STEM课程中学生工程思维培养的教学设计
◇卫 巍 （江苏：苏州市城东中心小学校）
近几年，课程改革不断兴起，STEM 教育课程也在小学校园内如雨后春笋般 开展起来。STEM 课程可以将基础科学 技术与工程学科以及数学学科有机融合 起来，进而实现激发学生的学习积极性、 提高教学效果与教学质量的目的。本文 从小学 STEM 课程与学生工程思维的培 养出发，就如何在小学STEM课程中更加 有效地培养学生的工程思维提出几点教 学建议。 小学 STEM 课程实际上就是通过将 技术科学、工程数学等几门基础学科综 合起来，将传统教学模式转变为建立在 项目的学习、问题的探索、工程方案的设 计等环节上的一种教学内容与教学模 式。工程思维的培养一直是各类学校设 计STEM课程的核心目标，而且在当今万 众创新的社会背景下，工程思维早就被视作优秀才必备的一种逻辑思维能力。
一、STEM课程与工程思维
STEM具体来看，分别指的是Science （科学）、Technology（技术）、Engineering （工程）以及 Mathematics（数学）四大方 面。在小学STEM课程的设置上，将教学 内容按照这四个方面分成了科学学科、 技术学科、工程学科以及数学学科四大 板块。具体到日常的教学内容上，STEM 课程侧重于强调将这四门学科有机整合 为一门课程，强调四门学科以一个整体 的形式出现在课堂教学中。而所谓的工 程思维，简而言之，就是指在人们进行工 程设计以及工程研究等活动中所形成的 一种具有一定创新性的独特思维方式： 一方面工程思维必须按照一定的计划与 规定来进行；另一方面，工程思维是一种 专业化的思维模式，必然存在一定的复 杂性以及系统性。
二、结合 LBD 教学理论进行STEM 课程教学模型设计
LBD 教学理论也就是 Learn by De⁃ sign的意思，主要是以设计作为课程开展 的基础，将一定的实物或者模型作为课 程的最终成果，让学生在回忆与充分调 动、利用所学知识的基础上，做出相关的 设计方案并贯彻实施。小学阶段的学生 已经初步具备一定的语言表达能力与抽 象思维能力，并且相对来说，这个年龄段 的学生无论是求知欲还是好奇心都比较 强，善于在老师的引导与启发下不断发 散自己的思维，从而产生自己独特的观 点与见解。因此，老师在开展STEM课的 过程中，可以充分利用学生的这一特点， 并结合 LBD 教学理论，通过为学生设置 合理的设计任务与设计计划，带领与指 导学生独立自主地完成学习任务。
比如，鉴于当前小学STEM课程的具 体开展情况，老师可以选择比较新颖又 比较容易吸引学生注意力的“用纸造一 座桥”为实际的教学实施项目。该类 STEM 课程的教学模型主要包含情境创 设与提出问题、设计实施、评价交流等三 个部分。首先，老师要主动为学生创设 一个教学情境，比如，可以结合苏州经典 园林拙政园里的小飞虹廊桥，让学生以 “欣赏古典之美”为主题进行纸桥设计。 老师在授课过程中，还要注意结合投影 仪与多媒体等电子设备，先向学生简要 介绍相关的概念，并且在学生自主完成 设计任务的过程中，老师可以通过播放 相关的古典园林与古典桥梁主题歌曲与 音频资料，进一步为学生营造更加融洽 的学习情境。其次，学生在课程设计过 程中独立解决问题也就是完成“纸桥设 计”作品的过程，这个过程也是培养学生 自主分析问题、解决问题的过程，对于学 生工程思维的培养至关重要。最后，必 不可少的是评价与交流。学生在课程结 束之前，需要将自己的作品，也就是完成 的纸桥，向大家展示，由其他小组或者学 生进行点评与交流。老师在学生分享成 果的过程中，要适时提出针对性的修改 建议，帮助学生及时积累经验。通过这 样的教学模式，不仅可以培养学生的工 程思维能力，还可以帮助学生掌握一些 基本的日常技能，提高学生的创新意识。
三、结合乐高教育建立乐高 STEM 课程教学模式
乐高课程的核心教学理念就是鼓励 学生手脑结合，既动手又动脑地去解决 一些现实问题，进而让学生通过学习不 断发展自己的思维与意识。该理念与 STEM 课程教育中所主张的让学生通过 跨学科综合式的学习、在学习过程中通 过小组协作与自主动手培养创新意识等 基本教学理念也是一致的。因此，在 STEM课程教学中加入乐高教育元素，一 方面可以进一步提高小学 STEM 课程的 创新性、前沿性以及科学性，更重要的 是 ，以 乐 高 教 育 为 载 体 ，可 以 有 效 为 STEM 的课程开展提供更加专业的软件 硬件设施以及课程设计方案等教学资 源，既可以提高小学STEM课程的教学效 果，又可以在一定程度上减轻老师独立 进行课程设计的压力。
比如，在进行STEM课程中与小学科 学相关内容的教学过程中，老师可以将 小学阶段的趣味乐高游戏，也就是“乐高 一起搭”，结合起来，进行综合教学。以 课程内容中的“杠杆的科学”与“斜面的 作用”等内容为例，小学阶段的学生对于 物体之间的力学关系以及不同几何之间 的空间关系都还处于初步感知与简要认 识的阶段，因此老师在开展相关STEM课 程的时候，要尽量避免枯燥的符号化与 机械化教学，更多的是要引导学生进行 有意义的探索。通过结合“乐高一起搭” 这个小游戏，可以先让学生通过乐高玩 具之间作用力的变化，从多个方向观察 存在于几何物体之间的力学的变化，逐渐提高学生对于力学与杠杆知识的认识；其次，还可以让学生通过乐高搭建进 行简单的斜面实验。通过组合不同的乐 高玩具，搭建不同角度的斜面，并借助物 体从不同斜面上下滑的速度，进而感知 不同斜面的作用，帮助学生加深对斜面 知识的理解。通过这种方式，学生在学 习中获得了更多的动态感受，并且在一 种轻松愉快的氛围中增强了学生对小学 科学学科与STEM课程的学习兴趣，也在一定程度上提高了学生应用所学知识解 决实际问题的能力。
综上所述，从教育层面来看，工程思 维应该贯彻落实到每一个不同的教育阶 段，要从小就借助STEM课程的教学与开 展，有意识地去培养学生理解和体会工 程思维对于社会与个人的影响，从而帮 助学生从小就储备应对各种复杂问题的 综合能力。■