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摘要：STEM教育以科学与工程问题的课程为主线，为学生提供一系列有一定关联程度的学习经历的教育方式或教育模式.以开发的基于STEM的项目式学习案例“钻木取火”为例，阐述了STEM主题课程的开发设计、学习目标的确定、教学实践和教学反思等，重点展示了项目式学习实施的具体过程和遇到的困难以及突破的方法，以此说明：正是通过基于工程的项目式学习的过程，运用数学、科学的知识解决方案和技术达成目标，从而最终实现达到培养创新人才的根本目的.
关键词：STEM；项目式学习；钻木取火
基金项目：全国教育科学“十三五”规划课题，2017年度教育部重点课题“基于STEM的高中物理实验教学研究”（项目编号：DHA170401）.
作者简介：韩叙虹（1971-），女，教育硕士，中学特级教师，正高级教师，兼职教研员；硕士生导师、客座教授，“国培计划”课程专家，中央电视台科教频道栏目顾问和节目策划等.
研究方向：物理教学设计的实践和研究.
STEM是科学、技术、工程和数学四门学科的简写，它将原本分散的学科形成一个整体.与常规的分学科教学不同，STEM教学强调为学生提供逼近真实，且富有现实意義的问题情境，让学生通过自主学习、探究学习、合作式学习等学习方式，整合内化碎片化的、教科书式的知识，协作发展STEM素养.STEM教学强调将学生学习到的零碎知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程.笔者在从事学科教学之余，还兼任学校科技探索社团的辅导教师，指导学生开展物理研究性学习， 通过基于工程的项目式学习，运用数学、科学的知识解决方案，通过技术达成目标，来训练和培养学生的创新思维能力，从而最终实现达到培养创新人才的根本目的.
本文以开发的STEM的项目式学习的具体案例《钻木取火》为例，具体阐释基于STEM的项目式学习的教学实践和探索.
1案例背景分析
11开发缘由
笔者兼任中央电视台科教频道《走近科学》的栏目顾问，受邀担任2018年改版的新节目《解码科技史》的节目策划，新栏目要制作一期《谁发现了氧气》的节目，应央视编导的要求，节目中需要录制一段《钻木取火》视频，视频内容为现代人模仿古人进行钻木取火，这个科学实验的任务就落在了笔者及学校的科技探索社团的同学肩上.
12学习者分析
担任此次录制任务的学生系北京市某重点中学的科技探索社团的高二学生，他们学习基础好，物理学习能力强，基本掌握了初高中物理、化学等学科知识，在知识储备方面，完全能胜任完成“钻木取火”任务，且有科技背景，有较强的动手能力和解决实际问题能力.“纸上得来终觉浅”，笔者期待借助工程思想理念的项目式学习，让学生在实验的创新和设计能力上得到有效的锻炼，另一方面，通过项目式学习，让学生体会到科学的来之不易，即便是像“钻木取火”这样一个似乎毫不费劲的科学任务，但在实现的过程中仍艰辛无比，事实也证明如此.
2主题课程设计
21基于STEM的项目式学习的教学目标分析
科学知识层面，主要以高中物理力学知识和化学学科中有关燃烧的知识为依托，主要有：运用物理的运动与相互作用观念，对木棍进行受力分析和平衡条件的分析；运用物理的能量观念，分析钻木取火过程中的能量转化关系；分析燃烧的条件，经历完整的钻木取火的科学探究过程，培养解决实际问题的能力；学会与他人合作，合理分工、协作，共同完成学习任务.技术与工程层面，主要是经历信息的搜索和整合，进一步理解钻木取火的原理和燃烧的条件；从实际生活中，寻找合适的可燃物和可燃器材，利用学校的通用技术实验室的先进技术，自行研制钻木和钻木辅助装置等；而项目本身就是一个工程问题，工程问题及问题的解决都体现了问题驱动下的STEM理念.在数学层面上，将数学作为有效的测算工具，主要完成钻木辅助装置的参数计算，以及实现能量转换的精确测算等.
22主题课程的设计思路
本STEM的主题课程，以完成钻木取火的实验任务的项目式学习展开，以小组合作学习的方式，通过基于工程的学习，运用数学及科学探究，设计解决方案，亲自动脑动手，通过技术达成目标.
3主题课程的具体教学过程
31第一阶段：钻木取火原理释析和燃烧条件分析
（1）课题引入，播放网上野外生存短片——钻木取火.
旁白：用一根木棍，通过双手用力往复旋转，持续摩擦木板，不久接触处就会冒烟，木板燃起火星后，就得到火种，利用火种就可以引燃易燃品，从而完成钻木取火的过程.
（2）以小组竞争的形式，将参与实验的学生分成两小组，任命小组长，布置钻木取火的实验任务，准备时间为一周，一周后以比赛的形式，看哪一组先完成实验任务——生火.要求采取小组合作学习的方式，通过观看视频和网上检索等，了解钻木取火的原理及详细的取火步骤，制定本组的实验方案，准备实验器材.
（3）两小组展开热烈的探讨，统一小组意见，得出燃烧的3个关键条件：易燃品，氧气，摩擦达到着火点（即燃点），三个条件缺一不可.
（4）针对以上3个关键条件，小组设计实验方案.
设计意图：通过互联网强大的信息检索功能，分析钻木取火的原理以及针对取火步骤分析燃烧条件，探讨实验成功的关键点，继而再根据关键点开始设计实验方案，让学生体会要完成一个项目需要经历的一般流程，特别是从关键点切入是科学分解项目的依据和实验成功的保障.
32第二阶段：钻木工具的研制和准备
这个阶段历时1周，各小组学生在查找文献等参考资料的基础上，在运用物理知识进行受力分析和平衡条件分析之后，同学们还就怎样更容易燃烧，请教化学老师，化学老师给出的建议是：氧气是助燃气，一定要留一个进风口，既能让氧气进到里面，还能提高氧气的浓度，从而保证充分燃烧.
关键词：STEM；项目式学习；钻木取火
基金项目：全国教育科学“十三五”规划课题，2017年度教育部重点课题“基于STEM的高中物理实验教学研究”（项目编号：DHA170401）.
作者简介：韩叙虹（1971-），女，教育硕士，中学特级教师，正高级教师，兼职教研员；硕士生导师、客座教授，“国培计划”课程专家，中央电视台科教频道栏目顾问和节目策划等.
研究方向：物理教学设计的实践和研究.
STEM是科学、技术、工程和数学四门学科的简写，它将原本分散的学科形成一个整体.与常规的分学科教学不同，STEM教学强调为学生提供逼近真实，且富有现实意義的问题情境，让学生通过自主学习、探究学习、合作式学习等学习方式，整合内化碎片化的、教科书式的知识，协作发展STEM素养.STEM教学强调将学生学习到的零碎知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程.笔者在从事学科教学之余，还兼任学校科技探索社团的辅导教师，指导学生开展物理研究性学习， 通过基于工程的项目式学习，运用数学、科学的知识解决方案，通过技术达成目标，来训练和培养学生的创新思维能力，从而最终实现达到培养创新人才的根本目的.
本文以开发的STEM的项目式学习的具体案例《钻木取火》为例，具体阐释基于STEM的项目式学习的教学实践和探索.
1案例背景分析
11开发缘由
笔者兼任中央电视台科教频道《走近科学》的栏目顾问，受邀担任2018年改版的新节目《解码科技史》的节目策划，新栏目要制作一期《谁发现了氧气》的节目，应央视编导的要求，节目中需要录制一段《钻木取火》视频，视频内容为现代人模仿古人进行钻木取火，这个科学实验的任务就落在了笔者及学校的科技探索社团的同学肩上.
12学习者分析
担任此次录制任务的学生系北京市某重点中学的科技探索社团的高二学生，他们学习基础好，物理学习能力强，基本掌握了初高中物理、化学等学科知识，在知识储备方面，完全能胜任完成“钻木取火”任务，且有科技背景，有较强的动手能力和解决实际问题能力.“纸上得来终觉浅”，笔者期待借助工程思想理念的项目式学习，让学生在实验的创新和设计能力上得到有效的锻炼，另一方面，通过项目式学习，让学生体会到科学的来之不易，即便是像“钻木取火”这样一个似乎毫不费劲的科学任务，但在实现的过程中仍艰辛无比，事实也证明如此.
2主题课程设计
21基于STEM的项目式学习的教学目标分析
科学知识层面，主要以高中物理力学知识和化学学科中有关燃烧的知识为依托，主要有：运用物理的运动与相互作用观念，对木棍进行受力分析和平衡条件的分析；运用物理的能量观念，分析钻木取火过程中的能量转化关系；分析燃烧的条件，经历完整的钻木取火的科学探究过程，培养解决实际问题的能力；学会与他人合作，合理分工、协作，共同完成学习任务.技术与工程层面，主要是经历信息的搜索和整合，进一步理解钻木取火的原理和燃烧的条件；从实际生活中，寻找合适的可燃物和可燃器材，利用学校的通用技术实验室的先进技术，自行研制钻木和钻木辅助装置等；而项目本身就是一个工程问题，工程问题及问题的解决都体现了问题驱动下的STEM理念.在数学层面上，将数学作为有效的测算工具，主要完成钻木辅助装置的参数计算，以及实现能量转换的精确测算等.
22主题课程的设计思路
本STEM的主题课程，以完成钻木取火的实验任务的项目式学习展开，以小组合作学习的方式，通过基于工程的学习，运用数学及科学探究，设计解决方案，亲自动脑动手，通过技术达成目标.
3主题课程的具体教学过程
31第一阶段：钻木取火原理释析和燃烧条件分析
（1）课题引入，播放网上野外生存短片——钻木取火.
旁白：用一根木棍，通过双手用力往复旋转，持续摩擦木板，不久接触处就会冒烟，木板燃起火星后，就得到火种，利用火种就可以引燃易燃品，从而完成钻木取火的过程.
（2）以小组竞争的形式，将参与实验的学生分成两小组，任命小组长，布置钻木取火的实验任务，准备时间为一周，一周后以比赛的形式，看哪一组先完成实验任务——生火.要求采取小组合作学习的方式，通过观看视频和网上检索等，了解钻木取火的原理及详细的取火步骤，制定本组的实验方案，准备实验器材.
（3）两小组展开热烈的探讨，统一小组意见，得出燃烧的3个关键条件：易燃品，氧气，摩擦达到着火点（即燃点），三个条件缺一不可.
（4）针对以上3个关键条件，小组设计实验方案.
设计意图：通过互联网强大的信息检索功能，分析钻木取火的原理以及针对取火步骤分析燃烧条件，探讨实验成功的关键点，继而再根据关键点开始设计实验方案，让学生体会要完成一个项目需要经历的一般流程，特别是从关键点切入是科学分解项目的依据和实验成功的保障.
32第二阶段：钻木工具的研制和准备
这个阶段历时1周，各小组学生在查找文献等参考资料的基础上，在运用物理知识进行受力分析和平衡条件分析之后，同学们还就怎样更容易燃烧，请教化学老师，化学老师给出的建议是：氧气是助燃气，一定要留一个进风口，既能让氧气进到里面，还能提高氧气的浓度，从而保证充分燃烧.