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基于STEM的课堂教学实例浅析

STEM是由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathmatics）四门学科整合而成的，它以设计和探究为目的，并对技术问题进展科学的探究。STEM课程的培育目标中包含了科学素养、技术素养、工程素养、数学素养等方面，这和新课改提倡的核心素养不谋而合。

STEM是在建构主义理论根底上提出来的，它强调的是跨学科的课程融合，追求的是学问建构的过程。它认为学习是现实世界上万事万物在实践过程中与头脑中的学问体系的关联，STEM摒弃学问灌输渐渐形成了新的教学方式：让学生通过教师的导引，以工程学习为载体，与同伴共享自己的想法；通过探究、合作等方式完成他们感兴趣的、源于生活的工程，并从中构建各学科和跨学科的学问。由此可见，STEM教学具有跨学科、趣味性、情境性、合作性等特征，不仅能让学生将构造化的学问应用到非构造化的工程设计中，完成学问的构建，还能激发学生的灵感，培育他们的创客思维。

作为一种综合的教学模式，STEM教学不仅要求教师具备跨学科的学问融合力量，还要求学生具备跨学科合作学习的力量，在合作中互动，在探究中学习，所以STEM教学最能抹平学问理论与社会阅历之间的鸿沟。在STEM教学中，教师以STEM的工程教学作为载体，运用适当工具和配套资源，促进学生跨学科的学习。学生通过作品的生成来展现自己的学习成果，共享给教师、同伴。

作为STEM教学的载体，工程的设计要符合STEM的教学理念，详细来说，工程不仅要具有肯定的情境性、趣味性，符合学生的生活体验，具有跨学科学问融合的特征，更要使学生简单解构成S.T.E.M各门学科的子工程，以到达引领其开展意义学习的目的。在实际应用中，工程更类似于自然状态下的实际应用，具有学问体系的劣构性，所以教师在选定工程的同时，还要关注工程的可解构性，将劣构的学问体系构造化，这样有助于减轻学生的学问负担，帮忙学生良性地建构学问。下面以“设计Arduino音乐播放器”为教学案例，分别从教师和学生两个角度论述STEM模型下的课堂设计。

●教师的教学设计

图1是笔者在使用STEM进展教学设计的流程图。教师在实施STEM教学前，要做好学情分析、确定教学目标、编写导学案、制作预设作品等环节。

1.学情分析

在STEM教学中，学生是学习的主体，他们的学习状况会随着时间、教师、环境的不同而呈现出差异，这就要求教师在备课的时候必需了解学生的详细状况，分析他们在课上可能消失的状况，并找出相应对策，这是确定教学目标的重要依据。笔者所教的是高一年级的学生，他们是时代的弄潮儿，也是科技的发烧友，常常脑洞大开，呈现一些意想不到的创意。他们认为学习必需是有“意义”的，最好社会需要什么就学什么，甚至想，假如能通过众筹的方式集资开发一个工程，解决一个社会问题，那该多么好玩啊。

2.确定教学目标

与传统的学问体系教学不同，工程教学中的工程是劣构的，是源于现实世界的真实应用。工程中隐含的学问体系是非构造化的，这需要教师依据学情分析和教学进度确定教学目标，这个目标在教学过程中可能比拟隐晦，但在教学设计中必需明确。此外，教学目标还应是学生阶梯式向前跨一步的目标，是能在课堂上通过自己的努力和同伴的帮忙达成的目标。考虑到STEM的教学模型，STEM的教学目标可以分解为S.T.E.M四个子目标。

在本案例中，笔者充分考虑学生特征，以STEM为理论依据，在不同学科设计了不同的S.T.E.M子目标，最终统一在“设计一个Arduino音乐播放器，播放器能实现随机播放乐曲、随时中断播放、随时启动播放的功能”这个工程目标下。被分解的四个子目标详细为：①理解单片机的音符是如何产生的，会用频率表示不同的音符（S）。②理解中断技术的原理，能在ArduinoIDE中编写中断程序（T）。③能依据科学组的讨论写出程序，掌握Arduino随时播放、停顿音乐，还能随机播放歌曲（M）。④将科学组、技术组、数学组的讨论成果整合，协调整个工程的完成（E）。

3.编写导学案

教师要以教学目标为线索，以分解出来的S.T.E.M子目标为引导，撰写出适合学生使用的导学案。导学案是实施STEM教学策略的抓手，也是STEM教学模式的落脚点，它能将一个教学目标分解成四个子目标，又能将四个子工程合成一个完整的工程。因此，STEM的导学案应依据实际需求分成四个，即科学组导学案、技术组导学案、工程组导学案和数学组导学案，分别对应S.T.E.M的