李定宇

STEM教育以多学科整合项目化的特点以及以创新实践能力为培养宗旨的目标在国际上广受关注，在我国，各个地区也以不同的方式展开了不同程度的STEM教育的尝试与改革。基于我国基础教育在内容上重理论轻实践、重结果轻过程，缺乏工程、技术类知识的授予与熏陶，造成学生普遍缺乏创新精神、实践创造能力不足的现状，在小学阶段，基于STEM教育理念的“教学+活动”项目式设计有利于培养学生综合运用科学、技术、工程、数学四方面知识和可能涉及的其他学科知识来分析和解决实际问题的能力。

科学是小学基础学科课程，是面向全体学生的素质教育内容;社团作为拓展学生学科知识的空间，面向有科创兴趣爱好的部分学生;科创活动是科技创新类的竞技活动，面向特长生。“教学+活动”项目指向学科教学、社团教学、科创活动的设计，科学学科教学是基础，社团教学侧重于不同学科知识的拓展，科创类活动则着重竞技试练。“教学+活动”项目设计可以解决教学与活动脱节、知识碎片化的弊端，以项目的形式层层深入，帮助学生建立知识主线上的联系，既面向全体学生普及科学教育，又为科创特长生搭建成长的支架，形成一个承上启下的整体。

一、科学学科知识整合—基于问题的学习方式

2017年教育部印发的《义务教育小学科学课程标准》提到“倡导跨学科学习方式”。小学科学是一门基础性、实践性、综合性课程。小学科学课程的设计要从学生发现身边的现象出发，通过学习认清事物发展的规律，在内容上包含物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个领域[1]。《小学科学（粤教科技版）》教材主编马学军认为，科学教学是教师指导和帮助学生发现生活中的问题，探索科学现象，揭示其中隐藏的科学规律，并将其应用于生活实际，自主地建构科学知识，形成良好的思维习惯，获得初步的实践能力，习得科学方法，培养严谨的科学精神的活动[2]。STEM教育理念为小学科学教学的设计与整合提供了一个探索视角（见图1）。

《小学科学（粤教科技版）》教材四年级下册第17课“设计与制作：风帆小车”将工程的处理问题与设计的过程引入科学课堂，侧重于建立科学和工程中重要概念的联系，是基于小学科学课程开发科学探究、工程技术实践的课例。

（1）基于现象，运用已有知识解决新的问题。学生利用“设计风帆小车”获得对材料的理解以及运用“风与物体的相互作用”的相关知识设计风帆小车，解决新的问题。

（2）协作探究，在平等沟通的基础上勇于质疑。学生在尝试风帆小车设计的基础上，进行单因素实验探究。在学生尝试设计过程中，教师要保留学生的困惑和疑虑，引导学生勇于质疑，直到他们可以精准判断。

（3）精准判断，用测量工具或数学方法进行量化。学生通过分组探究，经过多次实验，利用对比实验，从而减少误差。教师在设计中渗透科学实验原则，尽可能控制其他条件不变，测量不同风帆小车行驶的距离。

（4）创造提升，在操作的过程中整合各领域知识。科学课堂整合工程技术的工程设计（确定需求—设计—制作—测试—改进）、物质科学（如材料属性的探究）、数学（如几何图形的面积问题）等领域知识设计实验方案，分别探究影响风帆捕捉风能的效果的各种因素。

二、科技社团教学整合—面向体验的学习方式

科技社团教学作为科学课堂教学的拓展模块，以科学知识为基础，深入挖掘科学知识的深度并整合联系其他领域，增加社团教学的广度。科技社团教学是科学教学的“进阶版”。社团教学设计不是简单地将这些领域的知识点拼凑在一起，而是有目的、有方法地将其系统地组合成项目。在社团活动教学中，教师通过问题的提出及由浅入深的关联环节设置逐步引导学生解决问题。学生作为活动主体，通过教师的引导发挥自主能动性，主动对感兴趣的问题（项目）进行探索，尝试解决问题和建立模型，对自己所收集的证据进行分析。社团基于学生已有的知识基础，合理设置活动项目的难度、广度和深度，以任务、讨论、对话、探究的形式作为教学主旋律。下面以“STEM造梦空间”社团项目为例进行说明。

（1）基于问题进行科学探究。以“影子的智慧—物体成影与皮影的制作”活动为例。教师提出问题：影子是怎样形成的？影子的大小为什么会变化？皮影戏是怎样利用影子的形成规律进行表演的？还能用影子的形成规律来做什么？影子的形成对我们来说是否百利而无一害？在科学课堂教学中，学生们只学习了影子的基本概念和成影因素，在社团活动中则可以通过设置问题驱动深度挖掘，让学生带着这些疑问开展对影子与皮影戏的探索。

（2）基于现象进行技术设计。以“如何解决一次性纸杯的浪费问题？”活动为例。从纸杯的材料构成、降解等方向着手，结合技术手段合理利用材料解决结构连接问题，结合工程设计准则确定设计、执行、反思与修正的思维过程，结合人文素养提升设计作品的美观性、艺术性，结合数学知识保证图形的对称性。本次“纸杯回收利用”活动促使学生設计出了许多回收处理方案，创造出了一批关于纸杯的小制作、手工艺品。

（3）基于项目进行工程实践。以“水过滤装置”活动为例。教师提出问题：如果饮用水被污染了，如何净化？任务要求学生采用较容易获得的部件来设计过滤装置，能够让浑浊的水变成清水。教师先引导学生参与讨论，研究怎样使浑浊的水变清;再引导学生画一个滤水器的原型，接着引导学生设计并完成滤水器制作;最后引导学生展示与优化作品，设计说明书，确定最终作品。

三、科创活动项目整合——基于项目的学习方式

科创活动指与科技创新相关的赛事或展示评比活动，参加科创活动可以让学生将在科学课堂和社团教学中学到的知识予以迁移应用、创新，在这个过程中，可以优中选优、再次升华，形成精英作品。赛事的氛围、比赛的规则可以强化学生的体验，提供培养问题解决能力的试练机会，培养学生创新意识和深度学习能力。在活动项目的训练上，教师围绕一个竞技的目标设计一系列的问题，促进学生参与到小组中开展研究，明确方案的标准和限制，并应用科学概念去解决所遇到的问题。以青少年科技创新大赛作品“车与运动”为例。

（1）发现问题，提出问题。项目来源于参加车辆模型比赛的学生在车辆的制作与控制中，对车辆转弯、变速的原理提出疑问。这个问题的解决有利于他们了解车辆结构和运动规律，更好地制作与控制小车，因此展开了小车转弯、变速的探索。

（2）集体讨论，提出方案。在集体讨论环节，教师引导学生确立了“齿轮模拟汽车变速器的基本原理探究”和“四驱车与其他小车转弯过程比较的探究”两个研究主题。学生通過资料的收集了解了汽车运行的规律和齿轮连动的特征，经过集体讨论得出可以利用齿轮和轴模拟车轮寻找转动与连动的关系的结论，解决了汽车速度变化与齿轮大小的关系（变速器的雏形）的问题，并根据同一根轴上车轮速度一致的现象，思考如何协调两个车轮的不同速度来实现转弯（差速器的雏形）。

（3）设计模型，搭建原型。当学生理解了齿轮与运动规律，脑中形成了搭建变速器、差速器的基本模型的影像之后，教师引导学生确立第二阶段主题“齿轮创意搭建解释汽车运动状态的探究”，聚焦变速器、差速器基本模型的搭建。学生尝试根据猜想的结构设计原型，利用齿轮、泡沫板和轴来搭建模型。

（4）测试原型，优化作品。教师和学生重新审视问题的制约因素和目标，对变速器、差速器原型的运行进行测试，发现齿轮咬合不紧密、轴插入泡沫板容易松动等问题，通过工具的补充、材料的替换等迭代过程确定了最终成品。

（5）总结反思，表达展示。教师将以上探究的过程归纳为科技实践活动方案，同时引导学生将过程记录为科学研究论文，将创造的模型制作为小发明。教师和学生带着作品积极参与展评活动，在青少年科技创新大赛、模型制作比赛和少年儿童发明评选等活动中获得了不错的成绩。

基于STEM教育理念的“教学+活动”项目式设计迎合多元课程的融合学习和核心素养教育的需要，提供了主动学习的“环境+过程+经历”一体化设计，搭建了以“知识+技能+素养”为主题的多元化“学习+体验+评估”项目体系，使学生能够感受到现实生活提出的复杂挑战，这样能够帮助学生提高问题解决能力、合作探究能力和沟通交流能力等。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2017：2.

[2] 马学军. 将孩子们引向何处[J]. 湖北教育—科学课（小学版），2009（5）：1.

本文系东莞市教育科研“十三五”规划2019年度立项课题“基于STEM教育下小学社团活动项目开发与应用研究”（编号：2019GH060）的研究成果。

（作者单位：广东省东莞市寮步镇西溪小学）

责任编辑：孙昕

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