项目学习取向的STEM教学策略

————以《小小设计师：做架子》教学为例

作者单位：江苏省无锡市教育科学研究院    季荣臻

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》（以下简 称新课标）指出，教师要创设真实的问题情境，引导学生在解决问题的过程中感受技术与工程的基本特 点，体会科学、技术、工程之间的相互促进关系，这与 2017 年版课程标准倡导的 STEM 一脉相承。STEM 是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方 式，它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，有 利于培养学生的工程实践能力和创新能力。

一、项目学习取向的STEM教学的特征

科学课程中的STEM以项目学习为主要方式，项 目取向的 STEM 教学体现出高度融合、立足实践、问 题解决、指向创造、注重设计等特征，转变了学生的 学习方式，充分调动了学生的学习内驱力，从而提升 了学生的核心素养。

STEM 视野下的课堂教学会呈现出更加丰富的 教学样态，更加凸显工程实践思想的项目学习，这 有别于科学探究取向的课堂教学。科学探究与工 程实践在内涵、目的、过程等方面各有不同的侧重 点（见表 1）。不同于科学探究，工程实践要求学生 确定问题，明确需求，学习相关背景知识；头脑风 暴后根据限制条件权衡利弊，提出设想、制定方 案；制作小样、反思评估，再改进并重新设计制作， 最后成果发布与分享。学生在问题的解决过程 中，会有新的发现、新的问题，进而展开新的研究， 这些都聚焦学生的主动学习与实践，突出了项目 学习的本质内涵。

二、项目学习取向的STEM教学策略

在设计、执教 STEM 课《小小设计师：做架子》 时，我们尝试把握 STEM 教学特征，并在教学策略上加以体现。

1.问题聚焦：基于真实情境的展现

师：我们先来看一段视频。（视频：学生写作业 时，书本不稳定，容易自动翻过去，因此学生将手、笔 袋等压在书本上） 这位同学写作业时，遇到了什么 问题？你碰到过这样的问题吗？你是怎么解决的？

生：拿物体压住书。

生：让书立在那里。

生：用物体压住页面。

生：最好有个架子。

师：为什么要这么做？

生：这样看书很方便。

生：如果用手压着书，这样写字的姿势不对，写 出来的字会很难看。

师：这些方法都是为了方便阅读。让书立在那 里的方法不好，书上的内容看不清楚，必须趴着才能 勉强看到书上的内容。刚才有同学说到架子，老师 这里有些架子的图片（平板电脑架子、餐具架、谱 架），我们一起来看一下。

（教师出示各种支架。）

师：如果离开那些架子，你觉得会怎样？

生：如果没有平板电脑的架子，我看平板上的学 习内容就只能用两个手捧着，这时一边看一边做记 录就很不方便了。

生：我是吹长笛的，这种谱架用起来非常方便， 它能够按照我的身高调节高度，书谱放在上面的板 上还能用旁边的夹子夹起来，这样即使有一阵风吹 来，书谱也不会飘起来。

师：看来，架子在我们的生活中扮演了非常重要 的角色。今天这节课，我们就用3D打印笔来设计并 制作一个给我们带来方便的架子。

设计意图：学生学习源于现实生活中的书本如 何固定的问题，有效调动了学生要做一个固定书本 的架子的需求。这样的学习情境，更能激发学生的 学习动机或解决问题的欲望。学生由此联系生活中 关于固定书本的不同情境，明确不同需求，对问题进 行反复描述，直到确定解决问题的方向，然后进行方 案的制定、分析和优化。整堂课的活动具有极强的 计划性，学生清楚课堂上要研究的问题是什么，活动中自己要做什么。此时的“做架子”不再是简单地动 手做，而是一种基于技术的设计与实践融合的深度 学习活动。

2.工程设计：基于问题解决的思路

师：你们都准备做什么架子？为什么？

生：我想做一个专门放红领巾的架子，每天回家 就把红领巾放在架子上，架子放在大门旁，这样每天 出门我就能看到架子上的红领巾，再也不会忘记戴 红领巾。

生：我想做一个谱架，虽然刚才看的谱架用起来 很方便，但是我觉得黑乎乎的不好看，我想设计一个 用起来很方便同时又很好看的谱架。

师：请大家小组讨论，依据你们的观察来确定制 作目标，这节课一个小组做同一个主题的架子。 （学生小组讨论后交流。）

师：看来集体的智慧果然强大。同学们有了更 多较成熟的想法，我们的学习就是需要这样的思考 与交流。要设计制作一个架子，你们觉得要考虑哪 些问题呢？

生：要考虑力学知识，比如怎样让架子更加牢 固；要考虑技术上的问题，比如如何拼接等。

生：还要从工程设计的角度综合思考。

生：要从数学方面的知识思考，比如各部分尺寸 的设计等。

师：大家考虑得很全面，同时要注意设计时有一 定的条件限制（出示任务表中的相关设计要求），下 面请同学进行设计，用3D打印笔将你们的创意“画” 出来。 （学生分组进行设计。）

设计意图：新课标指出，工程活动的本质是创造 人工实体，设计与物化是其中的重要环节。引导学 生在解决问题的过程中感受处理工程问题的规范 性、解决方案的多样性，以及根据反馈迭代改进作品 的必要性。显然，本课中，教师应该把重点放在让学 生体验工程设计的过程上。教师指导学生从定义问 题到聚焦任务，逐渐明确架子的设计方案，并通过多 媒体数字化手段初步建模，展现设计思路，并在与他 人的分享中发现不足，不断改进完善设计方案。学 生将科学、技术、工程、数学等学科知识运用到具体 的设计、制作中。在这个过程中，学生的目标明确， 在一定的限制条件下设计属于自己的（或满足某一 特定对象需求的）产品，并不断优化设计方案。这里的限制条件可能是材料、3D打印技术、尺寸等，这正 是工程设计的显著特征之一，即工程设计受到规格 和条件的限制。

3.主动建构：基于学习方式的转变

师：同学们设计得都很认真，谁愿意把你们小组 的创意或者问题和大家分享一下？ （教师投屏介绍几组学生的设计图。） 师：你觉得这些小组的设计怎么样？

生：第 1 小组的谱架我觉得已经比我们看到的 谱架好看多了，他们把谱架上的夹子设计成了一个 个蝴蝶，真生动。

生：我有个疑问，他们的架子上半部分看起来非 常大，而支撑的杆子很细，这样会不会重心不稳？我 觉得能不能减轻上半部分“托板”的重量，这样不仅 谱架会更稳，而且还能节省材料。

生：我觉得这个谱架的下面三个支撑脚还可以 做成像吸盘一样，这样谱架的上面即使重一点，谱架 也会很稳定。

师：你关注了功能，这也是我们产品是否合格的 第一要素。其他组呢？

生：我觉得第 2组设计的铅笔架太大了，应该把 铅笔架的长度和宽度与我们的文具盒配套起来，这 样就能直接放到文具盒里面了。

生：我觉得第 3 组设计的书架要加一个强力弹 簧，因为有些书很厚，如果没有强力弹簧的话，根本 不能让书保持打开的状态。

生：他们组设计的这个架子如果挂在门上，这个 突起的东西正好可以碰到我们的头，如果一不小心 我们走过去撞到眼睛就不好了。

师：同学们的眼光都很独到，设计的产品有实用 性、安全性、美观性。为了作品更加完美，我们再把 自己的设计稿完善一下吧。 （学生小组修改、完善作品。）

师：同学们，接下来就是见证精彩的时刻。哪个 小组先来展示作品？ （小组展示、交流、评价。） 师：大家觉得这个作品怎么样？ （教师出示并介绍分类评价标准。A 类是符合 要求的作品，说明架子的设计功能完全可以实现，了不起；如果再注重美观的话，相信这个产品会受欢迎 的。B类是未完成的作品，有的小组还没有完成，不要紧，爱迪生发明电灯都经历了好几百次失败，我们才试了几次，多做几次一定能做好。C 类是不符合 要求的作品，这个架子在功能上还有欠缺的地方，说 明我们的设计需要调整。小组内再讨论一下，看看 如何进一步改进设计，相信下一次会更好。）

设计意图：在整个学习活动中，学生是参与者也 是设计者，体验了设计、分享、交流的乐趣。这种积 极情感是在融合学习中不断提升思维和能力所带来 的独特体验，学生潜在的能力得到了充分激发与展 现。课堂上，教师只要给予学生一定的时空，他们的 想象空间就会非常大。虽然学生的设计往往会有些 稚嫩，但是学生的创新思维在学习活动中得到了极 大的发展。学生积极调动原有经验并不断产生新的 经验，在建构中学习。

4.有效互动：基于教师角色的定位

整节课中，教师是引导者、组织者、参与者，课堂 中教师的教学行为处处体现着对这种角色定位的理 解。例如：你碰到过这样的问题吗？你是怎么解决 的？你准备做什么架子？为什么要做？谁愿意把你 们小组的创意或者问题和大家分享一下？你觉得这 个小组的设计怎么样？等等。在这个过程中，学生 会逐渐形成学习共同体，打破学科界限，展现出积极 的思维与情感，这样的课堂真正实现了从“教师让我 做”到“我想这样做”的转变。教师在数字化、融合性 课堂的学习空间中找到了属于自己的坐标，即关注 学生的学习方式，为儿童学习服务。

当然，在课堂教学中，教师还应该提供更多的小 组展示、交流的机会，让学生学习过程中的设计思维 更多地可视、可感，这样，学生的 STEM 学习和体验 会更深入，收获会更大。

STEM是教育理念，也是学习方式，强调科学、技 术、工程、数学等学科思想的高度融合，而基于项目 或者问题解决的学习方式是有效载体，能有效促进 学生综合素养的提升。显然，这样的融合课程不是 一节课所能全部体现的，需要学校和教师系列化、整 体化、系统化地规划设计与组织实施。

参考文献

[1]夏雪梅 . 项目化学习设计:学习素养视角下的国际与本土 实践[M].北京:教育科学出版社,2018.

[2]胡佳怡 .项目化学习中“教”与“学”的本质[J].基础教育参 考,2019(2).

点评：本文季老师针对STEM教学的价值取向和具体做法进行的案例式剖析，示范性较强。深入浅出理清了STEM教学目的是学生学习方法、能力、态度的综合锻炼和全面提升。STEM学习是在基于真实问题情境开展的，指向解决实际问题的；用工程设计思路去尝试和探索的，聚焦可行性设计和调试的；培育主动建构的思维能力；教师的角色定位去转变学生的角色定位和能动意识。