学科课程怎样和创客或STEM教育结合起来

陈染

为了说明创客教育和STEM教育内容选择的问题，我们在前面的文章中列举了不少案例，这些案例都将创客视为一个专门的课程开展。除了将创客教育和STEM教育作为一个专门的课程开展，我们更可以将创客教育和STEM教育与现有的学科教育结合起来，用创客的方法改变学科课程的开展方式。

新课改要求教师的教学从“以教育者为中心”向“以学生为中心”转变，“从教会知识”向“教会学习”转变，从“重结论轻过程”向“重结论的同时更重过程”转变，从“关注学科”向“关注人”转变。这与创客教育和STEM教育的理念不谋而合。创客教育和STEM教育的理念要求教师的角色从单向知识的传播者转变为引导者，学生从知识的被动学习者成为主动探索者;课程不会直接传授已有的知识，学生要通过动手制作构建起对知识的理解;教育的内容不仅是学科内的知识，更重要的是学生的综合能力和素质得到长足进步。这正是新课改中“三个转向”理念的体现，为创客教育或STEM教育与学科教育提供了理论可行性。

怎样选择创客教育与学科教育结合的题材呢？我们可以从新课标的课本中找到答案。新课标更强调探究活动在教学中的重要性，许多新课标的课本会在每一单元之后加上一个“问题探究”环节，这个环节通常会介绍一个与单元知识和现实生活紧密相关的问题或现象，并为学生开展课程提供参考思路，包括识别问题、搜集材料、讨论研究、解决问题等思路。这为我们将学科教育与创客或STEM教育结合提供了丰富的题材，科技教师可以根据以“问题探索”为主题开展活动，也可以自己设计主题，开展独具特色的创客或STEM教育。

笔者与多位教师进行了STEM课程讨论，讨论的主题分别是“未来的海上城市”和“超级火山大危机”。在此前的专栏文章中，我们从科学幻想的角度分析了“未来的海上城市”开展方法，这里我们重点从学科课程的角度分析这2个案例，抛砖引玉，为科技教师提供思路和参考。

地理课可以说是最能够与“未来的海上城市”和“超级火山大危机”活动结合起来的学科了。“未来的海上城市”适合与高中《地理》（选修2）“海洋地理”结合起来，而“超级火山大危机”则适合与高中《地理》（必修1）中“地表形态塑造”的内容相结合，这两个内容都非常适合作为这门课程的拓展活动。

首先，无论是科幻感十足的未来海上城市还是末日感的超级火山大危机，在设计与学科课程相结合的活动中，我们首先要创设一个真实情境，并从真实情境出发，理解我们面临的真实挑战或问题，这样最终的解决方案才能具备现实指导意义。

我们为“未来的海上城市”设计的真实情境是在全球变暖得不到遏制的情况下，海平面快速上升，对沿海城市生存形成了威胁。为了应对威胁，人们决定向大海索取土地，建设漂浮在海面上的城市。为了构建更加真实的情景，我们通过材料阅读，认识科学家关于“在20世纪初，海平面上升了20厘米，而到了2100年，海平面预计上升65厘米”的推断。但仅仅有资料阅读是不够的，由于缺乏对这个问题的深入认识，学生很难理解海平面上升65厘米意味着什么。我们可以通过Flood Map等模擬软件，模拟海平面上升将会淹没哪些地方。在动手调整数据的过程中，当我们从模拟软件中发现我们的城市由于海平面上升得不到遏制而被淹没时，比任何数据都来得直接而震撼。

而在“超级火山大挑战”的课程中，我们需要设计一个真实情境，帮助学生认识超级火山严重的全球影响。我们以英国画家威廉·透纳的一幅画作《奇切斯特运河》作为引入，这幅画作描绘了18世纪英国鲜艳的天空，然而透纳不知道的是，这片美丽的天空却是离英国半个地球外的印度尼西亚松巴哇岛的坦博拉火山爆发造成的。在画作完成后的几年，灾难性的天气席卷了全球，那一年的北半球没有夏天，大面积农作物死去，造成了严重的饥荒，在欧洲，大约有20万人因坦博拉火山造成的饥荒而死，而在中国云南等地区，大规模的饥荒也间接导致了清朝的衰亡。通过真实的历史故事认识超级火山爆发的严重后果，帮助我们意识到做好火山持续监测的重要性，进而作好应对策略。

其次，与独立的创客教育或STEM教育不同，与学科课程结合起来的活动更要强调与知识点的结合，我们可以通过知识讲解或资料搜集的方式让学生了解其涉及的背景知识。虽然，这种课程活动必然以学科知识作为主要内容，但由于创客教育和STEM教育很强调跨学科的特征，我们要强调和认识的知识点往往是综合性的。这也意味着教师不仅要具备本学科的知识，更要有广阔的视野，对其他学科的内容也要有所涉猎。

“未来的海上城市”涉及的知识以海洋地理和城市规划为主，同时也有能源，受力等物理知识和概念，其中的大多数知识点我们也可以在课本中找到。例如，建造海上城市，一定要考虑海洋的运动会对城市造成怎样的影响，这就要求我们对海洋的潮汐、洋流、灾害对城市的影响有基本的认识;设计海上城市，我们应该以陆地上的城市作为参考，了解海上城市应具备哪些基本功能，跟陆地上的城市有什么不一样，这需要有城市规划方面的知识;海面波涛起伏，设计什么形状的城市才能让它如陆地般平稳，这需要物理学方面的知识。

“超级火山大危机”的主要知识点是地质学，同时也会涉及一些化学和信息技术的内容。例如，超级火山具有什么样的结构，它的地质情况是怎样的;超级火山即将喷发的时候，会产生哪些我们可以检测到的物质变化;我们怎样通过化学方式检测物质变化，并通过信息技术手段体现出来……这些都是知识综合性的体现。值得一提的是，如果只为体现基本的火山地质知识，我们可以让学生做出火山模型教具，用瓶子、陶泥、纱布等展现出火山口、火山锥、上升通道等地理信息，让学生在动手制作中培养对于火山的基本认识。

第三，与传统的学科教学不同，创客教育或STEM教育是从问题出发，分析问题，发挥创意解决真实问题，这意味着对学生的创新能力提出了更高的要求。科技教师可以通过诸多创意的展示，引导和鼓励学生从不同角度思考，提出自己的方案。

在“未来的海上城市”课堂中，我们分析了众多工程师设计的海上城市模型。有的城市模型如一片荷叶，有的如一艘巨轮，还有的可以模块化地拆分。不同的创意展现出工程师对于海上城市不同功能的思考，有的工程师希望城市有强大而集中的生产生活功能，这需要巨大的面积，所以他把海上城市设计成荷叶状;有的工程师希望海上城市具备良好的机动性，能够与陆地城市快速连接，所以他把海上城市设计成巨轮状;而有的工程师希望海上城市应满足每个人自由生活的需求，尽可能减少不必要的损耗，因此他把城市设计成模块化。这种分析能帮助学生对自己将要设计的作品有更深刻的认识。

“超级火山大危机”课程中，我们展示了几种不同类型的火山，并且展示了多种不同的火山预警系统。在这个环节中，学生要意识到问题解决的思路不是唯一的，每一种解决方法都有它的优势、局限性和适用条件。学生在开始制作前需要对自己将要面对怎样一座火山，选择怎样的预警方法有明确的定位。

最后是制作和交流展示环节。通过前面几个环节的铺垫，学生已经对知识有了较为深入的了解，明确自己要解决的是什么问题，并提出自己的解决方案。制作环节不意味着我们一定要做出海上城市或者火山监测站的模型出来（能做出来当然更好），在形式上，我们可以不拘一格，科幻画、工程项目书、说明文等都是很好的载体，教师可以根据自己的实际情况进行选择。

通过创客或STEM活动，学生将成为自己的老师，主动学习和建构起自己对于学科的理解和认识，从而激发学习的兴趣，改变课堂教学。