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背景式STEM项目分享

发表时间：2019/12/6 来源：《科技新时代》2019年10期作者：艾俊

[导读] 在综合性的教育活动中背景式的STEM备受青睐，本文以《渡江行动》STEM项目为例对背景式的教育项目进行分析。

——以《渡江行动》为例
　　黑龙江省科学技术馆黑龙江哈尔滨150000
　　摘要：背景式STEM项目分享项目评选的范围包含围绕展品设计的教育项目和综合性的教育活动，在综合性的教育活动中背景式的STEM备受青睐，本文以《渡江行动》STEM项目为例对背景式的教育项目进行分析。
　　关键词：STEM项目目的背景过程
　　自2012年首次参与科普场馆科学教育项目展评，至今已延续三届，几年间科普场馆的软实力逐渐增强，项目整体水平不断提高，科普项目从数量到质量都有了飞跃式发展，项目评选的范围包含围绕展品设计的教育项目和综合性的教育活动，在综合性的教育活动中背景式的STEM备受青睐，本文以《渡江行动》STEM项目为例对背景式的教育项目进行分析。
　　一、活动目的
　　《体验创新之渡江行动》以小学高年级及初中生为活动对象，利用现有材料制作各种能按需求载重的渡江工具并完成渡江任务为主线，包含设计图纸、选择材料、动力选择及续航研究、制作调试、渡江比拼五个环节，把力作为本项目着重研究的科学概念，将浮力、作用力与反作用力、弹力、表面张力、风力等科学概念及应用贯穿其中，在活动中鼓励青少年自行查找资料了解力学相关的科学概念，并且为他们提供机会，让他们在建造模型和运用新方法的过程中提高自身能力和技能。通过设计活动显现的材料认识是一种潜在的技能，让青少年看到他们周围世界的各种可能性。
　　二、活动
　　近日，在XX地区骤降暴雨引发泥石流灾害，交通补给的重要通道被破坏，由于天气恶劣抢修难度较大，预计完全修复还需三到五天，而该地区尚有近千名当地民众被困，他们的房屋也受到不同程度的损毁，急需救援，然而救援的通道被一条约20米宽的某江支流隔断，为支援一线官兵，将受灾群众迅速转移，我军某技术研发部连夜奋战，计划利用当地现有材料造出能帮助运送群众及大型救援器械的渡江工具……当地地处偏僻，能使用的材料极其有限，同时还要达到能够载重的需求，技术难度不断加大，他们能完成任务吗？
　　参与活动的青少年化身技术人员，即刻开始工作，投入紧张的设计制作当中。
　　三、活动过程

　　四、活动的内容和形式
　　（一）主题情境式开发创客思维
　　本项目主题采用“情境式”表达方式。设置任务情境式的角色扮演，将要探究的内容故事化、拟人化，设身处地的体验现象、分析原因。在主题范围之内设计开放性的学习进程，这些进程是灵活的、开放的、多样的；包括使用“真材实料”（材料和工具）、过程和理念的机会。例如：在渡江工具的图纸设计上，参与者的选择非常广泛，有船式、有汽艇式、还有迷你“航母”式，基本都能做到根据自己的理解，将有效的信息融入设计之中。
　　（二）、内容上以RAFT式的迷你创客空间为依托
　　本项目设置了教学资源区(Resource Area For Teaching)，这里并没有多么高精尖的设备，但对于参与者说，这里是一个名副其实的宝库。里面陈列着一排排的纸筒、瓶盖、塑料、泡沫、小马达等等各种各样的材料，这些材料有效的启发着参与者的思维，刷新对材料的认识。例如：参与者通过限制气球的形状充当汽艇式的渡江工具的重要材料；塑料片剪成风车的形状尝试动力实验等等，这些创意有些成功了，有些失败了，但无一例外的让参与者重新认识了周围的世界。
　　（三）形式上更注重启发式教学
　　我们向参与者提出探索新事物或未知事物的挑战，参与者制定策略以理解和解决未知概念，并确定解决问题的步骤，在这个过程中辅导教师的引导作用不可或缺，但是更加注重的是学生体验启发式思维的过程，创造、发明、发现和应用参与问题的规则，只有当学生（而不是老师）投入更多的时间进行独立创造或发现，而非记忆简单算法时，才有助于他们掌握解决多元问题的能力。
　　五、项目内容和结果
　　基于项目提出的渡江工具的制作，在已开展的活动中参与者设计的渡江工具共分为四大类：
　　（一）船型运输工具。这类设计以帆船和“竹筏”为主，其载重性能
　　较佳，利用到的材料非常丰富，有的以空的盒子为基础材料，有的以空瓶子为基础材料，泡沫、雪糕棍、塑料都成为此类运输工具的热门材料。
　　（二）汽艇类运输工具。这类设计主要以快艇为蓝本，主要采用橡胶
　　类材料设计而成，此类工具材料用料较少，体积不大，抗风能力较弱，载重性能不够稳定。
　　（三）军舰式运输工具。此类设计以舰类运输工具为模板，突出体现
　　在其外形的修长上，用料较多，受风力影响较大，对载重材料的体积有一定的限制性。
　　（四）混合型运输工具。这类设计一般结合两个或者两个以上水上运
　　输工具的特点，材料选择复杂，具体的性能差异性较大。
　　在渡江工具动力装置的设计与制作上以作用力与反作用力为依据，主要分为四大类：
　　（五）风能动力装置。此类设计涵盖了对风力的各种利用，诸如船帆
　　与风的互相作用，风车带动的波轮与水的相互作用等。
　　（六）弹性势能动力装置。此类设计有利用弹性势能带动水中波轮的
　　前进的复杂设计，也有利用气球释放气体的瞬间产生的反作用力为动力的，但此类设计在动力续航上不够理想。
　　（七）电能动力装置。此类设计将小电动机直接安装在渡江工具上，
　　动力充足，但是在产生动力的时候对渡江工具的平衡性也存在着巨大影响。
　　（八）化学能装置。此类设计在实验中几乎没有成功，对于初中生来
　　说化学能的可控性具有一定难度，故只列为一种可能性装置。
　　六、活动收获与体会
　　“兴趣是孩子最好的老师。”孩子会循着兴趣的方向探索未知的世界，而我们要做的除了引起孩子的兴趣以外，更加重要的是要引导他们如何正确的、科学的去探索。本项目活动探究过程贯穿始终，从提出问题、大胆假设到制定计划、制作模型再到动力调试，最后得到结论。潜移默化的把探究的方法表达出来，让青少年学习解决问题的方法，培养青少年独立探究和思考的能力。优质科普内容依托于适当形式，通过形式如何提升青少年的能力是项目中活动策划的重中之重。
　　在整个项目的实施过程中，教师团队多次为孩子们的想象力和创造力所惊叹，也许他们的设计图纸很难实现，但却是惊人的大胆与创新，却又具有理论依据。学生辨别复杂而混乱的问题的能力远比预计中强很多，把舞台还给他们，未来属于他们！