基于STEM教育理念的 N141項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)模式開(kāi)發(fā)與實(shí)踐優(yōu)秀獲獎(jiǎng)科研論文

基于STEM教育理念的N141項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)模式開(kāi)發(fā)與實(shí)踐優(yōu)秀獲獎(jiǎng)科研論文

[摘

要]“N141”項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)模式是一種基于STEM教育理念的課程開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)模式。它通過(guò)建設(shè)問(wèn)題庫(kù)、確定研究問(wèn)題、解決問(wèn)題三大步驟，在多個(gè)問(wèn)題中確定一個(gè)研究問(wèn)題，通過(guò)轉(zhuǎn)化、破解、解決、拓展環(huán)節(jié)完成項(xiàng)目，并可對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行完善。這一模式可促進(jìn)STEM問(wèn)題的生成，并提高課程的實(shí)施效果。

[關(guān)鍵詞]N141;STEM教育;項(xiàng)目;導(dǎo)學(xué)模式;問(wèn)題庫(kù)

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門(mén)學(xué)科英文首字母的縮寫(xiě)，其中科學(xué)在于認(rèn)識(shí)世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術(shù)和工程試圖在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界，實(shí)現(xiàn)與自然界的和諧共處，解決社會(huì)發(fā)展過(guò)程中遇到的難題;數(shù)學(xué)則是技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。STEM教育重點(diǎn)要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生四個(gè)方面的培養(yǎng)：一是科學(xué)素養(yǎng)，即運(yùn)用科學(xué)知識(shí)（如物理、化學(xué)、生物科學(xué)和地球空間科學(xué)等）理解自然界并參與影響自然界的過(guò)程;二是技術(shù)素養(yǎng)，即使用、管理、理解和評(píng)價(jià)技術(shù)的能力;三是工程素養(yǎng)，即對(duì)技術(shù)工程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程的理解;四是數(shù)學(xué)素養(yǎng)，即發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決多種情境下的數(shù)學(xué)問(wèn)題的能力。STEM已進(jìn)入國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)，成為課程改革的亮點(diǎn)。

一、問(wèn)題庫(kù)的建設(shè)

教育改革提倡以學(xué)生為主體，采取自主合作探究的教學(xué)方式，培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才。STEM課程符合這一原則。小學(xué)階段開(kāi)展的STEM課程，必須符合小學(xué)生活潑愛(ài)動(dòng)、好奇心強(qiáng)、思考問(wèn)題以具體形象思維為主的特點(diǎn)。山東省肥城市實(shí)驗(yàn)小學(xué)基于學(xué)校的實(shí)際情況和學(xué)生特點(diǎn)，結(jié)合STEM教育理論，初步明確了STEM教育導(dǎo)學(xué)模式的三大步驟：建設(shè)問(wèn)題庫(kù)—確定研究問(wèn)題—解決問(wèn)題。

在建設(shè)問(wèn)題庫(kù)時(shí)，問(wèn)題的主要來(lái)源有三個(gè)：一是學(xué)生感興趣的話(huà)題;二是生活實(shí)際問(wèn)題;三是課堂產(chǎn)生的問(wèn)題。通過(guò)從這三種途徑搜集問(wèn)題，建立了問(wèn)題資源庫(kù)。但是這些問(wèn)題五花八門(mén)，并非都值得解決或適合在課程中解決。因此，在收集了問(wèn)題之后，還要對(duì)其進(jìn)行篩選。為此，學(xué)校STEM項(xiàng)目核心團(tuán)隊(duì)的教師們又專(zhuān)門(mén)召開(kāi)了一次問(wèn)題庫(kù)研討會(huì)，并達(dá)成了三點(diǎn)共識(shí)：一是小學(xué)生的理解能力有限，本著知識(shí)來(lái)源于生活又要應(yīng)用于生活的原則，應(yīng)選取大部分學(xué)生熟悉的來(lái)自生活和學(xué)習(xí)中的問(wèn)題;二是問(wèn)題要直觀化，要能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生“跳一跳”能夠解決;三是鑒于學(xué)生觀察和思考的角度不同，對(duì)同一事物提出的問(wèn)題五花八門(mén)，需要教師引導(dǎo)學(xué)生選擇更有意義、有價(jià)值的問(wèn)題來(lái)研究。由此，教師們對(duì)每個(gè)問(wèn)題的研究?jī)r(jià)值進(jìn)行了審定，確定了“最高價(jià)值評(píng)五星，逐級(jí)類(lèi)推，無(wú)研究?jī)r(jià)值則無(wú)星”的六級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，形成了星級(jí)指標(biāo)問(wèn)題庫(kù)。

二、“N141”STEM項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)模式解讀

STEM教育的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，那么只有圍繞解決問(wèn)題的過(guò)程開(kāi)展STEM教育才能更加有效。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手動(dòng)腦解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，在建構(gòu)解決方法的過(guò)程中學(xué)習(xí)和發(fā)展思維。為此，學(xué)校開(kāi)發(fā)了“N141”STEM項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)模式。

其中“N”指的是發(fā)現(xiàn)多個(gè)生活問(wèn)題。由任課教師引導(dǎo)學(xué)生從生活中感興趣的話(huà)題、亟待解決的實(shí)際問(wèn)題、社會(huì)焦點(diǎn)等多方面入手，提出自己想研究的多個(gè)問(wèn)題，以班級(jí)為單位進(jìn)行匯總。由于這樣獲得的來(lái)源于實(shí)際生活的問(wèn)題會(huì)有很多，所以用代號(hào)“N”表示。

“1”指的是確定一個(gè)研究問(wèn)題。需要五個(gè)步驟：一是由任課教師把此前匯總的多個(gè)問(wèn)題推送給學(xué)生，組織學(xué)生以小組為單位展開(kāi)討論交流，篩選出有價(jià)值的問(wèn)題;二是組織學(xué)生對(duì)這些有價(jià)值的問(wèn)題進(jìn)行分類(lèi);三是根據(jù)問(wèn)題分類(lèi)在班里進(jìn)行投票選舉，選定問(wèn)題類(lèi)別;四是學(xué)生以小組為單位在選定的類(lèi)別中選擇一個(gè)本組最想研究的問(wèn)題，準(zhǔn)備將其推薦給全班;五是分組對(duì)所選問(wèn)題進(jìn)行推薦，由全班公投，確立唯一的一個(gè)研究問(wèn)題。

“4”指的是通過(guò)“轉(zhuǎn)化—破解—解決—拓展”四個(gè)環(huán)節(jié)，解決選定的研究問(wèn)題。其中，轉(zhuǎn)化是指由任課教師引導(dǎo)學(xué)生把確定的研究問(wèn)題轉(zhuǎn)化為研究項(xiàng)目;破解是指教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位對(duì)研究項(xiàng)目進(jìn)行深入分析，將其破解以安排到課程中;解決即學(xué)生應(yīng)用多門(mén)學(xué)科知識(shí)，通過(guò)“自主、合作、探究”為主的學(xué)習(xí)方式逐步解決此項(xiàng)問(wèn)題;拓展是指學(xué)生解決該項(xiàng)目中的問(wèn)題后，再深入探究這一問(wèn)題還體現(xiàn)在生活中哪些其他方面，或這一問(wèn)題的解決方法還可以應(yīng)用于解決生活中哪些其他問(wèn)題。

最后一個(gè)“1”指的是修改完善這個(gè)項(xiàng)目。在初步完成一個(gè)項(xiàng)目后，要對(duì)該項(xiàng)目的解決過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)梳理，尋找不足，最后將其修改成一個(gè)更完善的項(xiàng)目。

三、基于“N141”模式的課例：

探究鋼筆墨囊的奧秘

1.課程源起

這一課例的設(shè)計(jì)，源于學(xué)生們?cè)谑褂娩摴P時(shí)發(fā)現(xiàn)并提出的很多問(wèn)題。如：為什么鋼筆尖易壞？鋼筆寫(xiě)字時(shí)為什么自動(dòng)出水？一段時(shí)間不用鋼筆，再寫(xiě)字時(shí)為什么不易出水？為什么鋼筆寫(xiě)字時(shí)經(jīng)常出水不流暢？鋼筆墨囊為什么能吸墨水？鋼筆墨囊的種類(lèi)有多少？為什么鋼筆墨囊會(huì)分這么多種？哪種類(lèi)型的鋼筆尖最適合我們（小學(xué)生）應(yīng)用？鋼筆尖為什么在中間分成左右兩部分？鋼筆殼為什么會(huì)摔壞？……針對(duì)這一系列問(wèn)題，筆者引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展了“探究鋼筆的秘密”的STEAM項(xiàng)目。

這是STEAM課程項(xiàng)目的發(fā)起環(huán)節(jié)，教師采用問(wèn)題引導(dǎo)的方式建立了問(wèn)題庫(kù)（即“N”）。問(wèn)題來(lái)源于學(xué)生在生活中發(fā)現(xiàn)的各種現(xiàn)象，旨在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題的意識(shí)。

2.主題驅(qū)動(dòng)

教師讓學(xué)生把提出的關(guān)于鋼筆的問(wèn)題寫(xiě)在信紙上，根據(jù)問(wèn)題是否有價(jià)值對(duì)問(wèn)題進(jìn)行篩選、轉(zhuǎn)化、匯總;教師向?qū)W生推送篩選后的關(guān)于鋼筆的有研究?jī)r(jià)值的問(wèn)題;學(xué)生小組合作交流確定自己小組最感興趣的一個(gè)問(wèn)題;班級(jí)匯報(bào)交流，全班公投確定了一個(gè)最感興趣的研究問(wèn)題，并將其轉(zhuǎn)化為研究主題“鋼筆墨囊為什么能吸墨水”。

3.多科助學(xué)

本項(xiàng)目涉及的學(xué)科包括科學(xué)、數(shù)學(xué)、語(yǔ)文、信息技術(shù)。以下將按照“轉(zhuǎn)化—破解—解決—拓展”四個(gè)環(huán)節(jié)完成，即“N141”中的“4”。

一是轉(zhuǎn)化。教師引導(dǎo)學(xué)生把“鋼筆墨囊為什么能吸墨水”這一問(wèn)題轉(zhuǎn)化為研究“鋼筆墨囊的奧秘”項(xiàng)目。

二是破解。針對(duì)此項(xiàng)目，教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位進(jìn)行深入探討，破解出以下五項(xiàng)研究?jī)?nèi)容。

（1）在班級(jí)內(nèi)及附近商店尋找，看看鋼筆墨囊的種類(lèi)有哪些。

（2）墨水是怎么進(jìn)入墨囊的？

（3）墨水是如何從墨囊傳到筆尖的？

（4）墨囊為什么是圓柱形的？

（5）有些墨囊里面為什么有圓珠？

以上五項(xiàng)研究?jī)?nèi)容，都要求學(xué)生記錄自己的研究過(guò)程，并用PPT展示自己的研究成果。

三是解決。教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位認(rèn)領(lǐng)本組的研究?jī)?nèi)容。探究過(guò)程如表1所示。

四是拓展。針對(duì)研究?jī)?nèi)容的其中幾項(xiàng)，進(jìn)行了拓展應(yīng)用。其一，鋼筆墨囊的種類(lèi)。學(xué)生通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)膠皮墨囊最少，一次性墨囊最多，于是產(chǎn)生了新的研究問(wèn)題：膠皮墨囊為什么會(huì)減少？一次性墨囊大量生產(chǎn)是否會(huì)對(duì)環(huán)境有危害？哪種墨囊最合理？其二，吸墨水的秘密。學(xué)生通過(guò)研究吸墨水的秘密，發(fā)現(xiàn)生活中很多物品都在巧妙地利用大氣壓。其三，墨水傳入筆尖的秘密。學(xué)生發(fā)現(xiàn)鋼筆尖蘊(yùn)含著大學(xué)問(wèn)，并探究生活中還有哪些地方用到了這個(gè)原理。其四，墨囊形狀的奧秘。學(xué)生通過(guò)研究了解了物品在哪種情況下適合使用圓形，并思考生活中的物品為什么會(huì)使用不同的形狀。

4.完善項(xiàng)目

在完成項(xiàng)目后，師生梳理并反思了教學(xué)實(shí)施過(guò)程，進(jìn)一步改進(jìn)和完善了教學(xué)設(shè)計(jì)。

四、對(duì)“N141”課程模式的反思與展望

實(shí)踐證明，“N141”模式是一種便于教師操作的STEM課程開(kāi)發(fā)與建設(shè)模式，且有利于課程的高效實(shí)施。它使學(xué)生在自主探究的過(guò)程中產(chǎn)生了創(chuàng)新的興趣，發(fā)展了創(chuàng)造能力，提升了STEM綜合素養(yǎng)，也鍛煉了團(tuán)隊(duì)合作與解決問(wèn)題的能力，較好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)學(xué)校教育的薄弱環(huán)節(jié)。

基于STEM理念的“N141”項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)模式還存在很多不足，如課程開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)還需不斷修改與完善;不同學(xué)科間的深入融合還需要進(jìn)一步加強(qiáng);學(xué)生素養(yǎng)雖有所提升，但解決綜合問(wèn)題的能力還有待提高;教師的相關(guān)理論支撐不足，歸納總結(jié)能力不強(qiáng)，工作反思過(guò)于單薄，經(jīng)驗(yàn)有待進(jìn)一步提煉;STE