王凤梅

摘 要：基于项目的STEM学习是一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式。引导学生通过自己感兴趣的科学实践活动，在真实的情境中，为学生提供机会，让学生专注于生活，投入到让学生感觉到满足而值得从事的活动中，培养学生的科学思维和科学素养。

关键词：基于项目的STEM; 科学思维; 科学素养

中图分类号：G623.6       文献标识码：A        文章编号：1006-3315（2021）9-043-002

一、研究背景

S（科学）是对自然世界的研究，包括与物理、化学和生物相关的自然定律，以及对这些学科相关的事实、原理、概念和规则的处理与应用。科学既指随时间逐渐积累起来的一系列知识，又指产生新知识的过程——科学探究。科学知识能为工程设计过程提供信息。

T（技术）虽然严格意义上说不能算做一门学科，但是它包含了用于创建和操作技术制品的整个系统以及制品本身。这个系统包括人员、组织、知识、过程和设备。在漫长的历史中，人类创造了技术来满足自己的需求，很多现代技术都是科学和工程的产物。而技术工具在这两个领域也都有着广泛的应用。

E（工程）既是有关设计创造人工产品的知识体系，也是解决问题的过程。工程学是在限制条件下进行设计的过程。其中一个限制条件就是自然定律，或者说科学定律。其他限制条件包括：时间、资金、可用材料、人体工程学、环境法规、可制造性和可修复性。工程中会用到的科学和数学概念，以及技术工具。

M（数学）是一门研究数量、数字和空间之间的模式和关系的科学。数学与科学不同，在科学中，实证数据是用来证明或推翻相关主张的;而数学中的主张则是通过基于基本假设的逻辑论证来证明的。逻辑论证和主张都是数学的一部分。与科学一样，数学知识也在不断发展。不过与科学不同的是，在数学中除非基本假设有所改变，否则数学知识是不会被推翻的。在科学、工程和技术中都会用到数学。

学校高位发展的需求性。本校地处苏州工业园区，园区教育日新月异，科学技术迅猛发展，学校已成为园区未来教室的试点学校之一，处于高位发展的阶段。在课堂教学中使用双板技术已成为当今提高教学质量的重要手段和措施，用来满足学校教育工作的不断发展。

交互式电子白板被越来越多的应用于课堂教学中。交互式电子双板基于双轨教学模式产生，解决了传统单块交互式电子白板教师备课不方便、教学资源无法共享、电子白板尺寸过小等问题，同时具有其独特的教学特性。信息技术的发展对传统课堂带来的冲击，促进我们一步步地去改变。

2017年教育部颁发的《小学科学新课程标准》，更是提出将科学、技术、社会与环境目标纳入课程目标中，课程内容中也增加了技术与工程领域的模块，使学生有机会综合所学的各方面知识，体验科学技术对个人生活和社会发展的影响。培养学生通过“动手做”解决科学问题的习惯。

二、课题研究的必要性

丰富学生科学学习的资源。未来教室环境下，基于项目的小学科学STEM学习，教师通过教材研究，创造性地整合有效资源，基于真实情境提出问题，要求学生解决若干问题。通过学生完整的作品展示来考量学生对STEM所涉及的各个学科概念的掌握情况。而在双板上呈现，可以很好的进行师生互动，并拓宽学生的视野。

STEM课堂具有以下特征：活躍且以学生为中心、能够支持学生自发提问以及制订探究计划、是发明与创新的中心;既是教室，又是实验室，支持多种教学模式;能够覆盖具有不同学习风格以及有学习障碍的学生;整合真实世界中的情境或难题。

受STEM教育的学生有以下特征：他们是问题的解决者、能够明确问题和难题;能设计探究方案以获取、收集和整理数据，得出结论;并能够将相关知识应用到新的情境中。学生也是创新者、发明者，具有自主性和较高的技术素养。

提高科学教师教科研的能力。通过课题研究，引入STEM PBL策略，激发教师的科研意识，不断实践与反思，从而促进教师的教科研水平的提高，让STEM学习深入科学课堂。

《依托未来教室，优化基于项目的STEM学习的研究》是用一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式来促进学生科学思维的培养。强调长期的、跨学科、学生为中心的，且与现实世界之问题和实践相融合。将分散的学科领域融合进应对具有挑战性问题和难题。这些问题驱使学生去面对并力争理解学科的中心概念和原则。教师利用电子白板和平板电脑，整合科学教学资源，创新教学方式，开展有意义的教学活动，促进学生的科学学习，提高课堂教学效率。

三、研究方法

本课题主要采取了以下几种研究方法：

文献研究法。对期刊、文献、网络等资料文献进行查阅，了解课题的研究现状。在已有研究成果的基础上寻找深入的研究点，为课题的研究提供理论支持与指导。组织课题组人员查阅和学习相关的理论书籍，关注最新的国内相关研究情况，特别是关于未来教室、《科学新课程标准》、小学科学教学方法的论述和观点。借鉴吸收相关的思想内容和实践经验，提高课题研究组成员的理论水平，不断完善自己的课题研究。

行动研究法。此研究法将跟踪本课题研究的全过程。按照“计划-行动-反思-调整”四个步骤，课题组将不断地研究、实践、反思、调整、充实，力求以清楚的数据、科学的论证，提供事实性材料，评定前阶段工作，启动下阶段工作。在这过程中，课题组人员针对研究中出现的问题，努力研讨解决的方法，推进课题研究工作。在小学科学课堂、装有电子双板的课堂中观摩教师上课的全部过程，对教师和学生进行访谈。

案例研究法。根据基于项目的STEM学习理念，依托未来教室，进行教学资源设计并实施教学案例。

问卷调查法。对小学科学课程现状进行调研，在案例实施后通过调査问卷了解基于项目的STEM学习与平时的效果。

经验总结法。通过阶段性总结，及时肯定实验成果，修正实验方案，总结出实验的主要经验，及时推广运用。

四、研究目标

依托未来教室，基于项目的STEM学习，能给小学科学教师一个丰富的教学资源库。整合小学科学课堂教学有用的相关资源，促进教学实效，增强科学课堂效率，提高小学科学教育质量。

通过课题研究使我校科学教育更能适合学生发展的需要，教师运用新的理论指导使科学教学更具实效。

在课题研究过程中，转变教学观念，基于真实情境，模糊任务，明确结果展开教学，促进学生各科知识的融合教育，适应现代社会对人才培养的需要，能够恰当利用现代技术，依托未来教室，优化基于项目的STEM学习。

依托与现实生活相关的真实任务，调动学生参与的积极性，允许学生对学习有所控制，注重学习的迭代过程。在不断拓宽经验和知识的基础上，建立加快学习的催化剂。辅助学生在科学学习中自主、探索，从而培养学生发现、获取、重整、分析、利用和创造等科学能力，提高学生的综合科学素养。

五、研究内容

本课题的主要研究内容是研究基于项目的STEM学习。注重学生所学各科知识之间的融合及有效整合，课上教师利用平板与学生进行有效交互，加强课堂教学设计与运用研究，提升课堂教学的实效性。

子课题一：基于项目的STEM学习概述

小学科学课程内容包含物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个领域。优化项目，深入学习5E教学模型，奠定研究的理论基础。

子课题二：小学科学基于项目的STEM教学设计的开发研究

基于项目的真实情境下的学习任务，模糊的问题、明确的结果。促进学生的学习自主性和科学思维的培养。同时将上课时所需要的音频、视频、图片、网址、文本等多种教学资源整合在一起，教师上课时可以通过双板呈现所需的资源，重点研究如何更好地做到资源整合，探索课件工程的制作与优化。

子课题三：未来教室环境下，基于项目的STEM学习评价机制的策略研究。创新课堂教学方式，充分开展有效的互动教学，促进学生的学习。

六、社会价值

通过专注于问题、事例和将新观点与先前获得的相关知识联系起来的学习背景，学生接触到学习内容。建立学生的思维，利用与学生个人相关的问题，为学生探究搭建脚手架。

让思维具有可见性。给学生提供清晰观察自己的学习机会，鼓励学生反思，更准确地示范科学课程。提供多种表达方式——允许学生积极主动的参与到解释科学的过程中，电脑动画、建模制作项目、动态描写和科学信息显示，让学生接近尖端科学，使学生能够看到科学思维过程。因而可以接近科学思维。给学生提供机会来积极培养元认知技能，协助教师更有效的为学生搭建学习平台并提出反馈意见。从而促进学生在科学世界和学习世界之间的互动。

帮助学生向他人学习。社會建构主义、合作性学习、学习共同体都提倡这种学习理念。鼓励倾听，而且要三思而后行。学习共同体强调学习者要观察榜样，并从榜样的身上学习。设计讨论中必须要考虑“进行反思，整合他人的观点，认真做出自己的贡献。”

促进自主学习和终身学习。基于元认知和探究，鼓励监控。提供复杂项目，让学生有能力设计个人的目标，从他人那里寻找反馈、解释评语、增加新证据。鼓励教师为学生搭建脚手架，促进自主学习和终身学习能力的培养。

七、社会效益

基于项目的STEM学习，引导学生通过自己感兴趣的科学实践活动，在真实的情境中，为学生提供机会，让学生专注于生活，投入到让其感觉到满足而值得从事的活动中，培养学生的科学思维和科学素养。

实现高效的自主学习。未来课堂不再强调以教师讲授为主，而是以促进学生进行个体学习和社会化学习为主。未来课堂强调学生之间采用协作式的学习方式，安装的设备和使用的系统能支持学生的群体或团队学习。学生们能够协同合作开展知识创新，最终实现知识共享，从而促进学生的自主学习。

实现优质资源的共享。配备视频交互系统的“未来教室”，可通过高清摄像头和话筒，对整个教学过程进行录像或直播，打破传统校园一间教室、一位教师的上课模式，通过现场视频同步传输开创了同一时间、不同空间的上课模式，实现了优质教育资源共享。

STEM教育课程计划能够以学生参与活动、项目和问题解决为基础，提供动手做的课堂体验。学生在应用所学的数学和科学知识来应对世界重大挑战时，他们创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。这些促使孩子们成为真正的学习者，使他们树立终身学习的思想。着力培养学生以“解决问题、逻辑思考、批判性思考和创造力”为核心的科学素养开始，正在向培养面向未来的更为全面发展的创新人才核心素养发展。倡导跨学科、跨学习领域的学习方法，通过真实情境的课程教学，将拥有科学、技术、工程、艺术、数学等知识背景的学生与学校、社区、工作和全球企业联系在一起，与人类未来社会的需求联系在一起。

八、课题研究反思

专家引领不够，课题研究重实践，轻提炼。本课题研究在邀请专家进行指导、引领方面做得不够，导致我们的研究视野狭窄，研究的方法、思路还不够科学、有效，是真正意义上的“草根研究”。在课题研究“回头看”的过程中，教师们对课题研究过程的反思和提炼欠缺，没有有意识地进行总结，与此同时，教师重复性的研究较多，导致课题资料不够丰厚。

课题研究还不够深刻，尚有很多内容需要深入研究。学校处于乡镇，教师观念更新不快，学生家庭配合不够，导致课题研究不够深刻。

如何更好地利用未来教室进行课堂教学，尚需继续探究。课内如何组织有效活动、促进学生内化知识、拓展能力更需进行深入研究。

首先，相对于其他现代教育技术手段，交互式电子白板对课堂教学和促进教师专业成长两方面都具有一定优势。但我们也清醒地认识到，电子白板技术始终是为教学服务的，是提高教学质量的辅助手段，课堂上千万不能主次颠倒，不能只为技术而忽视了语文教学最根本的任务——学生听、说、读、写能力的训练。另外，比技术更先进更重要的是教师教学理念和专业能力。因此，教师在学习使用先进的教育技术时也必须不断提升自己教育理论水平，不断创新自身的教育教学理念和方式。

其次，目前的教育教学前沿，微课、微视频等对于在课外指导学生学习起到了举足轻重的作用。在电子白板领域，我们制作微课、微视频更方便，效果更形象直观，在原有的研究基础上，我们要进一步研究利用白板技术制作微课、微视频对学生的科学素养的提升，本课题是结题了，但是研究的脚步会继续前进。

参考文献：

[1][美]米尔顿·霍林，[美]杰姬·斯皮克·德怀尔著，刘恩山等译.STEM课程如何设计——从StEMT理念到课例[M]

[2][美]罗伯特·M·卡普拉罗，[美]玛丽·玛格丽特·卡普拉罗，[美]詹姆斯.R.摩根著，王雪华，屈梅译.基于项目的STEM学习——一种整合科学、技术、工程和数学的学习方式[M]