基于STEM 理念的科学拓展活动设计与实践——以电单元“信号灯亮起来”为例

应佳妙

（宁波国家高新区外国语学校，浙江 宁波 315000）

一、引言

STEM 教育的核心是多学科的整合，使原有学科内容不再分裂，通过解决真实问题，提高学习者的知识应用能力，促使其自主建构个人知识体系[1]。考察如今国内的小学科学拓展活动多是课外兴趣课程，主要为科学小实验、模型搭建、科学课外知识阅读类模式，拓展活动缺乏对学生思维的有效锻炼[2]。STEM 教育理念为小学拓展课程设计提供了新思路，也为小学科学拓展课程带来了积极影响。

二、STEM 理念下开展科学拓展活动的意义

（一）小学科学拓展活动的现状

科学拓展活动是以课堂知识为基础的课外探究学习，课程开展的主要目的是培养学生对科学的学习兴趣，提高学习的积极性，养成主动发现问题、解决问题、得出结论的习惯。我国目前科学拓展活动的开展模式和评价策略也较为单一，无论是模型制作类课程还是课外实验类课程，都无法将真实情境作为课程的背景[3]。学生在拓展课程中缺少发现问题和自主解决问题的学习过程，导致难以将知识应用于生活，思维得不到有效锻炼。

（二）STEM 理念对小学科学拓展课程的积极影响

STEM 的宗旨是“以设计和探索为目的，并对技术问题解决进行科学的探索”[4]，在STEM 理念指导下的小学科学拓展课程，能够让学生进入到真实的情境中，根据自己的观察去发现问题，思考解决问题的方案，这样的教学模式能大幅度提高学生的探究主动性，并且让学生将知识应用于生活，促使学生在项目化学习中逐渐由科学探究转变为科学实践。

三、项目统整拓展活动实践案例

项目式学习是学生在一段时间内通过对真实有挑战性的问题进行持续探究，达到对核心知识再建构和思维迁移的过程[5]。STEM学习是项目式学习中的一种，它打破了学科界限，将科学、数学、技术和工程等多方面的知识相融合，让学生以项目式学习为主线，设计制作为基础，整合碎片化的知识，不断地利用问题驱动课堂教学。

在STEM 拓展课中，教师可通过创设真实情境，以项目形式统整单元学习内容，将分课时的学习串联起来，引领学生通过解决问题进行深度学习，激发学生的学习积极性。例如在“信号灯亮起来”拓展课程中，学生发现校门口的路口缺少信号灯，在上下学过马路时存在着安全隐患，从而提出项目目标——为校门外的马路设计信号灯。在项目开展过程中，学生遇到的现实问题与单元分课时相关，解决问题又需整合单元知识，从而能提升单元知识和项目的关联性（图1）。

四、项目统整拓展活动设计理念建构

（一）创设真实情境，引发驱动性问题

驱动性问题是开展STEM 拓展课程的起点，引导学生提出驱动性问题是STEM 教学中不可或缺的部分。教师可将学生设置到复杂的、有意义的真实情境中[6]，让学生在情境中发现问题，对所提问题进行讨论和筛选（图2），从而主动提出课程的驱动性问题。确定驱动性问题，能帮助学生梳理设计思维，细化设计目标。在驱动性问题的引领下，学生将对实操过程中的细分领域问题进行探究，通过高阶学习带动低阶学习，让探究具有可持续性。

例如在“信号灯亮起来”这一课中，教师为学生提供了校门外的真实场景，通过观看校门外学生过马路的视频，教师提问：“你们观察到了什么问题？”当学生提出“同学们过马路很危险”的时候，“怎样更安全得过马路”自然成为他们思考得问题。学生通过讨论发现，除了行人要有交通安全意识之外，还应该在路口设置交通信号灯，最终确定项目的驱动性问题——如何在路口设计一个信号灯，让同学们更安全的过马路？

（二）强调设计制作一致，培养工程思维

STEM 教育的设计特性要求学生绘制设计图纸，通过设计促进知识的融合与迁移运用。在工程学中，一幅完善的设计图，是开展工程的重要参考依据，工程图无法随意修改。而在许多STEM 教学过程中，存在学生不重视设计图的现象，在制作过程中对设计图随意修改，这一行为违背了设计制作一致的工程理念。

图1 《信号灯亮起来》项目实施流程图

图2 问题探究设计图

比如在“信号灯亮起来”任务一：画出信号灯的设计图和电路图中，教师要求学生从泡沫板、红黄绿三色LED 灯、纽扣电池、导电胶布、剪刀、导线若干、开关、一纸杯的水、塑料尺子、橡皮、铅笔芯、小灯泡、电池、电池盒、抹布这些材料中进行选择，并八分钟内达到以下要求：小组讨论并写下设计的信号灯的功能；画好信号灯设计图并填写好需要的材料；在制作中将完全按照设计图进行制作。在任务提出的同时明确详细要求，能够让学生运筹帷幄，提高课堂效率，而在要求中提前强调设计制作的一致性，可以让学生前置考虑设计的合理性。实践中贯彻设计制作一致理念能够帮助学生更深入地体会工程流程的严谨性和连续性，这也是STEM 教育理念的体现。

（三）反思与改进，体会工程迭代升级

在传统教育模式下，学生缺乏批判性思维是一直存在的问题，STEM 拓展课程的开展可以有效改善这种现象。在课程的问题探究阶段，教师改变了传统的教学模式，为学生提供更多发表意见的机会。学生间充分的交流使学生具有了一定的批判反思能力[7]，因此在课程的实践阶段，他们能更踊跃地发表观点。通过对作品的反思、修改设计和升级，学生提高了批判能力，体验了工程的迭代升级理念。

例如在“信号灯亮起来”课程中检测信号灯工作情况时，各组差异较大，在优秀作品的激励下，小组成员能主动对既有作品展开思考，他们从安全性、便捷性、稳定性等多方面评估信号灯制作的合理性，对一代作品进行改进升级。通过对设计作品的改进，学生既能深入理解电学知识，又能深切感受工程迭代升级理念。

五、规范拓展活动量化评价，提高学生自我认识

在传统科学教学模式下，评价依据以作业情况和考试成绩为主，形式较为单一。STEM 拓展课程中的量化评价是将目标分解量化的评价方式，量化评价可以通过公正直观的打分方式反映现实情况。例如在《信号灯亮起来》这一STEM 拓展课程中，教师针对项目设置了前置量化评价表（表1）。

学生通过对前置量化表格的详细解读，可以为其后续制作明确方向[8]。成品打分阶段，学生也能根据量化评价表格的得分，有效分析本小组的综合实践情况，发现不足并进行改进。通过量化评价表格，教师可以判断学生对于单元知识的掌握程度和综合应用能力，为后续教学活动的开展提供依据。

表1 信号灯评价量表

STEM 教育模式在中国快速发展，对小学科学教育的影响十分远大，但是从目前来看，STEM 理念下的科学拓展活动尚在初期阶段[9]，仍需教师不断深入研究和实践。