让STEM教育深入校园走进课堂

    高丹 顾卫

    摘 ?要 STEM教育对促进体育特长生融通多学科知识、提高解决实际问题能力和开展创新思维能力培养是一个很好的平台。近年来，苏州市振吴实验学校结合新时代教改工作需要，在国家课程、校本实践课程和体育训练项目中开展了大量的STEM教育探究，初步摸索出学科融通、创新实践、学训共享等具有本校特色的STEM教育推进路线图。

    关键词 STEM教育;体育特长生;国家课程、校本实践课程;翻转课堂;3D打印

    中图分类号：G630 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）17-0078-03

    1 引言

    苏州市振吴实验学校是苏州市唯一一所培养体育后备专门人才的学校，自1986年9月成立以来，先后培育出国际运动健将五人、国家运动健将36人、国家一级运动员150多人，涌现出陈艳青、唐卫芳、李红云等世界冠军。而今步入新时代，如何与时俱进，再创辉煌，成为学校教学训工作改革亟待解决的新问题。

    2016年，在校长室的领导下，以教科研带动教学训，引进STEM教育理念，在学科教学、课程实践、体育训练项目中展开大量的STEM教育探究，初步摸索出适合本校实况的学科融通、创新实践、学训共享等教学训、教学做实施方法，不但实现了国家课程、校本实践课程知识间的交叉融合、拓展延伸，而且促进了学校体育特色训练项目之间的知识互补，使得广大学生在问题解决、团队协作、创新实践等能力培养方面获得较好提升，所获得的成绩多次受到上级领导的表彰和师生、家长的赞誉，使“学训并重，德能兼备，奋勇争先，为国争光”的校训得到很好的诠释。在此谈谈学校在STEM教育推进工作中的体会。

    2 学科融通，从课堂内学向课堂外探究延伸

    苏州市振吴实验学校STEM教育最先是从学科融通开始的，原因在于：STEM教育是个新事物，由学科融通入手，起步低、适用面广，而最重要的是随着近年来新课标的落实，一些国家课程中包含的多学科知识内容越来越多，从而为在学科教学中开展STEM教育创造了条件;随着新时代教育形势的发展，人们对人才培养目标提出新要求，运用STEM教育理念通过跨学科应用实践，有助于学生将所学知识融会贯通，对促进学生分析问题、解决问题和创新思维能力培育确是一个好办法。

    借助信息技术，实现多学科知识有机融通 ?初中部地理学科教师在进行“印度”这一节内容教学时，为达到调动学生学习、实践、探究的积极性，特创建了主题为“认识印度”的STEM微项目。其构思是：依据课标，深挖地理學科与其他学科间的契合点、融合处，充分运用本校信息技术教育资源丰富优势，通过互联网实现地理学科与其他学科间的有机融合，从而突破课堂教学活动的时空限制，帮助学生更全面地了解与把握所学知识。

    在课堂上，教师先以印度人口介绍为切入点，从地理学科角度剖析印度人口的现状与分布;随后导入有关印度人口的历史背景和成因微视频，巧妙实现与历史知识点的融合。在讨论有关印度农作物的内容时，鼓励学生借助计算机终端开展网络环境下的问题探究，连接线上教育生物教师，即时即景地开展互动，使得地理与生物学科间的知识也获得融通。随着主题内容讨论深入，以学习小组为单位，学生又进行了从堂内到堂外相关资料查询、分析与研究，最后以微项目答辩会形式，对探究情况与收获向全班作汇报。而每位学生在活动过程中的表现、答辩得分和小结书写质量，便成为考核学习成效的评价依据。

    开展问题研讨，从单学科“学”向多学科“用”方向拓展 ?生物组教师在讲授七年级下册有关鸟类知识时，为更好地帮助学生学深学透这部分内容，构建了“让理想飞向蓝天”的STEM课程，其做法是：借助翻转课堂教学模式，将编制好的学习任务单与自学课件（含微视频）在课前通过校园网络平台发放给每位学生，指导学生开展课前自学;而当上课时，教师除了强调适合鸟类空中飞行的各个关键特征之外，留出更多时间让学生互动，如结合生物学知识回答树林里随处可见的小鸟、高空中翱翔的大雁为什么能够飞行，以帮助学生加深对鸟类基本结构和各部分机能的了解。

    为什么飞机不扇动翅膀也能飞？手折的纸飞机如何做、怎样飞，才能飞得更远、更高、更长久？随着课上一连串问题的抛出，学生被引领到探究的“深水区”，而物理学科中的浮力、压强和空气动力学等知识，一下成为大家关注的焦点。“制作个纸飞机来体验一下吧！”在教师的提议下，学生忙开了，构图样、找材料、研折法，甚至于对飞行时的状态（如初速度、角度）、环境条件（如风向、风速）等都一一进行了考量。而班上铁饼、标枪、射击等体育特长生更是活跃，从做纸质飞机延伸到做纸板飞机、又拓展到做风筝，关注的内容随着探究的广度渐渐向各门类知识延伸……

    一节单学科“学”的生物课，通过生生、师生互动，演变成一门多学科知识“用”的研究课、实践课。学生在这一过程中对知识内容理解得更全面、更透彻、更具体，体验到的是从学到用需知道的知识应更多、技能应更精细，从而教育学生在学习一门知识的同时，要时刻关注与其他学科间的联系，在学以致用的同时，体会到什么是工匠精神、什么叫精益求精。

    3 创新实践，让构想变蓝图，让蓝图变实物

    苏州市振吴实验学校3D打印STEM课程是最受学生欢迎的校本课程，原因在于：该课程开设时间长（至今已有四年）、教学资源丰富、可供选择的创设方案多，适合本校各年级各层次段学生学习;该课程与国家课程关联密切，如构建“谁的运动员模型做得好”STEM项目，就巧妙地引导学生从信息技术课程的“图片加工与制作”二维图制作学习过渡到三维图像构建实践上，再从三维图像建模的学习中延展到用3D打印机实现的创意落地上。由于创设的作品与学生生活十分贴近，来上3D打印课程的学生络绎不绝。2017年在苏州市首届青少年科技节活动中，学生就曾揽获3D打印创新设计大赛初、高中组团体一、二等奖。那么，该课程教师是如何引导学生一步步做到这些的呢？

    巧设问：带着问题去思考，启发探究无止境 ?“3D打印能制造出多彩的3D模型吗？”这是因为一般的3D打印机通常只能打印单一色彩的模型（如MBot Grid II+ 3D打印机），要制作出多彩的3D造型该如何实现呢？带着疑问，学生从课内到课外、从网上到网下寻找问题的解决方法，而美术课教师对油画作品着色的演示，一下子打开了学生的思路。有学生问：可否采用美术作品分别着色的方法来对3D作品上色呢？这当然可以，也确是一个办法。又有学生问：可否在3D模型构建时，根据整体造型在色彩上的需

    要，事先在建模过程中就做好区块分割，然后用不同颜色的打印材料分别进行打印，最后用拼接方法再一一粘合起来？这当然也是一条思路。

    几位自诩对3D打印机运用熟练的学生提出更奇特的方案，即在3D打印过程中用“换线材”方法来实现。其构思是：在3D打印机工作前，事先精算好各区域所需线材的用量，待打印到适当位置时，将原本在打印机上用的PLA线材剪断，换上需要色彩的PLA线接上，直接在打印模型的过程中实现色彩的更换。大家你一言我一语，围绕3D彩色模型实现展开热烈讨论，并通过实践使自己的设想变成现实。

    妙引导：结合生活思应用，创意制造路宽广 ?与生活结合、与多学科知识融合，是3D打印由學到用、由用到创意实践的新阶段。如住校生有个梦想，即给公寓楼道灯做改造，除有智能开关功能外，希望每个楼道灯罩都有所居住学生体育专业特色造型，罩的色彩也应有变化，等等。这确是个好主意！可具体如何实施？在教师辅导下，学生进行了方案设计。

    1）灯罩。用3D打印来实现，在参考原有灯罩外形式样与尺寸的基础上，构建各自喜欢的3D灯罩模型，其中罩壁镂空处可用相应运动员造型图案来实现。

    2）色彩：根据学生偏好，可选用不同颜色PLA线实现，或通过直接给灯罩模型上色来解决。

    3）智能开关。直接选用市售的人体红外线智能感应开关或声光控延时开关来实现;结合所学的“Arduino创意智造入门”课程知识，运用Arduino开源系统平台，通过Arduino UNO主板、红外线传感器、继电器等器件自制智能控制小装置来完成。

    在各方支持与大家努力下，与学生日常生活密切相关的智能楼道灯STEM项目很快得到落实，他们亲手制作的作品随着一盏一盏楼道灯亮起，真切体会到跨学科知识融合运用的价值和意义。

    4 学训共享，开创体育优秀人才培育新思路

    培养合格的体育后备人才是苏州市振吴实验学校的育人宗旨。尽管在以往的田径、举重、击剑、赛艇、射击和球类等14个传统特色项目中（其中13个为奥运项目），学生已取得过令人瞩目的成绩，可时代在前进，科技在发展，体校生的教学训工作也应与时俱进，夯实广大学生科学文化基础知识，挖掘创造性潜能，培养有道德、有文化、有智慧的未来体育优秀人才，是全校师生共同追求的梦。运用STEM教育理念，共享教育资源，潜移默化地开展跨学科、跨学训的人才培养方式，让师生品尝到了其中的甘甜。

    如物理学科教师在介绍“力与运动”“简单机械和功”“机械能和内能”等内容时，常常联系学生体训活动，构建一个个小型的STEM项目，通过实验演示、微课件播放、训练场馆体验等方式，使学生感受到物理知识应用处处有，体训活动奥妙深，加深对体能训练要领的理解。如赛艇运动，为什么教练时常要求队员必须齐心协力、均衡用力使桨？同样的桨叶，为什么每个人把桨的位置会略有差异？射击时，为什么射手必须根据射击目标的远近及时修正瞄准器具标尺的高度？同样是跑步运动，短跑与长跑为什么对运动员的爆发力训练会有所差异？等等。通过一次次启发引导，把学生以往在训练过程中获得的感性认识渐渐上升到理性认识，实现学训互通、相互促进提高的目的。

    2016年参加第31届夏季奥运会的2009届毕业生李童是中国女排的陪练，他在巴西里约热内卢奥运会上录制的VR、智能穿戴和移动NFC支付“魔戒”等新科技应用视频给信息技术教师很大启示。教师结合物联网技术学习向学生介绍智能化技术在现代体育运动中运用，使大家耳目一新，构建的“智能化在体育训练中运用”STEM项目，让学生亲历了一次智能穿戴和电子标签等高新技术提高训练效率、提升训练质量的实践。有几位铁饼、标枪专业的学生还结合数学、物理学科知识自主开展投掷初速度与角度对铁饼、标枪运动成绩影响的实验分析，获得教练的好评。学以致用、学以思用、学以创用，构建起学校“学训并重”优秀体育人才培育的新思路。

    5 结语

    方兴未艾的STEM教育正如火如荼地在苏州市振吴实验学校各学科各专业教学中持续推进，相信它一定能够极大促进全校广大体育特长生综合潜能的发挥和体育运动水平的提高，愿STEM教育为他们插上理想的翅膀，在未来更茁壮地成长！