項目化學習將科學和工程帶入數(shù)學課堂

山東省青島基隆路小學 孫曉忠

目前，STEM 課程仍屬于新的理念范疇，除了借鑒國外的一些理念課程以外，符合中國國情并能與傳統(tǒng)教育融合的策略以及方法并不多見，我們所做的一切也都僅僅處于探索階段。下面我就向大家介紹基于青島版數(shù)學五年級下冊《長方體、正方體表面積、體積》這一課內容設計的STEM 課程案例——為班級制作自動分類垃圾桶。希望能對大家今后開展STEM 教學有所啟發(fā)和幫助。

一、教學過程及設計構想

在要求數(shù)學課程與工程實踐進行緊密連接時，我們的研究團隊認為所謂STEM 課程一定要有設計，設計就是工程，也一定要制作作品，制作就是技術，而工程和技術也正體現(xiàn)了數(shù)學學科提倡的“做中學”。首先，研究的問題要來源于學生的生活實際。根據(jù)學生的觀察與上報，我們匯總出“學校為各班準備兩個垃圾桶進行垃圾分類，但分類效果并不明顯”這一難題。問題一推出，學生馬上想到了可以設計一款可以自動分類的垃圾桶。活動主題應運而生，接下來的難題就是整個課程該如何開展，這也正是本案例所要表達的重點。通過實踐探究，我們做出如下結論：STEM 課程教學需要五個教學環(huán)節(jié)，即“引入、探究、解釋、制作、評價”。我們利用兩周的時間，包含兩次室內教學（第一課時：引入、探究；第二課時：解釋、制作、評估）來完成整個課程，基于此，我對這次的STEM 課程做了以下兩個教學環(huán)節(jié)的設計：

環(huán)節(jié)一：聯(lián)系實際問題——確立活動目標

STEM 課程的起始環(huán)節(jié)是“問題引入”。這個階段通過學生參與活動、確定活動任務，從而激起學生的學習興趣。這一階段活動的目標有兩個：

首先，找出實際問題。學生不是一張白紙，他們在生活中早已學會了觀察，擁有發(fā)現(xiàn)問題的經(jīng)驗。如學生發(fā)現(xiàn)班級每天產生很多垃圾，其中大部分是可以回收的，有些像廢紙類可以拿到廢品店換錢。前期學校也為各班準備了兩個垃圾桶，但分類效果并不明顯。教師利用這個階段的活動匯總學生發(fā)現(xiàn)的問題，以便在教學中設計活動引導學生解決問題。

其次，做好診斷性評估，即檢查學生已有的相關知識、經(jīng)驗，幫助學生將以往的學習經(jīng)驗與接下來將要做的活動聯(lián)系起來。稍作調查，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)小學生其實對于立體圖形的表面積在生活中的應用知之甚少，學習立體圖形的表面積、體積知識和解決問題，還是停留在課本上。

環(huán)節(jié)二：讓合作探究真實發(fā)生——設計、改進產品方案

合作探究是STEM 課程模式的主體，知識的獲得、技能技巧的掌握都在本階段完成。在本階段，教師應該給學生提供直接參與實踐探究的條件和機會，通過整合一些有趣的科學知識、數(shù)學知識和有一定難度的技術操作，讓學生提高解決實際問題的能力。在探究活動中，學生通過觀察、測量立體圖形的長、寬、高以及計算立體圖形的表面積和體積，進一步理解了表面積和體積的區(qū)別，并提出與探索有關的有意義的問題。本階段的探究活動以學生為中心，教師作為指導者、引導者發(fā)揮作用，用具體的物質和可觀察的事件為學生提供共同的經(jīng)驗，并從探索活動中提取出正式的概念性觀點，與學生一起討論這些觀點。

二、實施后的評價

本節(jié)課我采用了STEM 課程的教學模式，在活動中，我們達成了以下目標：

S（科學）：每個團隊制作展示了“新型垃圾桶”，通過反復實驗，收集數(shù)據(jù)，驗證效果，能做到讓垃圾桶只有一個投放口，便可以實現(xiàn)垃圾分類，且對扔垃圾同學的素質要求不高，不需要提前分類。培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力和嚴謹?shù)目茖W實驗態(tài)度。

T（技術）：通過學生動手操作，利用發(fā)放的瓦楞紙、膠帶、木棍等有限材料，通過技術手段制作垃圾桶，并修改完善，加強垃圾桶的穩(wěn)定性和牢固性。

E（工程）：學生通過完成活動表，繪制設計圖紙，了解工業(yè)設計流程，培養(yǎng)解決問題的能力。

M（數(shù)學）：通過觀察、繪制、制作長方體、正方體垃圾桶，培養(yǎng)學生的空間立體想象能力，運用數(shù)學知識計算立體圖形的表面積、體積，深化理解數(shù)學概念。

三、案例設計實施的創(chuàng)新點與效果

此次設計新型垃圾桶的活動中，我原本的初衷是設計智能垃圾桶，能夠實現(xiàn)自動開關蓋。然而因為這是學生第一次接觸到STEM 課程，上來就要進行信息化、自動化的編程，時間緊、任務重，我和學生都遇到了困難。但就在活動過程中，一個學生的設計啟發(fā)了我，她在設計中重點關注的是垃圾分類問題，設計了分層過濾裝置。我立即掉轉重心，在后面的活動中，將活動修改為設計新型可分類的垃圾桶。

設計新型垃圾桶僅僅是為了引起學生的興趣，是智能的還是可分類的并不是STEM 課程所希望引導學生去關注的，而如何利用技術和工程方面的知識去設計、制作一個這樣的垃圾桶，通過“不斷測試—思考—改進”的過程，最終有所收獲，這才是STEM 課程所倡導的學習。

總體而言，這次“利用設計分類垃圾桶的活動，探究STEM 課程”的嘗試，取得了巨大收獲。工程設計是教授“應用數(shù)學”的一種非常有效的工具。學生在實踐活動中，若單獨完成任務，往往會受挫，因此在工程挑戰(zhàn)活動中需要團隊協(xié)作，才能獲得成功，這樣就能幫助更多的學生對科學、數(shù)學、工程產生興趣。小學生對于工程設計和科學問題會有天然的興趣，就讓我們試著把工程設計和科學問題帶入數(shù)學課堂，把課堂變得豐富起來吧！