讓STEM教育深入校園走進(jìn)課堂

高丹 顧衛(wèi)

摘 ?要 STEM教育對促進(jìn)體育特長生融通多學(xué)科知識、提高解決實(shí)際問題能力和開展創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)是一個(gè)很好的平臺。近年來，蘇州市振吳實(shí)驗(yàn)學(xué)校結(jié)合新時(shí)代教改工作需要，在國家課程、校本實(shí)踐課程和體育訓(xùn)練項(xiàng)目中開展了大量的STEM教育探究，初步摸索出學(xué)科融通、創(chuàng)新實(shí)踐、學(xué)訓(xùn)共享等具有本校特色的STEM教育推進(jìn)路線圖。

關(guān)鍵詞 STEM教育;體育特長生;國家課程、校本實(shí)踐課程;翻轉(zhuǎn)課堂;3D打印

中圖分類號：G630 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）17-0078-03

1 引言

蘇州市振吳實(shí)驗(yàn)學(xué)校是蘇州市唯一一所培養(yǎng)體育后備專門人才的學(xué)校，自1986年9月成立以來，先后培育出國際運(yùn)動(dòng)健將五人、國家運(yùn)動(dòng)健將36人、國家一級運(yùn)動(dòng)員150多人，涌現(xiàn)出陳艷青、唐衛(wèi)芳、李紅云等世界冠軍。而今步入新時(shí)代，如何與時(shí)俱進(jìn)，再創(chuàng)輝煌，成為學(xué)校教學(xué)訓(xùn)工作改革亟待解決的新問題。

2016年，在校長室的領(lǐng)導(dǎo)下，以教科研帶動(dòng)教學(xué)訓(xùn)，引進(jìn)STEM教育理念，在學(xué)科教學(xué)、課程實(shí)踐、體育訓(xùn)練項(xiàng)目中展開大量的STEM教育探究，初步摸索出適合本校實(shí)況的學(xué)科融通、創(chuàng)新實(shí)踐、學(xué)訓(xùn)共享等教學(xué)訓(xùn)、教學(xué)做實(shí)施方法，不但實(shí)現(xiàn)了國家課程、校本實(shí)踐課程知識間的交叉融合、拓展延伸，而且促進(jìn)了學(xué)校體育特色訓(xùn)練項(xiàng)目之間的知識互補(bǔ)，使得廣大學(xué)生在問題解決、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新實(shí)踐等能力培養(yǎng)方面獲得較好提升，所獲得的成績多次受到上級領(lǐng)導(dǎo)的表彰和師生、家長的贊譽(yù)，使“學(xué)訓(xùn)并重，德能兼?zhèn)?，奮勇爭先，為國爭光”的校訓(xùn)得到很好的詮釋。在此談?wù)剬W(xué)校在STEM教育推進(jìn)工作中的體會。

2 學(xué)科融通，從課堂內(nèi)學(xué)向課堂外探究延伸

蘇州市振吳實(shí)驗(yàn)學(xué)校STEM教育最先是從學(xué)科融通開始的，原因在于：STEM教育是個(gè)新事物，由學(xué)科融通入手，起步低、適用面廣，而最重要的是隨著近年來新課標(biāo)的落實(shí)，一些國家課程中包含的多學(xué)科知識內(nèi)容越來越多，從而為在學(xué)科教學(xué)中開展STEM教育創(chuàng)造了條件;隨著新時(shí)代教育形勢的發(fā)展，人們對人才培養(yǎng)目標(biāo)提出新要求，運(yùn)用STEM教育理念通過跨學(xué)科應(yīng)用實(shí)踐，有助于學(xué)生將所學(xué)知識融會貫通，對促進(jìn)學(xué)生分析問題、解決問題和創(chuàng)新思維能力培育確是一個(gè)好辦法。

借助信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識有機(jī)融通 ?初中部地理學(xué)科教師在進(jìn)行“印度”這一節(jié)內(nèi)容教學(xué)時(shí)，為達(dá)到調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐、探究的積極性，特創(chuàng)建了主題為“認(rèn)識印度”的STEM微項(xiàng)目。其構(gòu)思是：依據(jù)課標(biāo)，深挖地理學(xué)科與其他學(xué)科間的契合點(diǎn)、融合處，充分運(yùn)用本校信息技術(shù)教育資源豐富優(yōu)勢，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)地理學(xué)科與其他學(xué)科間的有機(jī)融合，從而突破課堂教學(xué)活動(dòng)的時(shí)空限制，幫助學(xué)生更全面地了解與把握所學(xué)知識。

在課堂上，教師先以印度人口介紹為切入點(diǎn)，從地理學(xué)科角度剖析印度人口的現(xiàn)狀與分布;隨后導(dǎo)入有關(guān)印度人口的歷史背景和成因微視頻，巧妙實(shí)現(xiàn)與歷史知識點(diǎn)的融合。在討論有關(guān)印度農(nóng)作物的內(nèi)容時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生借助計(jì)算機(jī)終端開展網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的問題探究，連接線上教育生物教師，即時(shí)即景地開展互動(dòng)，使得地理與生物學(xué)科間的知識也獲得融通。隨著主題內(nèi)容討論深入，以學(xué)習(xí)小組為單位，學(xué)生又進(jìn)行了從堂內(nèi)到堂外相關(guān)資料查詢、分析與研究，最后以微項(xiàng)目答辯會形式，對探究情況與收獲向全班作匯報(bào)。而每位學(xué)生在活動(dòng)過程中的表現(xiàn)、答辯得分和小結(jié)書寫質(zhì)量，便成為考核學(xué)習(xí)成效的評價(jià)依據(jù)。

開展問題研討，從單學(xué)科“學(xué)”向多學(xué)科“用”方向拓展 ?生物組教師在講授七年級下冊有關(guān)鳥類知識時(shí)，為更好地幫助學(xué)生學(xué)深學(xué)透這部分內(nèi)容，構(gòu)建了“讓理想飛向藍(lán)天”的STEM課程，其做法是：借助翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，將編制好的學(xué)習(xí)任務(wù)單與自學(xué)課件（含微視頻）在課前通過校園網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)放給每位學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生開展課前自學(xué);而當(dāng)上課時(shí)，教師除了強(qiáng)調(diào)適合鳥類空中飛行的各個(gè)關(guān)鍵特征之外，留出更多時(shí)間讓學(xué)生互動(dòng)，如結(jié)合生物學(xué)知識回答樹林里隨處可見的小鳥、高空中翱翔的大雁為什么能夠飛行，以幫助學(xué)生加深對鳥類基本結(jié)構(gòu)和各部分機(jī)能的了解。

為什么飛機(jī)不扇動(dòng)翅膀也能飛？手折的紙飛機(jī)如何做、怎樣飛，才能飛得更遠(yuǎn)、更高、更長久？隨著課上一連串問題的拋出，學(xué)生被引領(lǐng)到探究的“深水區(qū)”，而物理學(xué)科中的浮力、壓強(qiáng)和空氣動(dòng)力學(xué)等知識，一下成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)?！爸谱鱾€(gè)紙飛機(jī)來體驗(yàn)一下吧！”在教師的提議下，學(xué)生忙開了，構(gòu)圖樣、找材料、研折法，甚至于對飛行時(shí)的狀態(tài)（如初速度、角度）、環(huán)境條件（如風(fēng)向、風(fēng)速）等都一一進(jìn)行了考量。而班上鐵餅、標(biāo)槍、射擊等體育特長生更是活躍，從做紙質(zhì)飛機(jī)延伸到做紙板飛機(jī)、又拓展到做風(fēng)箏，關(guān)注的內(nèi)容隨著探究的廣度漸漸向各門類知識延伸……

一節(jié)單學(xué)科“學(xué)”的生物課，通過生生、師生互動(dòng)，演變成一門多學(xué)科知識“用”的研究課、實(shí)踐課。學(xué)生在這一過程中對知識內(nèi)容理解得更全面、更透徹、更具體，體驗(yàn)到的是從學(xué)到用需知道的知識應(yīng)更多、技能應(yīng)更精細(xì)，從而教育學(xué)生在學(xué)習(xí)一門知識的同時(shí)，要時(shí)刻關(guān)注與其他學(xué)科間的聯(lián)系，在學(xué)以致用的同時(shí)，體會到什么是工匠精神、什么叫精益求精。

3 創(chuàng)新實(shí)踐，讓構(gòu)想變藍(lán)圖，讓藍(lán)圖變實(shí)物

蘇州市振吳實(shí)驗(yàn)學(xué)校3D打印STEM課程是最受學(xué)生歡迎的校本課程，原因在于：該課程開設(shè)時(shí)間長（至今已有四年）、教學(xué)資源豐富、可供選擇的創(chuàng)設(shè)方案多，適合本校各年級各層次段學(xué)生學(xué)習(xí);該課程與國家課程關(guān)聯(lián)密切，如構(gòu)建“誰的運(yùn)動(dòng)員模型做得好”STEM項(xiàng)目，就巧妙地引導(dǎo)學(xué)生從信息技術(shù)課程的“圖片加工與制作”二維圖制作學(xué)習(xí)過渡到三維圖像構(gòu)建實(shí)踐上，再從三維圖像建模的學(xué)習(xí)中延展到用3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)意落地上。由于創(chuàng)設(shè)的作品與學(xué)生生活十分貼近，來上3D打印課程的學(xué)生絡(luò)繹不絕。2017年在蘇州市首屆青少年科技節(jié)活動(dòng)中，學(xué)生就曾攬獲3D打印創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽初、高中組團(tuán)體一、二等獎(jiǎng)。那么，該課程教師是如何引導(dǎo)學(xué)生一步步做到這些的呢？

巧設(shè)問：帶著問題去思考，啟發(fā)探究無止境 ?“3D打印能制造出多彩的3D模型嗎？”這是因?yàn)橐话愕?D打印機(jī)通常只能打印單一色彩的模型（如MBot Grid II+ 3D打印機(jī)），要制作出多彩的3D造型該如何實(shí)現(xiàn)呢？帶著疑問，學(xué)生從課內(nèi)到課外、從網(wǎng)上到網(wǎng)下尋找問題的解決方法，而美術(shù)課教師對油畫作品著色的演示，一下子打開了學(xué)生的思路。有學(xué)生問：可否采用美術(shù)作品分別著色的方法來對3D作品上色呢？這當(dāng)然可以，也確是一個(gè)辦法。又有學(xué)生問：可否在3D模型構(gòu)建時(shí)，根據(jù)整體造型在色彩上的需

要，事先在建模過程中就做好區(qū)塊分割，然后用不同顏色的打印材料分別進(jìn)行打印，最后用拼接方法再一一粘合起來？這當(dāng)然也是一條思路。

幾位自詡對3D打印機(jī)運(yùn)用熟練的學(xué)生提出更奇特的方案，即在3D打印過程中用“換線材”方法來實(shí)現(xiàn)。其構(gòu)思是：在3D打印機(jī)工作前，事先精算好各區(qū)域所需線材的用量，待打印到適當(dāng)位置時(shí)，將原本在打印機(jī)上用的PLA線材剪斷，換上需要色彩的PLA線接上，直接在打印模型的過程中實(shí)現(xiàn)色彩的更換。大家你一言我一語，圍繞3D彩色模型實(shí)現(xiàn)展開熱烈討論，并通過實(shí)踐使自己的設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)。

妙引導(dǎo)：結(jié)合生活思應(yīng)用，創(chuàng)意制造路寬廣 ?與生活結(jié)合、與多學(xué)科知識融合，是3D打印由學(xué)到用、由用到創(chuàng)意實(shí)踐的新階段。如住校生有個(gè)夢想，即給公寓樓道燈做改造，除有智能開關(guān)功能外，希望每個(gè)樓道燈罩都有所居住學(xué)生體育專業(yè)特色造型，罩的色彩也應(yīng)有變化，等等。這確是個(gè)好主意！可具體如何實(shí)施？在教師輔導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。

1）燈罩。用3D打印來實(shí)現(xiàn)，在參考原有燈罩外形式樣與尺寸的基礎(chǔ)上，構(gòu)建各自喜歡的3D燈罩模型，其中罩壁鏤空處可用相應(yīng)運(yùn)動(dòng)員造型圖案來實(shí)現(xiàn)。

2）色彩：根據(jù)學(xué)生偏好，可選用不同顏色PLA線實(shí)現(xiàn)，或通過直接給燈罩模型上色來解決。

3）智能開關(guān)。直接選用市售的人體紅外線智能感應(yīng)開關(guān)或聲光控延時(shí)開關(guān)來實(shí)現(xiàn);結(jié)合所學(xué)的“Arduino創(chuàng)意智造入門”課程知識，運(yùn)用Arduino開源系統(tǒng)平臺，通過Arduino UNO主板、紅外線傳感器、繼電器等器件自制智能控制小裝置來完成。

在各方支持與大家努力下，與學(xué)生日常生活密切相關(guān)的智能樓道燈STEM項(xiàng)目很快得到落實(shí)，他們親手制作的作品隨著一盞一盞樓道燈亮起，真切體會到跨學(xué)科知識融合運(yùn)用的價(jià)值和意義。

4 學(xué)訓(xùn)共享，開創(chuàng)體育優(yōu)秀人才培育新思路

培養(yǎng)合格的體育后備人才是蘇州市振吳實(shí)驗(yàn)學(xué)校的育人宗旨。盡管在以往的田徑、舉重、擊劍、賽艇、射擊和球類等14個(gè)傳統(tǒng)特色項(xiàng)目中（其中13個(gè)為奧運(yùn)項(xiàng)目），學(xué)生已取得過令人矚目的成績，可時(shí)代在前進(jìn)，科技在發(fā)展，體校生的教學(xué)訓(xùn)工作也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，夯實(shí)廣大學(xué)生科學(xué)文化基礎(chǔ)知識，挖掘創(chuàng)造性潛能，培養(yǎng)有道德、有文化、有智慧的未來體育優(yōu)秀人才，是全校師生共同追求的夢。運(yùn)用STEM教育理念，共享教育資源，潛移默化地開展跨學(xué)科、跨學(xué)訓(xùn)的人才培養(yǎng)方式，讓師生品嘗到了其中的甘甜。

如物理學(xué)科教師在介紹“力與運(yùn)動(dòng)”“簡單機(jī)械和功”“機(jī)械能和內(nèi)能”等內(nèi)容時(shí)，常常聯(lián)系學(xué)生體訓(xùn)活動(dòng)，構(gòu)建一個(gè)個(gè)小型的STEM項(xiàng)目，通過實(shí)驗(yàn)演示、微課件播放、訓(xùn)練場館體驗(yàn)等方式，使學(xué)生感受到物理知識應(yīng)用處處有，體訓(xùn)活動(dòng)奧妙深，加深對體能訓(xùn)練要領(lǐng)的理解。如賽艇運(yùn)動(dòng)，為什么教練時(shí)常要求隊(duì)員必須齊心協(xié)力、均衡用力使槳？同樣的槳葉，為什么每個(gè)人把槳的位置會略有差異？射擊時(shí)，為什么射手必須根據(jù)射擊目標(biāo)的遠(yuǎn)近及時(shí)修正瞄準(zhǔn)器具標(biāo)尺的高度？同樣是跑步運(yùn)動(dòng)，短跑與長跑為什么對運(yùn)動(dòng)員的爆發(fā)力訓(xùn)練會有所差異？等等。通過一次次啟發(fā)引導(dǎo)，把學(xué)生以往在訓(xùn)練過程中獲得的感性認(rèn)識漸漸上升到理性認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)學(xué)訓(xùn)互通、相互促進(jìn)提高的目的。

2016年參加第31屆夏季奧運(yùn)會的2009屆畢業(yè)生李童是中國女排的陪練，他在巴西里約熱內(nèi)盧奧運(yùn)會上錄制的VR、智能穿戴和移動(dòng)NFC支付“魔戒”等新科技應(yīng)用視頻給信息技術(shù)教師很大啟示。教師結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)習(xí)向?qū)W生介紹智能化技術(shù)在現(xiàn)代體育運(yùn)動(dòng)中運(yùn)用，使大家耳目一新，構(gòu)建的“智能化在體育訓(xùn)練中運(yùn)用”STEM項(xiàng)目，讓學(xué)生親歷了一次智能穿戴和電子標(biāo)簽等高新技術(shù)提高訓(xùn)練效率、提升訓(xùn)練質(zhì)量的實(shí)踐。有幾位鐵餅、標(biāo)槍專業(yè)的學(xué)生還結(jié)合數(shù)學(xué)、物理學(xué)科知識自主開展投擲初速度與角度對鐵餅、標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)成績影響的實(shí)驗(yàn)分析，獲得教練的好評。學(xué)以致用、學(xué)以思用、學(xué)以創(chuàng)用，構(gòu)建起學(xué)?！皩W(xué)訓(xùn)并重”優(yōu)秀體育人才培育的新思路。

5 結(jié)語

方興未艾的STEM教育正如火如荼地在蘇州市振吳實(shí)驗(yàn)學(xué)校各學(xué)科各專業(yè)教學(xué)中持續(xù)推進(jìn)，相信它一定能夠極大促進(jìn)全校廣大體育特長生綜合潛能的發(fā)揮和體育運(yùn)動(dòng)水平的提高，愿STEM教育為他們插上理想的翅膀，在未來更茁壯地成長！