基于工程设计之小学整合型STEM课程设计与应用分析

第一章 绪论

本课题主要是采用行动研究法。将基于对相关理论文献的调研，对美国个案经验的总结，南京市某小学为实践场所，提出我国基于工程设计的小学整合型课程设计与开发模型，结合小学科学课程标准，与该校教师一起设计与开发课程案例，并在小学 3-5 年级进行教学实施，在实施中观察研究对象并用视频记录，依据教学模型实施一轮案例后，根据课堂视频或笔记记录，基于教学实施修正模型，修改和调整课程，设计第二轮案例，再进行新一轮的教学实施，在实施过程中同样用视频记录，在实施完毕后，根据课堂视频或笔记记录，基于教学实施修正课程设计及教学设计模型。在整个行动研究中，会具体使用访谈法、观察法、文献研究法等。此外，研究选取江苏省南京市某小学四至五年级部分优秀学生进行 STEM 课程授课，根据实验学校教师意见、小学科学课程标准以及学生的综合情况进行课程案例的设计并实施，观察记录，在一轮课程结束后，结合实施情况、研究者与相关教师意见以及原本课程模型，修改案例并进行第二轮实践，实践后再按此模式对模型反复修改，最后形成我国基于工程设计的小学整合型 STEM 课程设计模型及教学模型，提出教学策略。

2.1 相关概念界定

整合型 STEM 教育强调对各学科课程的整合，找到各学科间的协同，让学生理解各领域间的关系与联系，能对真实的问题进行解释或设计，提出解决方案。整合型STEM 课程是基于某一主题与现实世界之间的联系，努力将科学、技术、工程和数学学科的部分或全部内容整合到一堂课或一个单元。或者说，整合型 STEM 课程是指无缝整合 STEM各学科的内容和概念，在问题、项目或任务的情境中，STEM 学科知识学习与应用过程是自然而然同步发生的，而不再考虑其具体来自哪个学科。总而言之，工程设计是指团队在相互协商中进行概念模型建构的过程，工程设计是实现工程教育的一种方式，本研究所提及的工程设计即指应用数学、科学等基础知识，解决真实情境中的问题，在工程设计的环节（需求分析、个人与团队设计、制作与测试评价、重新设计、重新制作与测试、反思与交流）中，进而实现 STEM 各学科的整合。

2.2 国内外相关研究

技术正在使我们的社会发生深刻的变革。在新技术、新产业快速发展的时代，人才的培养是关键，尤其是创新型、复合型人才的缺稀使得 STEM 教育越来越重要，也越来越受到各国的重视，总结为以下两个方面。第一，国外对 STEM 教育的研究，虽然对 STEM 的涵义等未做出统一的界定，但是在实践上，先行一步，已经涉及到课程实施、课程评价、课程推广、教师培训等各个方面。第二，国内对 STEM 教育越来越重视，但是目前的研究大多数仍停留于对政策、报告、实施案例的介绍层面。在课程案例方面，不少人把关注点放在了基础教育中，如何设计STEM 课程则成为了关注的重点，但课程标准的缺乏使得如何设计成为难点所在。目前，我国小学 STEM 本土化课程可利用资源较少，自主设计的课程内容也多以知识模块的拼切为主，课程设计大多是基于问题或项目的设计模式。以工程教育为整合的切入点，唐小为、王唯真在文章中已经提及，杨玉琴、倪娟亦提出工程设计的跨学科性特征,使其自然成为STEM 课程整合的有效路径这一观点，但目前以基于工程设计为课程设计思路的 STEM 课程案例仍较少.

第三章 基于工程设计的小学 STEM 课程与教学设计模型构建.......15

3.1 我国小学 STEM 教育开展现状的个案研究............15

3.2 基于工程设计的小学 STEM 课程设计模型雏形构建....22

第四章 我国基于工程设计的小学 STEM 课程的行动研究.........33

4.1 第一轮行动：《糖果包的设计与制作》课程单元的设计与教学实施.........33

4.2 第二轮行动：《慢船的设计与制作》课程单元的设计与教学实施.........49

第五章 研究结论与展望.........65

4.1 第一轮行动：《糖果包的设计与制作》课程单元的设计与教学实施

本课程针对小学四五年级学生展开，该年龄段学生求知欲强，探索欲强，对新鲜事物感兴趣，在此前，学生在生活或是平时学习中都接触过课程单元所涉及的知识点——力，对该知识点有一定认知，但仅处于了解认识力的内涵，对力的应用仍缺乏一定实践经验。通过课程单元学习，学生通过自主、合作、探究学习，基于真实问题情境找到科学、数学、工程、技术知识的关联点，主动建构知识体系，完成知识整合，应用知识分析、解决问题。有助于提高学生搜集处理信息的能力以及交流合作的能力，形成新时代下学生的核心素养。糖果包的设计与制作中对应的科学知识不仅包括糖果包的承重、受力分析，影响包承重力的因素等等，也包括在调研阶段对市面上已有糖果包的科学实验，此前，不少学生在科学课程中对力已有较为简单的了解，而学生在此课程单元中需要学习掌握简单受力分析，了解影响承重的因素；对应的数学知识包括三维物体与二维平面图的相互转化、比例尺的运用、成本计算等等，而目前小学 4 年级数学课程中“三视图”这一知识点可完美应用于其中，学生在此单元中需要学习比例尺的相关概念并应用，这也属于工程制图的范畴；糖果包的设计图绘制、制作、测试需要掌握“绘图、粘合、测力”等技术知识；糖果包颜色、装饰图案需要应用“色彩、绘画”等艺术知识。

4.2 第二轮行动：《慢船的设计与制作》课程单元的设计与教学实施

在物质科学领域，小学 3-4 年级阶段的科学知识目标为“测量、描述物体的特征和材料的性能；描述物体的运动，认识力的作用，了解不同形式的能量”。从这一课程标准出发，找到对应科学知识点“力”，同时，与实施小学的相关教师讨论，结合该部分学生特点以及在日常授课过程中学生学习理解的薄弱点，将力延伸为阻力，包括空气阻力以及水的阻力等，根据真实问题情境设计原则，结合学生生活实际，选取该年级段学生在日常生活中最常见的“钓鱼”为主题，构建如图 4.12 所示的真实问题情境：为捕鱼者设计一条在水上缓慢行驶的船。

第五章 研究结论与展望

课程论文根据研究对象总结了基于工程设计的整合型 STEM 课程设计模型以及教学设计模型，同时对我国小学目前 STEM 课程实施情况进行研究，设计出我国整合型 STEM 课程案例并实施，总结出我国基于工程设计的整合型 STEM 课程设计模型以及教学设计模型，并提出教学实施策略，具体结论如下：（1）通过分析研究对象相关教学课程的案例，对案例的内容、设计模式进行探究，结合我国基于工程设计的整合型 STEM 课程案例实施情况，得出如 5.1 所示我国基于工程设计的整合型 STEM 课程设计模型。基于工程设计的整合型 STEM 课程是以工程设计、工程教育为切入点，通过工程设计的过程，实现各个学科的整合。目前国内相关研究不多，且课程的质量不一，本研究通过对美国 SLED 项目中的案例及相关学习资源进行研究，总结相关模型、策略，再根据我国新实施的小学科学课程标准及实验学校相关教师意见，借鉴设计思路，形成适合我国情况的基于工程设计的小学整合型 STEM 课程案例，从而弥补现今基于工程设计整合 STEM 课程模式案例、模型的不足。

参考文献

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