下，主动发现与化学相关的问题，并能运用化学思想方法分析问题、解决问题的学习活动。这种以学生为主，由他们自行策划、执行及自我评估的跨学科学习模式与STEM 理念和项目学习十分相似。若能把STEM 理念有机地融入化学类型的研究性学习中，在学习活动中将所学的化学知识进行迁移，用于解决身边的化学问题和复杂的社会问题，将起到很好的教育效果。如“自来水中游离氯的存在”为主题活动探索时，教师除了给学生有关氯气的知识，还应注意挖掘其中所涉及的生命健康、环境保护、疾病预防等社会问题，鼓励学生发散思维，利用掌握的知识和应用相关的技术设计检测方法，改进自来水的净化手段。通过化学研究性学习，可以变革教学方式和学习方式，有利于培养学生的学习化学的兴趣和体验化学研究过程与方法，在活动过程中还可以潜移默化地培育学生的创新精神，促进包括实践能力在内的综合能力的全面发展与提升。

二、教学反思

目前，我们这些课堂教学还只是一部分教师的探索与实践，课题研究经验的积淀、总结及推广还有一个较长的过程。我们看到它作为特色化公开课展示的可行性，也看到常态化课堂教学实施时的艰巨性。

1.正确认识STEM。首先，STEM 是分学科的，它代表着科学、技术、工程和数学等四门相对独立的学科领域。不仅要思考科学、技术、工程和数学的核心知识，还要思考连接这四个学科领域的大概念。其次，STEM 又是整合的。作为集成战略的STEM 教育并不局限于四门各自独立的学科，而是更关注“整合”的意义和价值。再次，STEM 还是延伸和扩展的。STEM教育从最初关注或集中于高等教育，到逐步下移至中学教育乃至小学、幼儿园活动，从国家竞争力人才的培养扩展至学习方式的变革。

2.理想化的设计。渗透STEM 理念的项目学习教学实践，都是以提高学生解决实际问题能力，培育核心素养为目的，而不只是提高学生的解题能力。我们希望通过项目活动的开展，让更多的学科教师聚焦到培养学生的协作能力、自主学习能力、良好自我导向能力，最终成为能为自己的人生负责的创新型人才。

3.现实性的思考。利用STEM 理念培养学生跨学科思维方式，有一个无法绕开的问题，就是要在课堂学习之余提供给学生时间、机会和各种教育资源，让学生得到充分的实践和经历。时间、机会、资源均是成本问题，优质学校因高考压力不敢贸然行动，普通学校又缺乏开设跨学科课程的条件而爱莫能助。所以，处理好与高考的关系是这项课堂教学改革最现实的问题。项目学习不但要学生喜欢，而且质量要不错，负担不能过重。学生要喜欢，说明这项改革学生有兴趣，有热情，参与程度高。质量不错是教学的价值和意义所在，也是学校、社会支持的保证。仅仅有学生喜欢，课堂热热闹闹，没有一定的质量，这样的改革是没有生命力的。负担不能过重，体现了对获得教育质量的途径和方式有效性的追求，不仅要求不能有过重的作业负担，而且要求学生不能耗费太多的精力在做课前准备，甚至影响其他学科的学习。在课堂上也不要用过于频繁和大运动量的活动使学生身心疲惫，否则也是不可持续的。

4.成功关键是教师。课堂教学改革成功最关键的要素是人，尤其是作为课程实施者的教师。渗透STEM 理念的项目学习是一项综合性和创造性的实践活动，真正要落实跨学科的项目学习，就离不开教师的自我发展。教师要有较高的专业素养，才能精心地进行课程顶层设计、踏实的课程实施和适时的专业性指导。科学设计、审美能力、工程与技术等素养往往是传统学科教师专业知识体系中最薄弱的环节，必须补齐短板，才能让学生达成预设的能力水平。

三、改进方向

当前，虽然各级教育行政部门都一直致力于教育改革，倡导以学生为主体，以自主、合作与探究式的教学方式，以培养具有创新精神和实践能力的人才，但是事实上基层学校的课堂形态变化甚微，传授式的课堂依然是大多数学校的常态。而当今全球教育趋势越来越推崇主题式、项目化的课程，作为领导学校课程教学的负责人，有责任改进和完善当下的课堂现状，建立个性化的学习系统，在确保完成国家课程教学的前提下，通过STEM 理念下的项目活动，促进学生在解决实际问题的探究实践过程中，综合运用学科的知识、技能，全面发展综合素养，让学生更积极地学习，带动学与教的实质性变革，使学生更好地适应未来不确定的社会做各种准备。

1.丰富课程结构和形态。一直以来，学校的课程形态是以分科制为主，它可以使学习更精准、有效，但是从教育所处的复杂而不确定的环境出发，综合性的、跨学科的思考问题解决都应该成为必要的学习经验。只有丰富课程结构和形成，才能更好贯彻落实五育并举，德育、劳动教育也只有通过课程化和项目学习，才能更好地让德化于心，劳而受益。

2.教与学的实质性变革。通过课程结构性的变革带动师生产生实质性学习变革，通过跨学科的项目学习，撬动学校学与教之凝固的讲授常态，继而影响其他常态下的分科教学，带动学校教与学本质之变。项目学习的课堂时间弹性化，课程空间无界限等特点，都可以成为提升学生综合素养的重要推手。

总之，开展核心素养导向下的多学科整合，科学、技术与人文等领域融合的课堂教学改革任重而道远。但是，我们应该坚信，未来课堂教学改革一定是向着促进人的全面发展进行。课堂教学实践与创新，一定要在立足现实，勇于开拓创新。