基于問題化學習理念的STEM項目學習與教學研究獲獎科研報告

一、基于問題化學習理念的

STEM項目學習研究背景

問題化學習是在復雜問題情境中，以學生發現的問題為生長點，以學科的問題為根基，以教師的問題為引導，生成具有層次性、結構性、擴展性、可持續的有價值的問題系統并貫穿整個學習過程，從而促使學生自主學習并解決問題，實現知識的遷移與建構，培養學生系統思維、邏輯思維、發散思維、審辨思維。問題化學習的能力目標指向問題的發現力、問題的建構力、問題的解決力、問題的反思力、問題的設計力。問題的擴展和可持續性關鍵在于師生從不同維度和視角進行有深度的追問，同時學生要持續、辯證、系統地思考。在課堂上，學生之間互動生成問題，利用審辨式思維、求真的態度、開放的思想，以充分的理由和證據進行系統性分析，修正自己的認知。

問題化學習并不等同于項目式學習。問題化學習主要涉及單一學科，問題是學習和教學的核心，而項目式學習起始于現實生活中的實際問題，并尋找解決問題的多種方案。基于問題化學習理念的STEM項目學習整合了科學、技術、工程和數學等多個學科，在模糊任務和問題的驅動下，帶著明確的目標，通過迭代的方案設計、制作、測試優化、合作與反思去解決一系列問題，并通過學生合作完成的項目考核學生對跨學科概念的掌握程度。在學習與建構知識的同時，要培養學生在知識體系的范圍里去尋找問題，去發現問題、探究問題并解決問題，使兩者得到了較好的結合。師生都要明確自己的角色，即：教師是學習的支持者、學習的引導者和學習的陪伴者;學生是學習的主體。真實性的評價理念貫穿整個STEM項目學習中，學生能夠評價自己的學習，能夠管理自己的學習。但STEM教學設計還沒有統一的設計標準。基于問題化學習理念的STEM項目學習的教學設計是實施STEM教育的基石，情景創建、問題確定、自主設計、構建模型、測試與優化、展示與交流、評價與反思、拓展遷移是教學設計中的關鍵程序。在此，以自主研發的STEM課程“霧霾口罩”為例，說明其教學設計方法。

二、“霧霾口罩”課例簡介

【涉及領域】科學、工程、技術、人文、數學

【建議年級】小學五、六年級

【授課時間】120分鐘

【材料】棉花、棉布、紗布、無紡布、活性炭布、熔噴布、耳掛、鼻夾、PM2.5空氣質量檢測儀、針線或膠槍、記錄單

1.教學目標

科學目標。了解霧霾是一種災害性天氣，學會預防霧霾的措施;了解不同材料過濾空氣的效果不同，材料的不同組合方式也會影響空氣的過濾效果;加深對人與環境關系的認識，增強環境保護的意識和責任感。

技術目標。能利用材料和工具制作出結構完整的口罩;能通過調整材料的組合方式改變口罩的空氣過濾效果;能對口罩進行優化、改進。

工程目標。能根據限制因素，制作簡易口罩;能通過迭代，不斷優化口罩的制作方法;制作方法具備可復制性。

數學目標。能適當修剪材料面積大小;能準確記錄測試前后空氣PM2.5的含量;能計算測試前后空氣PM2.5含量的降低值與過濾百分比。

2.教學重點

不同材料過濾空氣的效果不同，材料的不同組合方式也會影響空氣的過濾效果，利用數學知識分析材料的過濾效果。

3.教學難點

采用控制變量的實驗方法，能通過調整材料的組合方式改變口罩的空氣過濾效果。

三、教學過程

“霧霾口罩”的教學包括八個步驟（見表1），每一項教師活動與學生活動對應，教師提出一系列問題，學生在教師的引導下思考并完成設計與制作任務。用表2的學生小組評價記錄單記錄制作霧霾口罩所消耗的材料和防霧霾測試結果，表3是根據測試對結果與過程進行評價的量表。

四、小結

人們生活在一個充滿問題的世界，問題無處不在，思維的價值就體現在發現問題以及解決問題的過程中?；趩栴}化學習理念的STEM項目學習就是通過解決一系列的問題和任務來鼓勵學生自主合作學習，教會學生如何學習，培養其終身學習的能力，養成不斷自我追問與發現問題的習慣。新課標提出的小學科學核心素養強調能力的培養，特別強調了解決問題的能力。發現問題當然重要，怎樣