基于STEM教育理念的 N141項目導學模式開發(fā)與實踐優(yōu)秀獲獎科研論文

基于STEM教育理念的N141項目導學模式開發(fā)與實踐優(yōu)秀獲獎科研論文

[摘

要]“N141”項目導學模式是一種基于STEM教育理念的課程開發(fā)與設計模式。它通過建設問題庫、確定研究問題、解決問題三大步驟，在多個問題中確定一個研究問題，通過轉化、破解、解決、拓展環(huán)節(jié)完成項目，并可對項目進行完善。這一模式可促進STEM問題的生成，并提高課程的實施效果。

[關鍵詞]N141;STEM教育;項目;導學模式;問題庫

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，其中科學在于認識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術和工程試圖在尊重自然規(guī)律的基礎上改造世界，實現(xiàn)與自然界的和諧共處，解決社會發(fā)展過程中遇到的難題;數(shù)學則是技術與工程學科的基礎工具。STEM教育重點要加強對學生四個方面的培養(yǎng)：一是科學素養(yǎng)，即運用科學知識（如物理、化學、生物科學和地球空間科學等）理解自然界并參與影響自然界的過程;二是技術素養(yǎng)，即使用、管理、理解和評價技術的能力;三是工程素養(yǎng)，即對技術工程設計與開發(fā)過程的理解;四是數(shù)學素養(yǎng)，即發(fā)現(xiàn)、表達、解釋和解決多種情境下的數(shù)學問題的能力。STEM已進入國家課程標準，成為課程改革的亮點。

一、問題庫的建設

教育改革提倡以學生為主體，采取自主合作探究的教學方式，培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才。STEM課程符合這一原則。小學階段開展的STEM課程，必須符合小學生活潑愛動、好奇心強、思考問題以具體形象思維為主的特點。山東省肥城市實驗小學基于學校的實際情況和學生特點，結合STEM教育理論，初步明確了STEM教育導學模式的三大步驟：建設問題庫—確定研究問題—解決問題。

在建設問題庫時，問題的主要來源有三個：一是學生感興趣的話題;二是生活實際問題;三是課堂產生的問題。通過從這三種途徑搜集問題，建立了問題資源庫。但是這些問題五花八門，并非都值得解決或適合在課程中解決。因此，在收集了問題之后，還要對其進行篩選。為此，學校STEM項目核心團隊的教師們又專門召開了一次問題庫研討會，并達成了三點共識：一是小學生的理解能力有限，本著知識來源于生活又要應用于生活的原則，應選取大部分學生熟悉的來自生活和學習中的問題;二是問題要直觀化，要能激發(fā)學生的學習興趣，使學生“跳一跳”能夠解決;三是鑒于學生觀察和思考的角度不同，對同一事物提出的問題五花八門，需要教師引導學生選擇更有意義、有價值的問題來研究。由此，教師們對每個問題的研究價值進行了審定，確定了“最高價值評五星，逐級類推，無研究價值則無星”的六級評定標準，形成了星級指標問題庫。

二、“N141”STEM項目導學模式解讀

STEM教育的最終目的是培養(yǎng)學生解決問題的能力，那么只有圍繞解決問題的過程開展STEM教育才能更加有效。學生通過動手動腦解決現(xiàn)實問題，在建構解決方法的過程中學習和發(fā)展思維。為此，學校開發(fā)了“N141”STEM項目導學模式。

其中“N”指的是發(fā)現(xiàn)多個生活問題。由任課教師引導學生從生活中感興趣的話題、亟待解決的實際問題、社會焦點等多方面入手，提出自己想研究的多個問題，以班級為單位進行匯總。由于這樣獲得的來源于實際生活的問題會有很多，所以用代號“N”表示。

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

“4”指的是通過“轉化—破解—解決—拓展”四個環(huán)節(jié)，解決選定的研究問題。其中，轉化是指由任課教師引導學生把確定的研究問題轉化為研究項目;破解是指教師引導學生以小組為單位對研究項目進行深入分析，將其破解以安排到課程中;解決即學生應用多門學科知識，通過“自主、合作、探究”為主的學習方式逐步解決此項問題;拓展是指學生解決該項目中的問題后，再深入探究這一問題還體現(xiàn)在生活中哪些其他方面，或這一問題的解決方法還可以應用于解決生活中哪些其他問題。

最后一個“1”指的是修改完善這個項目。在初步完成一個項目后，要對該項目的解決過程進行詳細梳理，尋找不足，最后將其修改成一個更完善的項目。

三、基于“N141”模式的課例：

探究鋼筆墨囊的奧秘

1.課程源起

這一課例的設計，源于學生們在使用鋼筆時發(fā)現(xiàn)并提出的很多問題。如：為什么鋼筆尖易壞？鋼筆寫字時為什么自動出水？一段時間不用鋼筆，再寫字時為什么不易出水？為什么鋼筆寫字時經常出水不流暢？鋼筆墨囊為什么能吸墨水？鋼筆墨囊的種類有多少？為什么鋼筆墨囊會分這么多種？哪種類型的鋼筆尖最適合我們（小學生）應用？鋼筆尖為什么在中間分成左右兩部分？鋼筆殼為什么會摔壞？……針對這一系列問題，筆者引導學生開展了“探究鋼筆的秘密”的STEAM項目。

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

2.主題驅動

教師讓學生把提出的關于鋼筆的問題寫在信紙上，根據(jù)問題是否有價值對問題進行篩選、轉化、匯總;教師向學生推送篩選后的關于鋼筆的有研究價值的問題;學生小組合作交流確定自己小組最感興趣的一個問題;班級匯報交流，全班公投確定了一個最感興趣的研究問題，并將其轉化為研究主題“鋼筆墨囊為什么能吸墨水”。

3.多科助學

本項目涉及的學科包括科學、數(shù)學、語文、信息技術。以下將按照“轉化—破解—解決—拓展”四個環(huán)節(jié)完成，即“N141”中的“4”。

一是轉化。教師引導學生把“鋼筆墨囊為什么能吸墨水”這一問題轉化為研究“鋼筆墨囊的奧秘”項目。

二是破解。針對此項目，教師引導學生以小組為單位進行深入探討，破解出以下五項研究內容。

（1）在班級內及附近商店尋找，看看鋼筆墨囊的種類有哪些。

（2）墨水是怎么進入墨囊的？

（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？

以上五項研究內容，都要求學生記錄自己的研究過程，并用PPT展示自己的研究成果。

三是解決。教師引導學生以小組為單位認領本組的研究內容。探究過程如表1所示。

四是拓展。針對研究內容的其中幾項，進行了拓展應用。其一，鋼筆墨囊的種類。學生通過調查發(fā)現(xiàn)膠皮墨囊最少，一次性墨囊最多，于是產生了新的研究問題：膠皮墨囊為什么會減少？一次性墨囊大量生產是否會對環(huán)境有危害？哪種墨囊最合理？其二，吸墨水的秘密。學生通過研究吸墨水的秘密，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。學生發(fā)現(xiàn)鋼筆尖蘊含著大學問，并探究生活中還有哪些地方用到了這個原理。其四，墨囊形狀的奧秘。學生通過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使用不同的形狀。

4.完善項目

在完成項目后，師生梳理并反思了教學實施過程，進一步改進和完善了教學設計。

四、對“N141”課程模式的反思與展望

實踐證明，“N141”模式是一種便于教師操作的STEM課程開發(fā)與建設模式，且有利于課程的高效實施。它使學生在自主探究的過程中產生了創(chuàng)新的興趣，發(fā)展了創(chuàng)造能力，提升了STEM綜合素養(yǎng)，也鍛煉了團隊合作與解決問題的能力，較好地彌補了傳統(tǒng)學校教育的薄弱環(huán)節(jié)。

基于STEM理念的“N141”項目導學模式還存在很多不足，如課程開發(fā)與設計還需不斷修改與完善;不同學科間的深入融合還需要進一步加強;學生素養(yǎng)雖有所提升，但解決綜合問題的能力還有待提高;教師的相關理論支撐不足，歸納總結能力不強，工作反思過于單薄，經驗有待進一步提煉;STE