【课程设计论文】STEM课程设计实践研究

【课程设计论文】STEM课程设计实践研究摘要：STEM教育作为未来综合性人才的培养模式，优势已日趋明显，而STEM课程资源的丰富度和适切性是影响STEM教育有效且持续开展的重要因素。文章结合实践分析如何根据学生、教师及学校特色设计适切的STEM课程，提出了STEM课程可以从平移、教材、社团、社会、企业五个方面挖掘并设计，希望能够为寻找适切的STEM课程的一线科学教师提供借鉴。关键词：STEM教育；STEM课程；课程设计；人才培养一、从平移中来：洋为我用，吸纳改良随着2018浙江印州中小学STEM课程平移项目开幕式在杭州举行，STEM教育理念迅速在我国传播，同时引起科学教师的广泛关注。许多教师寻找国外可以借鉴的STEM课程，但此类课程因为受各国教育背景、教育方式以及学生认知水平和能力差异等因素的影响，无法很好地适合师生实际，容易造成“水土不服”的现象。因此，教师可对课程内容进行本土化改编，作适当调整。例如，在借用引进的课程“跨越河道”的设计框架时，教师可结合本地“绍兴桥乡”的特点进行设计。围绕绍兴的桥，要求学生有针对性地认知桥的外观、结构、材料，最终设计制作一座有绍兴特色的“桥”。教师按照提出问题、准备阶段、阐述制作、展示评价4个步骤设计STEM课程“绍兴的桥”，取得了较好的效果。第1课时，展现情景，提出问题。建设管理部门发出招标通告：绍兴古城改造，需要在护城河上建造一座跨度30米（桥梁模型跨度30厘米）的古桥。第2课时，知识准备，引导讨论。你见过几种形式的古桥？能否在纸上画出来？每一类的共同点是什么？请你简单叙述桥梁搭建应该遵循什么步骤？第3课时，设计方案，制作桥梁。学生分小组进行讨论，确定设计方案，画出简单设计图，对材料和分工进行标注。学生领取材料制作桥梁。第4课时，载重测试，改进桥梁。使用小车对桥梁进行载重测试，以确保建造的桥梁能够承载重物。第5课时，展示介绍，评价总结。每个小组需要展示创意、设计、分工、建造和最终完善的过程，同时还要对本组设计的桥梁的应用进行展示。对自己小组设计和建造的桥梁特点进行分析，并与其他小组的桥梁进行比较。师生共同从桥梁载重、桥梁跨度、桥梁自重、绍兴特色、制作工艺、团队协作等方面对各小组桥梁模型打分。二、从教材中来：研究教材，重构整合现行小学科学教材很多单元有开展STEM活动的素材，如“制作一个保温杯”“做个太阳能热水器”“造一艘小船”等，不少科学教师注意到了这些素材，但不知怎么设计成STEM课程。其实，只需认真地梳理和挖掘，结合师生实际和本校特色，找到科学和数学、信息技术等其他学科之间的连接点和整合点，以综合的视野看问题，就能把这些内容设计成STEM课程。例如，五年级科学上册“运动和力”单元中“设计制作小赛车”一课，就有比较明显的工程研究内容，为此，教师可引导学生设计一个完整的STEM课程“挑战号小车”。第1课时，明确任务要求，进行基础准备。要制作一辆比赛用的小车，行驶路程大于1米且能载重一个鸡蛋的弹力小车或反冲力小车。研究影响小车摩擦力大小的因素：接触面光滑程度、小车对地面的压力、小车运动方式。第2课时，学生先各自查阅资料，再交流讨论工程师是怎样思考设计赛车的，使赛车时速达到300千米以上，同时尽量做到平稳、安全。第3课时，根据任务要求设计小车，小组成员交流设计方案，选出最好的设计方案。第4课时，根据设计制作小车。能载重一个鸡蛋对学生是个挑战。学生在制作时，要考虑小车行驶的平稳，尽量走直线，启动不能太快，弹力或反冲力又不能太小，路程行驶尽可能长，还要克服轮子打滑等问题。学生通过不断设计、制作、测试和改进，制作出符合要求的小车，同时思维得到发展，综合能力得到提升，学到了运动和力的相关知识以及车的建造原理。三、从社团中来：依托活动，筛选重组科技社团活动以科学技术问题为核心，把理论知识、实验制作、实践创造、展示交流融为一体，其本身呈现提出问题、设计制作、展示改进等相对完整的过程，活动内容与形式与STEM教育比较契合，其中的许多项目可以成为STEM课程的素材。为此，教师可选取几个适合学生的科技社团活动的项目，结合STEM教育的本质和特征，设计出具有本校特色、学生喜爱的STEM课程。例如，“水枪，射，射，射”这一科学活动，设计灵感就来源于学生的科技小制作。教师可把它设计成以制作一个发射得更远的空气火箭为任务驱动的活动项目，分7课时开展教学。第1课时，提出问题，明确任务，要为古代军队制作一把攻城用的水枪。第2课时，阅读相关资料，了解制作水枪的材料及制作原理。第3课时，思考水枪的射程和哪些因素有关，并画出水枪设计图，确定自己小组的最佳设计。第4课时，学生自带材料，按设计图制作水枪。如细的PVC管、雷竹杆、橡胶塞、胶带、竹棒等。第5课时，各组对水枪进行射程测试、分析，并对水枪进行调整。第6课时，作品展示，集体测试。各组用水枪射倒搭建的“峰火台”，根据测试结果小组讨论可以改进的地方和措施。第7课时，围绕事先设计好的问题进行全班讨论，引发学生深入思考与水枪相关的技术、科学原理和社会问题。其中社会问题可这样设计：水枪适用于哪个年龄段的人群？能否作为武器？不同的人对水枪会有什么看法？水枪的使用是否会降低某些人的生活质量？类似于这样一些渗透科学工程因素的科技活动项目，本身就具备STEM元素，把它们设计成STEM课程，可以赋予其新的活力，帮助学生实现深层次学习。四、从社会中来：贴近生活，解决问题社会和生活中有些自然情境为学生提供了需要解决的问题，也涉及具体材料的使用，有真实的活动可以模仿，这比校内有些活动更具体、更真实，可以更好地培养学生应用知识的能力。教师要做个有心人,善于抓住社会生活中学生关心的某些主题的STEM因素，以项目学习的形式设计成STEM课程，同时融入探究思考内容，协助学生在具体情境中学习与项目主题相关的科学、技术、工程技能和数学知识。例如，在绍兴当地，许多家庭都会制作传统食品霉干菜。秋末冬初，菜园里的芥菜抽了苔，拇指粗细，顶带花蕾，脆嫩味甘。这时，摘下菜心，晾挂几天。待叶子变软，放进大盆，撒上盐，用手揉搓，渗出一些菜汁，装入陶瓮，码一层撒一层盐，装满后把瓮口封严。过十天或半月，取出晒干，便成为色泽金黄、咸酸味甘的霉干菜。教师可对此进行深入挖掘，按照STEM理念设计课程“好吃的霉干菜”。学生先明确任务，制作一包霉干菜，在农产品展销会上展销。接着上网查阅资料，了解腌制过程中的发酵温度、发酵时间、含盐量等因素对微生物和风味的影响。再设计制作方案，标明自己小组采用的原材料、工具，写清楚制作方法、步骤、时间安排和成员分工。然后分3课时制作霉干菜：第一课时，学生自带芥菜摘心晾挂。第二课时，撒盐揉搓装瓮封口。第三课时，晒干装袋，写产品说明。最后举办展销会，学生品尝各组制作的霉干菜，按外观、口感、色泽、气味等方面打分，评出优质霉干菜。这种来自社会生活的STEM课程更受学生欢迎，学生为解决生活问题而学，为创造美好生活而做，参与活动的积极性更高。五、从企业中来：联姻工厂，设计项目绍兴当地有不少企业，比如建筑装饰、纺织服装、食品加工、印刷包装、设备制造等。教师可走进企业，依托它们研发的产品、开展的项目来设计STEM课程，通过完成项目任务的方法将科学、技术、工程和数学结合起来，将抽象的知识与学生身边的产品建立起紧密的联系。例如，绍兴崧厦镇被誉为“中国伞城”，学生对伞有一种亲切感。教师可利用这个得天独厚的资源，把STEM元素融入其中，设计“雨伞的诞生”这一STEM课程。让学生在动手实践中感受和理解材料透性的概念，培养学生对运用工具、记录数据，并最终得出科学结论的完整过程的认识。同时，鼓励学生设计制作防水性能好的雨伞。第1课时，明确任务，基础准备。先提出任务，要制作杭州亚运会啦啦队员用的雨伞，要求防水性能好。然后邀请伞厂的设计师给学生讲课，介绍雨伞设计制作流程、雨伞种类、基本功能及设计要求。第2课时，探究材料的透性。使学生知道制作一把防水性能好的雨伞，关键是伞面材料的选择。要求学生测定给定的几种材料（报纸、棉布、尼龙布、油光纸、塑料薄膜、涤纶布、双胶纸）的透性。为保证结果的可靠性，实验一般需要做几次，以作为评价透性好坏的依据。第3课时，小组讨论，设计图纸。请各小组画出雨伞设计草图，标出各部件选用的材料和数量，特别是伞面的材料，确定人员分工。第4课时，制作雨伞，修改完善。各小组开始完成任务，并按照评价量表思考下面问题：伞面选取了什么材料？为什么这样选择？除了透性，还对哪些问题进行了思考？是否遇到了什么困难？是怎样解决的？第5课时，防水性能测试。在伞面上用洒水壶均匀洒水持续1分钟，检查伞内情况，观察是否有渗漏。第6课时，成果展示，评估改进。各小组展示材料选择、设计、分工、制作和最终完善的过程，同时展示雨伞的性能。小组互评打分，指出其他小组雨伞的优点和改进建议。STEM课程研究与实践仍在路上，但学生综合素养已经在提升。学生收获的是学科视野的广阔和生动，是与人交流的启发和灵感，是问题探讨的迷惘和释然，是方案抉择的艰难和期待，是动手制作的自信和熟练，是作品展示的自豪和欣喜，是创新精神的孕育和孵化。参考文献：1马玉龙.STEAM愿景下的综合实践校本课程开发J.基础教育参考,2017(03).2张燕，张海云.基于STEM教育的小学科学课程资源的开发研究J.中小学信息技术教育，2018(04).3陈如平,李佩宁.美国STEM课例设计.小学卷M.北京:教育科学出版社,2018.