基于问题化学习理念的STEM项目学习与教学研究

    陈曦 郭伟 张露丹

    

    

    一、基于问题化学习理念的

    STEM项目学习研究背景

    问题化学习是在复杂问题情境中，以学生发现的问题为生长点，以学科的问题为根基，以教师的问题为引导，生成具有层次性、结构性、扩展性、可持续的有价值的问题系统并贯穿整个学习过程，从而促使学生自主学习并解决问题，实现知识的迁移与建构，培养学生系统思维、逻辑思维、发散思维、审辨思维。问题化学习的能力目标指向问题的发现力、问题的建构力、问题的解决力、问题的反思力、问题的设计力。问题的扩展和可持续性关键在于师生从不同维度和视角进行有深度的追问，同时学生要持续、辩证、系统地思考。在课堂上，学生之间互动生成问题，利用审辨式思维、求真的态度、开放的思想，以充分的理由和证据进行系统性分析，修正自己的认知。

    问题化学习并不等同于项目式学习。问题化学习主要涉及单一学科，问题是学习和教学的核心，而项目式学习起始于现实生活中的实际问题，并寻找解决问题的多种方案。基于问题化学习理念的STEM项目学习整合了科学、技术、工程和数学等多个学科，在模糊任务和问题的驱动下，带着明确的目标，通过迭代的方案设计、制作、测试优化、合作与反思去解决一系列问题，并通过学生合作完成的项目考核学生对跨学科概念的掌握程度。在学习与建构知识的同时，要培养学生在知识体系的范围里去寻找问题，去发现问题、探究问题并解决问题，使两者得到了较好的结合。师生都要明确自己的角色，即：教师是学习的支持者、学习的引导者和学习的陪伴者;学生是学习的主体。真实性的评价理念贯穿整个STEM项目学习中，学生能够评价自己的学习，能够管理自己的学习。但STEM教学设计还没有统一的设计标准。基于问题化学习理念的STEM项目学习的教学设计是实施STEM教育的基石，情景创建、问题确定、自主设计、构建模型、测试与优化、展示与交流、评价与反思、拓展迁移是教学设计中的关键程序。在此，以自主研发的STEM课程“雾霾口罩”为例，说明其教学设计方法。

    二、“雾霾口罩”课例简介

    【涉及领域】 科学、工程、技术、人文、数学

    【建议年级】小学五、六年级

    【授课時间】120分钟

    【材料】棉花、棉布、纱布、无纺布、活性炭布、熔喷布、耳挂、鼻夹、PM2.5空气质量检测仪、针线或胶枪、记录单

    1.教学目标

    科学目标。了解雾霾是一种灾害性天气，学会预防雾霾的措施;了解不同材料过滤空气的效果不同，材料的不同组合方式也会影响空气的过滤效果;加深对人与环境关系的认识，增强环境保护的意识和责任感。

    技术目标。能利用材料和工具制作出结构完整的口罩;能通过调整材料的组合方式改变口罩的空气过滤效果;能对口罩进行优化、改进。

    工程目标。能根据限制因素，制作简易口罩;能通过迭代，不断优化口罩的制作方法;制作方法具备可复制性。

    数学目标。能适当修剪材料面积大小;能准确记录测试前后空气PM2.5的含量;能计算测试前后空气PM2.5含量的降低值与过滤百分比。

    2.教学重点

    不同材料过滤空气的效果不同，材料的不同组合方式也会影响空气的过滤效果，利用数学知识分析材料的过滤效果。

    3.教学难点

    采用控制变量的实验方法，能通过调整材料的组合方式改变口罩的空气过滤效果。

    三、教学过程

    “雾霾口罩”的教学包括八个步骤（见表1），每一项教师活动与学生活动对应，教师提出一系列问题，学生在教师的引导下思考并完成设计与制作任务。用表2的学生小组评价记录单记录制作雾霾口罩所消耗的材料和防雾霾测试结果，表3是根据测试对结果与过程进行评价的量表。

    四、小结

    人们生活在一个充满问题的世界，问题无处不在，思维的价值就体现在发现问题以及解决问题的过程中。基于问题化学习理念的STEM项目学习就是通过解决一系列的问题和任务来鼓励学生自主合作学习，教会学生如何学习，培养其终身学习的能力，养成不断自我追问与发现问题的习惯。新课标提出的小学科学核心素养强调能力的培养，特别强调了解决问题的能力。发现问题当然重要，怎样解决也很重要，解决问题的过程实质上反映了学生的思维水平。在评价一节课时，不是只看教学设计有没有缺陷、课堂环节是不是顺畅，而是要更关注学生的思维尤其是高阶思维是否得到了发展。

    （责任编辑? ?郭向和）