STEM教育理念应用于体育课堂教学的实践初探

文/郜世玲 程传银

“STEM”一词是由科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Math)的英文首字母构成，它是美国科学委员会提出的一种超学科教育、重实践的教育理念，旨在以跨学科整合的项目式学习培养学生在科学、技术、工程及数学领域运用所学知识进行实际操作的能力，提高他们发现问题、分析问题、解决问题的综合素养，为社会发展输送综合型、创新型人才。从其终极目标来看，STEM教育终究要回归到核心素养的培养。体育是一门身体参与的实践课程，更是集生物、化学、物理等多门学科知识于一体的综合性学科。相对于其他学科，体育教学本身更贴近STEM教育理念。基于此，深入挖掘STEM教育与体育教学之间的关系，探讨STEM教育理念下体育教学跨学科整合的方法，并设计基于STEM教育理念发展学生体育学科核心素养的教学项目，不失为新的尝试。

一、基于STEM教育理念的体育教学项目设计

（一）基本思路

本研究将参照余胜泉基于构建主义教学设计模式（为学习者提供学习情境，让他们积极建构知识，从而强化对知识的记忆和迁移）提出的STEM项目设计模式。在教学分析的基础上，围绕运动能力、健康行为和体育品德三大核心素养，将体育学科与其他相关学科基础知识进行整合，设计学习任务、学习活动过程、学习评价等关键环节，在项目式教学结束后根据学生知识技能的获得情况进行针对性强化练习和提升。为了能具体展示STEM教育理念应用于体育课堂教学的实践过程，本研究以普通高中一年级纸飞机教学项目为例进行教学设计。

（二）教学分析

本教学案例选用的是普通高中一年级学生，此阶段的学生正处于青春发育的特殊时期，争强好胜、求知欲强。通过初中三年的学习，他们已经具备了一定的体育自学和自练能力，但经过两个月的暑假生活，学生的技能水平大幅度下降，再加上高中的课程压力，他们主动参与体育锻炼的积极性明显不高。此外，体育不是高考项目，若再用初中以练为主的教学方式进行教学则难以提高学生的学习兴趣，在此基础上培养学生核心素养更是不现实。因此，要激发学生参与体育锻炼的主动性，不仅要有创新的教学方式，设置吸引学生的教学项目也至关重要。

（三）项目分析

纸飞机是一项国际体育项目，也是学校常见的科技体育活动，更是每个人的童年回忆。它看上去简单易学，但要想飞得远且在空中保留时间长，不仅要长时间练习，还需掌握和运用空气动力学等科学知识。在练习过程中，学生需要来回跑动反复地投掷试飞来掌控投掷角度和力量，这与标枪、垒球等投掷项目的练习动作高度一致，学生在探索过程中不仅逐渐掌握了投掷项目的基本动作要领，还养成了体育锻炼的习惯，无形中促进了运动能力和健康行为素养的发展；在教师指导、同学协作的各种纸飞机游戏或比赛中，培养学生的团队合作精神、规则意识。纸飞机项目在发展学生核心素养的同时，还能检验学生将理论知识运用于实践的思维能力，在此过程中充分体现了STEM四大素养。

1.科学素养

学生需要将空气动力学等科学知识与自己的制作、试飞相结合，分析纸飞机的原理和结构，找到延长飞行距离和留空时间的方法，全程以科学探究的方式对纸飞机保持浓厚的兴趣。

2.技术素养

不同结构的纸飞机飞行距离相差甚远，学生在制作过程中，需要不断设计、试飞，并要根据问题反复改进。在这个过程中，他们不断思考和探究，会发现每个步骤、细节都是影响结果的关键因素，在考验动手能力的同时，有效提升学生的技术素养。

3.工程素养

学生从制定纸飞机的制作方案、设计纸飞机的结构图、分析纸飞机的折法，到最后根据自己的思路制作出一架预想的纸飞机，从中可以习得制图等工程素养。

4.数学素养

学生在解决多种情境下的数学问题时有效推断、分析的思维能力是STEM教育中数学素养的重要体现。在纸飞机项目中，数学素养主要体现在学生测量、记录和分析数据的过程中，有效帮助学生发现数学的奥妙。

基于以上分析，明确纸飞机项目的教学目标:（1）通过练习试飞，学生能掌握纸飞机等相关投掷项目的基本投掷要领与竞赛规则，且运动负荷达到中等强度以上。（2）通过教师引导，激发学生对纸飞机的兴趣，使学生灵活运用知识解决问题，提高自己的思维能力。（3）通过比赛，增强学生的团队合作意识，发扬坚持不懈、顽强拼搏的体育精神。

（四）学习任务设计

STEM项目教学是基于现实情境，目的是让学生在完成任务的过程中获取知识，因此，学习任务的设计是STEM项目学习的核心要素。本案例的学习任务：（1）主动探究影响纸飞机飞行距离和留空时间的科学原理。（2）运用科学知识找到纸飞机的最好折叠方式和最正确的投掷方法。（3）掌握纸飞机竞赛细则、规则和裁判方法。（4）学会团队合作且能独立组织一场比赛。

（五）工具与资源

问题的解决或任务的完成需要学习者自主学习和知识建构，设计学习环境和学习资源能帮学习者开拓思维，达到STEM教育的目的。本案例的学习环境准备:室内体育馆、A4纸若干张、签字笔、皮尺、秒表、标志杆。学习资源设计:与纸飞机飞行相关的基础理论知识、多种纸飞机折叠教程。

（六）学习支架设计

STEM教育强调学生的主体地位，但不能忽视教师的指导作用。在整个项目过程中，教师充当幕后导演的角色，需要对学生进行适当的引导、管理和帮助，把握项目学习过程中的关键点，当学生在学习过程中遇到困难，教师应提供支撑，避免学生的学习行为与学习目标发生偏离。本案例以情境型和问题型支架为主，即在特定的情境中让学生在解决问题过程中学习知识。从学习的开始、活动过程到结束部分，都由教师把控主线，引导学生探究纸飞机的原理，参与到制作过程以及各个环节的活动中。在学生尝试和练习的过程中，针对性地给予纠错和指导，确保他们在最近发展区内思考和解决问题。

（七）学习活动设计

学习活动是学生在STEM教育项目中完成学习任务、达到学习目标的桥梁。有效的学习活动才能以最快速度提高学生的学习质量和效率。本研究学习活动设计基于尚力沛提出的综合教学模式理论：集运动教育模式、个人和社会责任教学模式、领会式教学模式的优势于一体，针对不同的教学目标和教学任务采取特定的教学模式。如运用运动教育模式使学生掌握纸飞机及相关项目的基本投掷要领，增强学生的竞争意识和规则意识；运用个人和社会责任教学模式培养学生的社会道德、体育品德等必要品质；领会式体育教学模式则侧重发展学生主动发现问题、思考问题和解决问题的能力。具体学习活动设计见表1。

二、结语

本文提出将STEM教育理念渗透到学科教学实践中，同时基于前人的研究设计了以纸飞机为教学项目的教学案例，呈现了STEM教育理念与体育教学结合过程中的思路和方法，这是STEM教育发展的新尝试。尝试既是突破也是开始，必定存在较多不足和疏忽之处，其中会遇到种种问题，如教师之间的协调困难、学习活动设计不科学、评价方法不全面等，后期如何将这种新的尝试转变成标准化、成熟化的教育是一项工程量大、时间长的研究。