基于“STEM主题”实验室平台下的特色校本课程开发实践探究

白金鑫

STEM的概念起源于20世纪90年代，美国提出了STEM教育相关理念，旨在通过STEM教育来培养科技人才，提高国民的科学素质，保持其在世界范围内技术和经济的领导地位。STEM教育就是四大类，分别是科学、技术、工程和数学。所以，近二十年来STEM教育越来越受到世界的关注，并逐渐发展到英国，中国，法国，南韩，台湾。STEM有别于传统的学科，注重跨学科知识的培养，特别注重培养学生的逻辑思维、解题能力、创新能力、协作能力、创造力等能力，使学生能够适应经济、科技、科学、技术的快速发展，以应对未来社会和世界将要出现的变局与挑战。

1、特色STEM课程的开发前期分析

STEM教育课程已经逐渐成为教育领域的一种趋势，我校依据其普惠性，开设了所有学生均能参与的特色校本课程，从而引入个性化的教育手段，为不同学段乃至不同学生提供个性化的教学方案。

（1）学生学情分析。

课程学情分析从学生经验、知识储备、学习能力、学习风格以及学习需求等五个方面入手。学生经验——在课程经验上，我校近95%的学生在低学年段参与学习过信息技术、科学技术相关的入门课程，具备一定的课程学习经验；在实践项目上，我校多数学生都参与过各种类型的实践项目，但主要是社会实践类的项目，以体力劳动为核心，学生缺乏创新型项目的参与经验，部分学生少有或几乎没有参与过实践项目，只有个别学生具备丰富的创新型项目参与经验。知识储备——我校多数学生在知识储备上，存在很多短板，尤其是自控能力、认知能力相对不足的学生，对于跨学科学习的认知不足，理解不深，掌握不够。但学生在基础学科如物理、数学学科上具备一定的知识储备，足具备学习跨学科STEM校本课程的条件。学习能力——我校学生的学习意愿较强，学习能力较强，但教学基本功和对学科素养的理解深度较差。多数学生能够很快适应STEM的教育模式，学习新知识、新技能的能力较强。同时，学生的动手能力、综合分析能力、独立完成工作的能力和应变能力也处于较好的水平。学习风格——目前我校多数学生习惯于讲授和作业练习相结合的教学风格，这种传统的教学模式注重理论知识的讲解，对实践能力的培养较弱，导致学生对知识的运用能力较弱，不利于学生学习兴趣的培养，也忽略了学生是课堂的重要组成部分。但学生更加向往以创新实践为核心、“在学中做，在做中学”的教学模式，在视觉性、操作性、听觉性、言语性、逻辑性、社交性这几种教学模式侧重点中，学生更愿意参与具有视觉性、操作性、逻辑性的教学。学习需求——学生需要具有开创性和趣味性、注重学生的学习体验、注重学生综合能力提升、以学生为中心的教学课程，这样的要求在STEM校本课程中更有可能实现。

（2）教学资源分析。

学校具备先进的智慧校园平台，现代化的教学环境为学校的教学质量提供了坚实的保障。校内开设有专门的STEM教育教室和STEM科创实验室，能够满足STEM教育的所有场地需求，STEM科创实验室具备完善的信息化设备、3D打印设备、激光雕刻设备、数控机床、项目测试场、科创体验空间、学习空间、研讨空间等等设施，为学生进行创新实践提供了良好的实践平台。同时学校还建设了具有丰富经验、高创新水平、高技术水平的信息化教学教师队伍，致力于实现学生的个性化学习、教师教学的精准化、教学管理的智能化。

2、特色STEM课程的开发流程

（1）课程定位

该课程是具有学校特色的STEM教育校本课程，将科学知识的普及与科学技能的实践相结合，让学生更好地了解和学习创客精神。作为普惠性质的校本课程，该课在项目上选择难度适中且具有高趣味性的课题，以学生为中心，开设研究性活动。

（2）课程目的

开设STEM教育校本课程，是为了在传统课程中加入科学和技术要素，创造研究性课程，并对数学、科学等学科进行全面革新；改变以老师为中心的落后教学模式，鼓励发展一种问题解决式、探索发现式学习的新兴课程模式，进而形成有我们学校特点的特色校本课程；STEM所代表的科学、科技、工程、数学，往往是分开教学的模式，彼此相互独立，而该课程则旨在将这些学科界壁打通，形成一种具备以上四大要素，相辅相成的整体式教学。目前已经开设的《智慧校园系列——智慧生态系统》和《增材制造技术——3D打印及其设计》两门校本课程，这两门课程均是依据宜宾当前的教育规律和教育前景，以及我校的教学环境特别设计的具有我校人文风格的特色课程，前者通过智慧校园系统的设计和制作，激发学生的学习兴趣和自主学习潜能，培养学生数据处理能力和分析能力；后者则是让学生更广泛地接触3D打印技术、更深入地掌握3D打印工艺原理，实现自主设计3D打印模型，熟练打印3D作品，为学生创客和未来的生活创新提供良好的技术支持。

（3）课程整体设计

我校开设的STEM校本课程以实际项目为教学核心，围绕不同的大项目对学生进行有针对性的培训，在培养学生兴趣和热情的同时，也增强学生的实践能力、创新能力、工程素养以及解决实际问题的能力等。在课程的时间安排上，将理论课的课时占比压缩在20%以内，测验和考核的课时占比压缩在10%以内，剩下的课时全部用于开设实践项目活动，以确保学生有充足的时间进行操作，磨练自己的实践能力、基础技能、专业综合能力和创新创业能力。在课余活动方面，组织开展一系列与课程内容相关的活动，为学生创造更多的实践机会，使学生获得更真切、更深刻的快乐体验。在此基础上，积极开展产教融合活动，与相关的产业、机构进行合作，将具有一定专业性的项目引入到课程中来，进一步培养学生的创新能力和工程应用能力。

3、特色STEM課程的详案设计

（1）理论教学

课程使用1-2课时对课程总体内容和基础知识点进行讲解，每节课堂中组织学生开展小型的课堂活动，保证学生在理论课中参与活动的时间占比在50%以上。在《增材制造技术——3D打印及其设计》课程中，就在讲解3D打印机原理、3D打印技术和工艺、3D打印的建模方法等知识点的同时，加入了“3D打印材料大猜想”、“3D打印机维护与修理”等独立的、小型的活动，以丰富学生的课堂体验。理论课的最后，会对学生的知识掌握情况进行简单的测验，未通过的学生需要进行课后的加强练习。

（2）项目实践

理论课结束后，使用13-15课时进行实践项目的开展，将大项目作为核心内容，以学生为中心，开展探索型课程。目前已开展的课程中，《智慧校园系列——智慧生态系统》课程设计了“远程自动浇灌系统项目”、“室内辅助照明”两个主要项目；《增材制造技术——3D打印及其设计》课程设计了“DIY水杯的设计和制作”、“太空时代——探月车”两个主要项目。所有项目均需要让学生以小组为单位，进行职业分工，开展合作式的学习。在“远程自动浇灌系统项目”中，就有“制作管理员”、“编程管理员”、“操作员”、“观察分析员”、“记录汇报员”等不同的角色需要学生参与扮演；在“太空时代——探月车”项目中，则有“信息收集员”、“建模打印员”、“编程管理员”、“操作员”、“记录汇报员”等职务，做到让每一位学生都作为项目学习的主体参与到学习过程的每一个环节，保证学习过程的完整性。

（3）教学情景

课程注重情景化教学模式，精心设计针对性强、趣味性足的任务情景，让学生能够身临其境得參与实践项目。在“远程自动浇灌系统项目”中，以“为了延续地球文明，联合国太空署加快步伐，向外太空搜寻适合星际移民的目的地，最终在天鹅座附近找到一颗名叫‘奇幻森林的行星，距离地球72光年。”作为项目大情景，指导学生如何启动植物培育和管理工作，改造行星上的生存环境，以此激发学生的好奇心和动手实践的欲望，同时通过在大背景下开展的项目，来增加学生完成项目时获得的成就感。而“DIY水杯的设计和制作”项目，则创设了更加贴合学生生活的情景，以天价个性水杯为案例，激发学生通过3D打印创造属于自己的独一无二的水杯的兴趣，通过这种与学生生活贴近的情景，激发了学生的学习动机，提高了他们的学习兴趣，让他们能够更好地代入进项目。这种情景式教学模式的应用，对学生的探究精神、自主学习的精神也有很好的促进作用。

（4）学业考核

学生学业考核在2课时内完成，对学生在项目中取得的成绩进行评比和奖励。在“太空时代——探月车”项目中，根据学生最终作品的不同特点，分别设立了“超级大奖”（最好成绩）、“最具品味奖”（最佳外观）、“最省钱奖”（最少耗材）、“最具趣味奖”、“创新创意奖”等奖项，以鼓励学生在项目中取得的优良成绩。最终考核不仅仅考验学生作品的功能性，还对作品外观、材料消耗、作品重量等作了要求，从而进一步提高了学生的综合设计能力和创新创业能力。

4、特色STEM课程的课堂实施

（1）课程实施方式

本课程的具体实施方式包括项目学习、问题学习、创客学习等多种方式。项目学习——把真实项目作为学习的驱动力。课程中的每个项目相互独立但又有一定的联系，它们是让学生能够置身于真身的问题中接受挑战、主动探究，学习重要知识并创造出作品的学习。问题学习——探索解决真实世界问题的办法。问题学习是把学习置于复杂的、有意义的问题情境中，通过让学生以小组合作的形式共同解决复杂的、实际的或真实的问题，学习隐含于问题背后的知识，形成问题解决的能力。创客学习——融探究、设计、创造、合作于一体。运用科学、技术和工程知识，基于设计，将策略性解决问题的过程应用于产品、系统、服务及体验，同时还注重学思结合，通过建立创造性学习环境、营造创造性文化氛围、实施创造性教学等途径，激发学生的创造意识与动机、培养学生的创造性思维品质、塑造学生的创造性人格。

（2）阶段性评价与修订

目前正在开展的校本课程，已经取得了阶段性的成果，这些课程既有STEM教育的特点，也有我市我校的人文特色。但在开设这类新课程的同时，我们也遇到了一些新的困难，如个别学生受基础薄弱、学习观念陈旧等因素影响，不能适应跨学科教学模式，导致课前、课中学习效果不理想等问题。为了应对这些困境，我们在教学方法上进行了改革和创新探索，尝试了一些新的教学方法，强化了启发式、参与式的教学，在一定程度上提高了教学质量，但还仍有需要改进的地方和进步的空间。

综上所述，下一步我们将以现有的校本课程为经验基础，进一步开发以激光雕刻、人工智能为主题的特色校本课程，不断提高学生的学习能力和创新能力，取得更好的教学效果。