STEM引入中學選修課的思考與實踐
——以“升降梯”課程為例

(江蘇省南京外國語學校,江蘇 南京 210000)

STEM是科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(Mathematics)四個首字母的縮寫，在各國教育實踐中表明：STEM教育有助于培養(yǎng)學生的科學探究能力、創(chuàng)新意識、批判性思維、信息技術能力等未來社會必備的技能與能力，并有可能在學習者的未來生活和工作中持續(xù)發(fā)揮作用。

“升降梯”課程是美國康涅狄格科學中心向中國青少年科技輔導員協(xié)會提供的3個STEM案例之一，它巧妙地將科學、技術、工程、數(shù)學四者相融合，依據(jù)美國《新一代K-12科學教育標準》，課程內容基于現(xiàn)實情境，有助于培養(yǎng)學生的問題解決能力與批判性思維，具有較高的實踐價值。筆者利用18課時對該課程進行實踐，現(xiàn)將課程實施情況說明如下。

1 “升降梯”課程內容與特點分析

1.1 課程內容

“升降梯”課程內容主要包括三個部分：“問題引入““背景知識學習”“解決工程問題”，其中“背景知識學習”主要包括力、能量、簡單機械、輪軸。

1.2 課程特點分析

(1) 關注現(xiàn)實問題，注重在真實情境中學習

該課程的“問題引入”建立在現(xiàn)實問題基礎之上，在學習之初，給學生創(chuàng)設真實問題情境，學生在真實問題解決中學習。

(2) 以學生為中心，倡導自主實踐

學生在學習“升降梯”課程時，大多通過自主實踐來建構知識，了解相關知識及其應用，教師主要起到引導、點撥的作用，學生學習任務與自主實踐活動如表1所示。

表1 學習任務與自主實踐活動

(3) 過程與結果開放

該課程對學生制作的“升降梯”結構與外觀設計沒有明確要求，學生需要做的就是根據(jù)所學的知識與給定的器材設計、制作模型，這樣可以充分發(fā)揮學生的想象力與創(chuàng)造力。對于模型的評價也是多方面的，如：穩(wěn)定性、成本、外觀設計、機械效率等，學生結合自己的設計，撰寫工程建議書，最后在班級交流、討論。

(4) 科學、技術、工程、數(shù)學有機融合

在對該課程實施之后，筆者將該課程中涉及的科學、技術、工程、數(shù)學內容整理如表2所示。

表2 科學、技術、工程、數(shù)學學習內容

該課程將科學、技術、工程、數(shù)學進行有機融合，剛開始制作時，學生需要上網(wǎng)查閱相關資料(技術)，從而了解電梯的基本結構(工程)以及其中包含的物理原理(科學)，最后需要將模型以設計圖的方式呈現(xiàn)出來(數(shù)學)。

2 “升降梯”課程實施情況與反思

2.1 課程實施情況介紹

筆者在南京外國語學校高一年級以選修課形式對該課程進行實踐，參加選修的學生共18人，將學生分為5組，進行了為期18課時的實踐，每次上課為兩課時，每課時40分鐘，具體實踐時間與內容如表3所示。

表3 實踐內容與課時安排

2.2 課程實施中可能出現(xiàn)的問題

(1) 教師隨意將學生分組

“升降梯”課程以項目的形式開展，學生以小組為單位進行學習與制作，這樣的安排，有利于培養(yǎng)學生的合作、交流能力，但是筆者在實踐中發(fā)現(xiàn)，學生在小組合作學習過程中存在一些問題，比如：成員分工不明確、有學生無所事事等。教師在分組前應盡量了解學生，遵循“組間同質，組內異質，優(yōu)勢互補”的分組原則，為小組合作學習奠定基礎，繼而在課程上合理引導，保證該課程的有序進行。

(2) 學生隨意處理成本與穩(wěn)定性之間的關系

在學生制作升降梯模型前，教師需要講解制作升降梯模型的成本問題，即從工程角度出發(fā)考慮制作成本，從而讓學生建立起成本意識。但是從學生實際制作情況來看，很多學生片面追求低成本，導致升降梯很不穩(wěn)定，從工程角度來看，這樣的模型是極其危險的，不能成為合格的升降梯。由此可以看出，學生雖然有了成本意識，但是對于如何在成本與穩(wěn)定性之間做到合理的權衡，是許多學生容易忽略的問題。

(3) 學生不習慣繪制設計圖

在學生制作模型之前，教師應要求學生畫出模型的設計圖，但是從實踐情況來看，很多學生對于設計圖的重要性認識不足，大多數(shù)學生都是習慣于一邊做一邊調整設計圖。這與書面作業(yè)不同的是，動手制作類的調整比較麻煩，有時候需要從頭開始動手制作，這樣不僅浪費課堂時間，而且影響學生制作積極性。所以，教師在學生制作前，一定要讓學生先畫好相關設計圖，再進行制作。

2.3 “升降梯”課程校本化的思考

在對該課程實施結束之后，結合我?！癝TEM+”課程理念，筆者認為該課程可以進行以下兩方面的拓展。

(1) 融入信息技術

“升降梯”課程中的知識對于學生來講，應該是很容易接受的，學生最終基本都可以實現(xiàn)手動升降。受“互聯(lián)網(wǎng)+”理念的啟發(fā)，筆者覺得該課程可以適當加入電動機與編程內容，從而實現(xiàn)自動升降。由此將該課程與信息技術相結合，拓展該課程內容，可讓更多的學生參與進來。

(2) 融入藝術

本次課程實施最后學生做出來的升降機，雖然外形各不一樣，但是結構與色彩方面比較單調，筆者覺得該課程可以適當融入藝術元素，在學生加工制作的過程中，融入空間設計、外觀美化等內容，實現(xiàn)技術與藝術的融合，同時注重學生審美素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3 “升降梯”課程對中學開展STEM教育的啟示

3.1 重視技術、工程課程的學習

STEM所包含的四個要素相輔相成，在開展STEM教育時，技術和工程課程應該有與科學課程同等重要的地位。STEM教育研究者普遍意識到在實際的社會分工中從事技術和工程的人數(shù)要遠遠高于從事科學和數(shù)學的工作人數(shù)，在開展STEM教育的過程中，要重新審視技術、工程課程的重要性。

3.2 通力合作，做到學科間融合

我國現(xiàn)行中小學有數(shù)學課程、科學課程、技術課程，但是這些課程都主要是分科課程，而非STEM所提倡的跨學科課程。我們的科學教師對科學知識(數(shù)學、物理、化學、生物等)了解得較多，但是對于STEM教育項目中涉及的技術、工程方面的內容可能不是很熟悉，這就需要不同學科教師之間多交流，互相學習。筆者在實踐“升降梯”課程時，對科學知識比較熟悉，但是工程方面的知識就需要向相關教師請教，只有正確認識該課程中科學、技術、工程和數(shù)學之間的相互關系，教師才能更好地理解課程框架，從而實現(xiàn)課程目標。

3.3 勤于思考，積極開發(fā)STEM項目

我們現(xiàn)有的STEM項目大多來源于國外，雖然這些項目設計相對比較成熟，但其教學進度與教學內容等并不完全適用于國內。比如，在“升降梯”課程中用一節(jié)課的時間，讓學生分析靜止物體受力情況，而國內學生對該知識大多比較熟悉，所以一般不需要用這么長時間；該課程中關于“機械效率”的定義與國內物理學習的也不太一樣?；谏鲜鲈?，筆者覺得廣大科學教師應勤于思考，開發(fā)適合國內教學的STEM項目，讓更多的學生參與進來，建議可以從下面三方面進行考慮。

(1) 在現(xiàn)有的課程基礎上開發(fā)

教師可以在已有的課程基礎上，思考、分析不同知識點之間的聯(lián)系，整合其他學科相關知識，以項目的形式進行開發(fā)。

(2) 聯(lián)合校內其他學科教師進行開發(fā)

可以與校內其他學科教師討論、商量，找出不同學科之間的聯(lián)系，以此為切入點，然后思考如何進行課程設計，嘗試開發(fā)。

(3) 聯(lián)合校外社會力量進行開發(fā)

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》明確指出：要“充分調動全社會力量關心和支持教育，完善社會力量出資興辦教育的體制和政策，不斷提高社會資源對教育的投入”，以開放的教育辦學理念，聯(lián)合社會上非盈利的教育組織，充分發(fā)揮社會參與STEM教育的功能。