STEM教育的校本项目设计与实践研究

2022-09-30徐玉红浙江杭州市文海小学凌云校区

小学科学 2022年12期

◇徐玉红（浙江：杭州市文海小学（凌云校区））

STEM 教育的项目式教学近两年在国内发展得如火如荼。我国STEM 教育起步较晚，存在研究不全、认识不够深刻等诸多问题。各类学会、协会和培训机构的参与积极性远高于公立学校。目前，一线教师遇到的难题也不少。

课程资源不足。STEM 课程实施需要丰富的实景场馆和实物资源的支持，少数学校依托家长和社区资源来设计课程，但大部分学校面临STEM 教育投入力度不够、STEM 教育资源不足的问题。

项目编写困难。在开展跨学科项目设计方面，受学科认知能力的限制，指导教师往往感觉压力很大。他们绞尽脑汁地设计一些项目，还从国外搬过来一些项目，但这些项目往往脱离实际，加之我国中小学生的STEM 学科理论知识基础较好，但在项目实践方面偏弱，导致很多STEM 项目参与度不高或只是表面上看着热闹。

实施途径迷茫。学校实行了多年的分科教学，就目前而言是不会轻易改变的。STEM 教育实施途径还在探索之中。正在探索的实施途径包括以下几个：一是劳动技术和通用技术课教育，以定向模仿为主，多数劳动技术和通用技术教育科技含量较低；二是面向比赛的兴趣小组活动和新兴的创客教育，只有少数学校开展，并且每个学校也只有很少一部分学生受益。很多学校在教学中，只有少部分学生参与STEM 教育，或并未真正开展STEM 教育。

笔者认为，我国STEM 教育的开展不能盲目照搬国外经验，而是要结合本国教育实际，将STEM 教育本土化、校本化，从概念操作层面转化到课堂有效实施阶段，探索出适合我国教育现状的STEM 教育本土化策略迫在眉睫。笔者所在团队对校本STEM 项目进行了设计与实践，总结了一些策略。

一、基于STEM教育理念的校本项目设计策略

项目学习，是从一个需要解决的问题出发，学生在一个真实的情境中对问题展开探究，与教师、伙伴开展协作性的活动，一同寻找问题解决的方法。最终要创制出一套能解决问题的可行产品或其他成果。什么样的项目适合在校本STEM 项目中开展？在进行校本化课程设计时，笔者采用了以下几个策略。

（一）真实校本生活情境的提炼

与传统教学不同，STEM 的教学方式更强调以学生为中心，更注重解决真实生活情境中的实际问题。学生提出的项目可能过于简单，也可能过于复杂。对于过于简单的项目，指导教师要告诉学生已经有了哪些现成的解决方案，引导学生表达自己的研究设想和思路，再让学生决定是否开展研究；对于较为复杂的项目，指导教师要在学生研究思路和设想的基础上，引导学生设定阶段性研究目标，使他们分阶段完成研究。

“我们的自动浇水器”问题情境来源于真实的生活。学校每个教室门口都有一个植物角，经过一个暑假，学生发现里面的植物都枯萎了。因为没有人来浇水，植物干死了，如果一下子浇很多水，植物又会烂根。为了让植物生机盎然，需要为盆栽植物设计制作一个自动浇水器。对于灌溉，生活中已经有一些现成的解决方案，如水渠、喷灌、滴灌、渗水器、智能开关等，选取一部分小学生能理解的方案，分阶段引导学生进行设计、改进。

（二）常见校本学科教学的拓展

由于跨学科教学和学科之间的融合必须是在掌握学科基本知识和技能的基础上进行，而STEM 教育的一个重要特征就是跨学科。笔者认为，好的STEM 项目可以从学科教学内容中生成，STEM 项目的实施可以使知识与应用结合起来，盘活学生的学科基本知识和技能，提高学生的知识迁移应用能力。

例如，在四年级《岩石、土壤和我们》一课教学过程中，有学生反映学校农场的凤仙花比较矮小，而他在家里种的花则比较粗壮。教师引导学生思考可能的原因，并且就土壤这个因素开发了STEM 项目：植物生长的摇篮——土壤。学生先对校园土壤样本进行调查，再根据所学的土壤结构、组成成分和比例，提出改善校园土壤的设计方案。不仅满足了学生的探究欲望，还帮助解决了校园生活中的问题，有利于提高学生学以致用的迁移能力和解决问题的能力。

（三）现成外来项目的校本化改编

现在市面上有很多来自国外的STEM 项目介绍，极大地开阔了一线教师的视野，一些教具公司也推出很多“现成”的STEM 项目。所谓现成，不仅是项目内容完整，而且还配备材料、课件、微课等，大大减少了教师的实验准备时间，一线教师可以将更多的精力放到课程开展上。但是我们也要注意，尽可能选择与学生真实生活、学习接近的项目，并进行一定程度的校本化改编。真实的本土化项目情境，能有效地引起学生的有益注意，引发认知心理平衡，激发学习动机，培养高阶学习能力，帮助学生实现一定的认知水平和认知深度。

二、基于STEM 教育理念的校本项目教学实施策略

由于STEM 课程具有融合性、体验性、探究性、合作性等特征，教学准备与传统课程存在一些区别。因此，教学时，在课程学习方式、课程资源呈现、课程材料等方面需要重新考虑。笔者运用了以下策略。

（一）课程学习方式多样化，学习内容课标化

“灌溉系统”课程以项目式学习为依托，安排了自动浇水器的调查、设计、制作、改进等多种形式的学习。各个班级的植物角，很好地支撑了整个调查活动，便于学生对各个植物角的植物种类及其需水量进行调查。学生走进超市、花店等场所进行现实生活中的浇水方式调查。知能准备包括学科延伸和知识拓展两部分：学科延伸部分是对各学科已学知识能力的深入探究和应用，如，毛细现象等；知识拓展部分是对各学科课标要求以外内容的拓展学习，如，科学中的渗透原理、经济学中的成本核算分析。工程实践方法，指参与、体验、探究、制作等，包括自动浇水器原型设计与制作、反复测试、迭代设计与改进。汇报，指学生将所学知识或完成的作品以海报、幻灯片、实物、论文等方式呈现。在“灌溉系统”课程中，原型制作完成后，需要展示浇水器原型并汇报交流，中期需要展示自动浇水器迭代产品，最后需要上交灌溉系统学习与研究报告。

（二）STEM 课程资源校本化，实践场域系统化

研究者所在团队基于本校场馆资源，开发了名为“造物田园”的STEM 项目课程体系，分为孕育、生长、开花、结果四个章节，每个章节有2～3 门子课程，每门子课程都有相应的实践场域支持，并且在课程开展过程中，师生共同丰富校本课程资源。例如，历届学生的作品就成为优质的校本资源。除了实践场域系统化，课程内容也要系统化。课程在开发时，都应根据国家课程标准这个大系统进行。围绕校园生态系统的完善、植物的生长，从土壤、种子、气象的再认识，到育苗、灌溉研究，再到农场的智能化，最后到造物分享和健康生活。（详见下表）

校本“造物田园”项目课程系统架构表

（三）STEM 课程材料选择生活化，材料呈现结构化

STEM 课程材料源自实际生活，有利于将活动延伸到园外，促进知识迁移。在“我们的自动浇水器”设计制作中，我们提倡用低成本的材料、环保材料来制作浇水器。STEM 课程材料的结构化程度要与教育目标相适应。材料层次过于丰富，会干扰学生的判断选择，不利于解决问题过程中学生的深度思考。适量的试误性操作可以增加任务的挑战性，但学生积累过多的失败感，会增加学习困难体验的风险。在“我们的自动浇水器”项目中，教师提供的自选材料有：各种废旧瓶子、废旧毛巾、吸管、筷子、绳子、盆子等。其中废旧毛巾、吸管、绳子的选择与吸水性有关，瓶子、盆子等容器与需水量有关，每一类结构化的材料背后都渗透了学科核心概念。