人文引领的工程项目类STEM课程开发——以“用纸造一座桥”为例

高旅威 广东省深圳市龙岗区龙岗中心学校

工程项目类的STEM课程是一种能充分锻炼学生的动手能力、综合应用能力的课程。传统的工程项目类课程为了达成项目目标常常会将重点放在理工科技能力上，而忽略课程中的人文内涵，因此容易出现学生的学习动机不明确、课程综合性不足、结构和原理相割裂、原理与原理之间没有联系、课程生长性不足等问题。而A-STEM课程从学生的需求出发，重视学生的学习动机，遵循学生的身心发展规律，给工程项目类的STEM课程寻找了一个合适的人文内涵落脚点。下面，笔者以“用纸造一座桥”项目为例谈谈人文引领的工程项目类STEM课程开发的一些策略。

●真实情境体现项目价值

开发A-STEM课程要以学生的需求为出发点，尽量避免生硬地教授技术和原理。A-STEM课程应当以人为本，课程开发要注重课程对学生的意义，课程实施要注重学生学习动机的引发与课程中情感的设计，使整个项目情理交融、充满活力。

1.用真实情境激发学习动机

想要学生积极主动地学习，就要先解决为什么学的问题。只有学生觉得有趣或有意义的事，他们才有可能心甘情愿地学、自主地学、积极地学。真实的情境可以激发学生的同理心和责任感，而同理心和责任感可以驱动学生自主学习。

笔者以为贵州山区人民制作跨山大桥作为真实情境，让学生了解当地人民出行的困难，理解当地人民对高速便捷出行方式的渴望。同时通过观看纪录片《超级工程Ⅱ》中的第二集《中国桥》，了解桥对中国交通、经济发展的重要作用。通过真实的情境激发了学生的同理心，用学生迫切希望帮助山区人民便利出行的朴素情感，驱动其学习造纸桥。

2.在真实情境中转变身份，理解任务的意义

观看《超级工程Ⅱ》的另一个目的是帮助学生了解工程师、设计师是怎么工作的，让学生设想自己以后有可能成为一名工程师、设计师，并以工程师、设计师的身份综合考虑造桥时要面对的问题，从而提升自身的荣誉感和使命感。

3.利用真实情境，明确教学目标

真实情境不仅是情感的润滑剂，也是课程的推进器和项目搭建的平台。使用与课程任务相关联的有用情境可以帮助学生快速了解学习目标。本课利用KT板、木材等搭建了一个简化的场景，方便学生快速理解目标任务和进行简要参数的测量（如图1）。

图1

●大胆重构，变线性课程为开放课程

1.构建相对开放的课程，教学的弹性更大，促进课程生长

现行的国家课程大部分是一个课时一个知识点，课与课之间以知识脉络连接，没有做到以生为本。开发STEM课程，改变了国家课程一个课时一个知识点的模式，目的是培养学生综合运用S、T、E、M的能力。但当前很多STEM课程会把S、T、E、M生硬地分割开，以便更清晰明了地向学生展示每一个原理、技术。这种分割式的STEM课程受到线性课程的影响，教师企图控制课程的每一个步骤，这显然无法做到以生为本。以学生为本的开放课程，应将这种按程序一步一步走的课程打散，重新组合，构建一个开放式的课程框架。

2.把离散的知识点教学变为长周期的综合探究

当前的STEM课程教学流程分为五个部分，即确定目标、学习原理、设计制造、测试作品、交流评价。这种STEM课程是一种线性的课程，教师按照设计好的课程一步步讲授，控制着课程的每一个步骤，其本质上仍然是以课程为中心的教学流程。要让课程以学生为中心，首先要打破这种由教师设计好线性课程的教学模式，转变为师生共同设计开发课程。

笔者改进的课程流程如图2所示，学生共同提出问题，总结方法，学习效率更高，学习效果更好。这种模式将技术的学习融入到原理学习的过程中，原理和技术的学习同时进行，增加了原理与技术之间的联系，减少了割裂。

3.巧立学习支架，自主积极学习

学生是学习的主体，学习的主要过程应该由学生来完成。但是工程项目复杂且综合度很高，仅靠学生自己去完成非常困难。因此，教师作为学习的促进者要善于为学生提供合适的学习支架，与学生组成学习共同体，一起去探究，实现教学相长。在本项目中笔者提供的学习支架如下表所示。

4.注重教学的生成，项目师生共生

课程对学生是有意义的，课程的走向应是学生决定的，学生要参与到课程的开发中去。因此，课程不能是教师事先完全设计好的，而应在师生互动的过程中，通过教师对学生的需要和感兴趣的事物的价值判断，不断调整，以促进学生更加有效地学习，即进行生成性教学。

在本项目中，学生学习框架式结构不是因为教师要教框架结构，而是发现并列式纸桥用纸太多，纸不够用，才想到结合钢架桥做框架式的纸桥。学生在观察悬索桥时发现可以用钢索来加强桥的承重能力，于是模仿悬索桥利用纸绳加固纸桥，师生一起研究纸绳穿和绑的方法，最终做出悬索纸桥、斜拉纸桥等纸桥，极大地丰富了纸桥的类型。

●转变评价方式，促进项目迭代提升

1.用形成性评价

A-STEM课程的评价理念是“一切皆在形成中”，对学习成效的考查主要以学生的形成性评价为主、终结性评价为辅，其目的是通过评价不断提供反馈，促进学生A-STEM项目的迭代提升。用形成性评价促进课程生长意味着要改变只在课程结束时做出最终评价的模式，采取在课程进行的过程中不断做出形成性评价，即评价不再只看最后的作品，而是在学习的过程中体现。

2.多元化评价方式

对小学生来说完成一个复杂的工程是不容易的，只要坚持完成，都应该予以鼓励。工程项目是复杂的，教师应从不同角度对学生进行多元评价。例如，除了承重能力外，可以在美观、材料多少、设计感等方面给予评价。

3.善用自评与互评，学会分析、沟通和欣赏

评价是学习的一部分，学生通过口语、问卷、量表对自己和同学甚至教师做出评价，就是在与自己或与他人进行思维的碰撞，这种碰撞可以促进课程生长，有利于学生学会分析、沟通和欣赏。

4.用作品评价作为客观评价

自评、互评和教师评价都是主观的评价，对作品的测试作为一种客观的评价，应该是主观评价的补充。在本项目中，“对纸桥进行承重测试”既是检验纸桥的制作水平的方式，也是分析纸桥结构缺陷的重要步骤。此外，学生可以观察纸桥变形的部分，尝试对变形处进行改进（加固）。

●结语

本课程基于A-STEM课程以人为本的理念，弥补了传统课程中工程类课程过于“功利”的缺点，发展了学生的同理心、责任感，提升了学生的动手能力及科学探究的思维。学生所做纸桥的承重能力从原本不大于6kg提升到25kg，纸桥从单一的梁桥发展为悬索桥、斜拉桥等多种形式。所以，以人为本的理念，对工程类课程教学有一定的提升作用。