基于项目式学习的 STEM 课程开发与实践研究

教育的现代化进程呼唤跨领域知识能力与问题解决。STEM 提倡科学、技术、工程、数学等不同学科领域的融合，项目学习则鼓励学生学会并执行、发现学习。STEM 学习、节能小屋则是二者融合的创新思维与方法课程。

一、课程理念与目标定位

STEM 学习·节能环保小屋以节能环保为主题开展 STEM 教育，打破“学科分割”的壁垒，用综合多学科知识来解决实际问题，解决实际生活中的真实情景中的问题，目标为实现跨学科内容的整合：打破科学、技术、工程、数学（STEM）等学科之间的界限，整合各种知识；立足于解决真实生活中的问题：以真实生活中的环境保护、低碳活动以及节能减排为主题；培养学生在该课程内容中的亲自动手操作能力：引导学生自主探究节能环保小屋的设计和制作过程；遵循学生的个人化学习路径：为学生创造差异化、多元化课程的学习路径，促进学生参与该课程学习[1]。

二、课程框架设计

STEM 课程项目以“节能小屋”为主题，分为以下几个大单元：能源与环境：了解能源相关知识、环境知识，熟悉节约能源、保护环境的重要性；建筑结构原理：了解建筑基本结构知识点，如力学、建筑材料特性、稳定性、平衡性等等；数据分析方法：如建筑能耗计算分析、材料成本分析、经济效益分析等；创新设计：设计思维方法、问题解决策略、创意方法；针对“节能小屋”主题，利用项目式学习课程教学方法进行教学[2]。

三、课程实施策略

（1）教师提出问题：“你认为如何设计节能环保小屋？”并且让学生明确项目背景与问题[3]。学生结合自己的兴趣爱好自由结合成 4～5 人的项目小组，并且确定自己组内的角色和分工。每个小组列出设计这一节能环保小屋的项目计划表，包含任务、时间、负责人等。

（2）学生根据自己所要设计的节能环保小屋，学习相关的知识与信息，具体包括以下几个方面。科学方面：热传导知识、光能与热能的相互转化、空气对流等；技术方面：节能材料、微小太阳能、微型风机、智能系统控制技术等；工程方面：建筑结构、建筑空间布局、施工工艺等；数学方面：面积、比例缩放、数据分析等。

（3）组内同学互相帮助，完成以下几项内容，诸如学生对节能环保小屋的项目设计图，标出相关的参数与长度；选择所需要的具体材料，需要进行考虑的问题是选择的材料是否环保，是否成本低廉与可行性如何；对所设计的小屋进行制作，根据自己的设计方案，动手制作出所设计的节能环保小屋，完成制作的小屋时，是否遇到过困难，解决的方法与问题等；在小屋制作完成后，对所制作的节能环保小屋进行相关方面的测试：测试小屋的整体结构，看看是否稳定；测试节能环保小屋在所设计的各类条件下的温度变化：包括保温的性能测试；对节能环保小屋进行综合的效果评估，所制作的小屋是否综合运用太阳能、风力等能量，进行全方位、多角度的思考与研究，是否整体运用这些节能环保小屋，测试小屋是否对环境不具有危害。

（4）为了实现项目成功，教师要始终给予学生较大的帮助和指引。第一，教师要帮助学生前期调研现代绿色建筑设计的知识，收集关于现代绿色建筑设计内容，如被动式设计节约能量、可再生能源设计和技术选择、材料可持续使用等方面的相关理念和措施，并通过教师进行专题讲座或者带领学生现场参观，让学生掌握初步设计的知识，以便前期设计奠定基础。第二，设计时要使用计算机辅助设计软件，绘制出三维真实度较高的准确图样，并进行能源初步分析和环境影响评价。设计方案应该考虑建筑朝向、自然光照明、自然通风等因素，尽量降低对资源的使用；每组要建立材料清单以及项目预算计划，并且做可行性报告；第三，材料采购时，教师要协助学生联系当地的环境友好材料供应商或者废物回收站，获得可用的绿色材料并建立材料评估程序，从原材料获取、生产制造、使用寿命及最终处置等多个方面研究材料所产生的环境影响问题。重点分析材料的危险度、再循环以及在地性；第四，制作过程教师要给学生提供必要的器材和安全措施，并保证学生在安全的环境下工作，在制作过程可以让他们写下关键时刻的决定和难懂的技术细节，记录项目实施过程的日志；面对学生小组出现的共同问题，组织进行小组会议和解决方案沟通交流，以减少项目小组间的学习阻碍。最后，测试环节，教师要引导学生制定合理测试方法与评价体系。可以通过专业的测试手段进行，如采用热成像仪、照度表、测风仪等测试工具记录客观数据。测试结果要制成图表以供对比，也可以召集相关领域专家进行评测，给出意见。

四、课程评价体系

评价以多元立体评价体系为主：评价知识掌握；评价技能应用；评价过程表现；评价成果质量，即知识掌握——评价学生对 STEM 相关知识的了解与运用；技能应用——评价学生动手制作能力、协同合作等能力；过程表现——评价学生参与情况、表现主动积极及解决问题的态度；成果质量——评价节能小屋模型的创新性、实用性和美观性。

定性和定量相结合：学生自评——项目日志和反思报告；小组互评——组内评价和组间评价；教师评价——过程观察评价及成果评价；专家评价——专家对学生项目成果的点评。

五、教学实践效果

案例“《STEM 学习节能小屋》课程”实践过程的分析结果，学生在课程项目实施中均表现出极大的学习激情和主动性，课程结束后学生的 STEM 学科知识的理解深度、动手能力及创新思维能力提高明显，团队协作效率得到显著提升，学生关于能源利用、环境保护方面的意识明显提升[4]。

结语

“STEM 学习”课程案例开发与实践——节能小屋的案例表明，在项目式学习模式结合 STEM 理念的基础上形成了有效的学习策略，在多个学科知识的结合中渗透了“知行合一”的教育理念，同时培养学生综合运用所学知识进行问题解决的能力。今后不断完善“STEM 学习”课程案例，提升课程的应用能力，为基础教育教学课程改革提供依据。

参考文献：

[1]樊秋瑜,徐彩霞,林长春.基于项目式学习的 STEM 课程开发研究[J].湖北教育,2024(1):81-85.

[2]许杨秋.表现性评价在小学综合实践活动课程项目式学习中的应用以“普及植物知识”为例[J].名师在线(中英文),2025,11(4):4-5.

[3]陆燕.践行陶行知“生活教育”思想,开发“融合式”劳动教育课程——以“屋顶农场”项目式学习为例[J].陶行知学刊,2024(3):100-102.

[4]王可燕.项目式学习下小学综合实践活动校本课程的开发与实施[J].中国科技经济新闻数据库教育,2024(11):009-012.