2024年中小學(xué)生STEM探究活動(dòng)方案：跨學(xué)科融合的實(shí)踐路徑與實(shí)施指南一、方案引言STEM教育作為跨學(xué)科融合的核心路徑，旨在通過(guò)科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的有機(jī)整合，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力、創(chuàng)新思維、實(shí)踐動(dòng)手能力及跨學(xué)科思維素養(yǎng)，符合《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》中“素養(yǎng)導(dǎo)向、綜合育人”的改革方向。2024年中小學(xué)生STEM探究活動(dòng)以“生活中的問(wèn)題·跨學(xué)科的解決”為主題，聚焦學(xué)生身邊的真實(shí)場(chǎng)景，通過(guò)“提出問(wèn)題—設(shè)計(jì)方案—實(shí)踐探究—總結(jié)反思”的流程，推動(dòng)學(xué)生從“知識(shí)學(xué)習(xí)者”向“問(wèn)題解決者”轉(zhuǎn)變。二、活動(dòng)設(shè)計(jì)原則1.**真實(shí)性**：基于學(xué)生生活場(chǎng)景選擇與學(xué)生日常學(xué)習(xí)、生活密切相關(guān)的問(wèn)題（如教室采光優(yōu)化、校園垃圾分類、家庭節(jié)水方案），讓學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，增強(qiáng)活動(dòng)的代入感與實(shí)用性。2.**跨學(xué)科性**：體現(xiàn)STEM融合邏輯每個(gè)活動(dòng)需覆蓋至少3個(gè)STEM領(lǐng)域，例如：科學(xué)（S）：探究問(wèn)題的底層原理（如“為什么不同材質(zhì)的橋梁承重能力不同？”）；技術(shù)（T）：運(yùn)用工具或技術(shù)手段（如用傳感器測(cè)量光照強(qiáng)度、用編程軟件分析數(shù)據(jù)）；工程（E）：設(shè)計(jì)解決方案（如制作節(jié)能裝置、優(yōu)化流程）；數(shù)學(xué)（M）：通過(guò)統(tǒng)計(jì)、建模等方法量化分析（如用折線圖展示溫度變化、用方程計(jì)算材料用量）。3.**梯度性**：適配不同學(xué)段認(rèn)知水平小學(xué)（1-3年級(jí)）：以“感知-操作”為主，活動(dòng)主題簡(jiǎn)單、具象（如“種子的旅行”“我的小花園”），注重培養(yǎng)觀察能力與動(dòng)手能力；小學(xué)（4-6年級(jí)）：以“探究-設(shè)計(jì)”為主，活動(dòng)主題涉及變量控制與簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)（如“怎樣讓雞蛋摔不碎？”“家庭垃圾減量方案”），注重培養(yǎng)邏輯思維與問(wèn)題解決能力；中學(xué)（7-9年級(jí)）：以“工程-創(chuàng)新”為主，活動(dòng)主題強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性與創(chuàng)新性（如“校園太陽(yáng)能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“智能澆花裝置制作”），注重培養(yǎng)工程思維與創(chuàng)新能力。4.**開放性**：鼓勵(lì)自主探究活動(dòng)不設(shè)固定答案，允許學(xué)生提出不同的解決方案（如“設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，可用筷子、吸管或冰棒棍等材料”），注重過(guò)程性體驗(yàn)而非結(jié)果的唯一性。三、活動(dòng)實(shí)施流程階段1：選題與規(guī)劃（1-2周）目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，制定探究方案。實(shí)施步驟：1.問(wèn)題來(lái)源：通過(guò)“頭腦風(fēng)暴”“生活觀察日記”等方式，讓學(xué)生提出感興趣的問(wèn)題（如“為什么教室后面的同學(xué)看不清黑板？”“怎樣讓家里的植物不用天天澆水？”）；2.問(wèn)題篩選：教師引導(dǎo)學(xué)生從“科學(xué)性、可行性、實(shí)用性”三個(gè)維度篩選問(wèn)題（如排除“永動(dòng)機(jī)制作”等不科學(xué)的問(wèn)題，選擇“教室采光優(yōu)化”等可操作的問(wèn)題）；3.方案設(shè)計(jì)：學(xué)生以小組（3-5人）為單位，制定探究方案，內(nèi)容包括：探究目標(biāo)（如“探究不同窗簾材質(zhì)對(duì)教室采光的影響”）；變量控制（如“保持窗戶大小、時(shí)間不變，改變窗簾材質(zhì)”）；材料工具（如光照傳感器、不同材質(zhì)的窗簾、記錄表格）；實(shí)施步驟（如“測(cè)量不同窗簾下的光照強(qiáng)度→記錄數(shù)據(jù)→分析結(jié)論”）。階段2：探究與實(shí)踐（3-4周）目標(biāo)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)、制作、調(diào)查等方式，落實(shí)探究方案，收集數(shù)據(jù)。實(shí)施要點(diǎn)：小學(xué)段：教師需提供具體的操作指導(dǎo)（如“如何使用光照傳感器？”“怎樣記錄數(shù)據(jù)？”），確保學(xué)生能順利完成探究；中學(xué)段：教師可適當(dāng)放手，讓學(xué)生自主解決問(wèn)題（如“如何設(shè)計(jì)智能澆花裝置的電路？”“怎樣測(cè)試太陽(yáng)能板的效率？”），培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力；安全保障：提前檢查材料的安全性（如避免使用尖銳物品、有毒材料），制定安全預(yù)案（如遇觸電、受傷等情況的處理流程）。階段3：展示與交流（1周）目標(biāo)：分享探究成果，提升表達(dá)與溝通能力。實(shí)施形式：成果展示：學(xué)生以小組為單位，通過(guò)海報(bào)、模型、PPT、實(shí)驗(yàn)演示等方式展示成果（如“我們?cè)O(shè)計(jì)的家庭垃圾分類裝置”“校園太陽(yáng)能路燈的測(cè)試結(jié)果”）；交流互動(dòng)：設(shè)置“提問(wèn)環(huán)節(jié)”，讓其他小組或教師提出問(wèn)題（如“你們的裝置能承受多少重量？”“為什么選擇這種材質(zhì)？”），培養(yǎng)批判性思維；評(píng)價(jià)反饋：采用“多元評(píng)價(jià)”方式（自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)），評(píng)價(jià)維度包括：科學(xué)性（探究過(guò)程是否符合科學(xué)邏輯）；創(chuàng)新性（解決方案是否有新意）；實(shí)用性（成果是否能解決實(shí)際問(wèn)題）；合作性（小組分工是否合理，成員是否積極參與）。階段4：反思與拓展（1周）目標(biāo)：總結(jié)探究經(jīng)驗(yàn)，拓展探究深度。實(shí)施步驟：1.反思總結(jié)：學(xué)生通過(guò)“探究日記”“小組反思會(huì)”等方式，總結(jié)探究過(guò)程中的收獲與不足（如“我們的裝置雖然能節(jié)水，但不夠美觀”“下次探究時(shí)要更仔細(xì)地控制變量”）；2.拓展延伸：教師引導(dǎo)學(xué)生將探究成果應(yīng)用到實(shí)際生活中（如“把設(shè)計(jì)的垃圾分類裝置放在家里使用”“向?qū)W校提出教室采光優(yōu)化的建議”），或提出新的探究問(wèn)題（如“如果改變太陽(yáng)能板的角度，效率會(huì)提高嗎？”）。四、具體活動(dòng)案例設(shè)計(jì)案例1：小學(xué)（4-6年級(jí)）——“家庭垃圾減量方案探究”主題背景：隨著生活水平的提高，家庭垃圾產(chǎn)生量逐年增加，如何減少家庭垃圾成為亟待解決的問(wèn)題。探究目標(biāo)：科學(xué)（S）：了解家庭垃圾的種類與來(lái)源；技術(shù)（T）：用手機(jī)APP記錄垃圾產(chǎn)生量；工程（E）：設(shè)計(jì)家庭垃圾減量方案；數(shù)學(xué)（M）：統(tǒng)計(jì)分析垃圾數(shù)據(jù)，計(jì)算減量效果。實(shí)施步驟：1.數(shù)據(jù)收集：學(xué)生用“垃圾分類APP”記錄家庭一周的垃圾產(chǎn)生量（如干垃圾、濕垃圾、可回收物的重量）；2.問(wèn)題分析：通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，找出家庭垃圾的主要來(lái)源（如“我們家的濕垃圾占比60%，主要是剩菜剩飯”）；3.方案設(shè)計(jì)：小組討論設(shè)計(jì)減量方案（如“剩菜剩飯用來(lái)喂貓”“快遞盒做成收納盒”“減少使用一次性用品”）；4.實(shí)踐測(cè)試：按照方案實(shí)施一周，記錄垃圾產(chǎn)生量的變化；案例2：中學(xué)（7-9年級(jí)）——“校園智能澆花裝置設(shè)計(jì)”主題背景：校園里的花卉需要定期澆水，但人工澆水效率低、易遺漏，設(shè)計(jì)一款智能澆花裝置可以解決這一問(wèn)題。探究目標(biāo)：科學(xué)（S）：了解植物的需水規(guī)律（如“不同植物的澆水頻率有什么不同？”）；技術(shù)（T）：運(yùn)用傳感器（濕度傳感器、溫度傳感器）、單片機(jī)（如Arduino）、水泵等制作智能裝置；工程（E）：設(shè)計(jì)裝置的電路、結(jié)構(gòu)與程序；數(shù)學(xué)（M）：通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳的澆水閾值（如“當(dāng)土壤濕度低于30%時(shí)，啟動(dòng)水泵澆水”）。實(shí)施步驟：1.需求分析：調(diào)查校園花卉的種類（如月季、綠蘿、多肉），了解它們的需水規(guī)律（如“多肉每周澆水1次，月季每3天澆水1次”）；2.方案設(shè)計(jì)：繪制裝置的電路圖（如濕度傳感器連接單片機(jī)，單片機(jī)控制水泵）、結(jié)構(gòu)示意圖（如裝置固定在花盆上，水管連接水泵與花盆）；3.制作與調(diào)試：購(gòu)買或收集材料（如Arduino單片機(jī)、濕度傳感器、水泵、電池），制作裝置并調(diào)試程序（如“設(shè)置濕度閾值為30%，當(dāng)濕度低于30%時(shí)，水泵啟動(dòng)10秒”）；4.測(cè)試與優(yōu)化：將裝置放在校園的花盆中，測(cè)試其效果（如“是否能準(zhǔn)確檢測(cè)土壤濕度？”“澆水是否適量？”），根據(jù)測(cè)試結(jié)果優(yōu)化裝置（如“增加溫度傳感器，調(diào)整澆水頻率”）；5.成果展示：展示智能澆花裝置的制作過(guò)程與測(cè)試結(jié)果，介紹其工作原理與優(yōu)勢(shì)（如“節(jié)省人工、精準(zhǔn)澆水、避免積水”）。五、評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)1.**過(guò)程性評(píng)價(jià)**（占60%）探究日記：記錄探究過(guò)程中的問(wèn)題、思考與收獲（如“今天我們測(cè)試了裝置，發(fā)現(xiàn)水泵的壓力不夠，需要換一個(gè)更大的水泵”）；小組分工記錄：記錄小組成員的分工（如“小明負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)電路，小紅負(fù)責(zé)調(diào)試程序，小剛負(fù)責(zé)測(cè)試裝置”）；問(wèn)題解決記錄：記錄探究過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法（如“我們遇到了傳感器數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是接線松動(dòng)了，重新接好后就好了”）。2.**結(jié)果性評(píng)價(jià)**（占40%）成果質(zhì)量：評(píng)價(jià)成果的科學(xué)性、創(chuàng)新性與實(shí)用性（如“智能澆花裝置是否能準(zhǔn)確檢測(cè)土壤濕度？”“是否能解決校園澆花的問(wèn)題？”）；表達(dá)與溝通：評(píng)價(jià)學(xué)生的展示與交流能力（如“是否能清晰介紹成果的工作原理？”“是否能回答其他小組的問(wèn)題？”）；拓展應(yīng)用：評(píng)價(jià)成果的應(yīng)用價(jià)值（如“是否能推廣到家庭或社區(qū)？”“是否能提出進(jìn)一步改進(jìn)的建議？”）。3.**評(píng)價(jià)工具**小學(xué)段：采用“成長(zhǎng)記錄冊(cè)”，包括探究日記、照片、作品等，用“星星”或“笑臉”評(píng)價(jià)；中學(xué)段：采用“評(píng)分表”，包括科學(xué)性（20分）、創(chuàng)新性（20分）、實(shí)用性（20分）、合作性（20分）、表達(dá)性（20分），總分100分。六、保障措施1.**師資保障**教師培訓(xùn)：組織STEM教師參加培訓(xùn)（如“跨學(xué)科探究活動(dòng)設(shè)計(jì)”“Arduino編程”“傳感器使用”），提升教師的STEM教育能力；專家支持：邀請(qǐng)高校或科研機(jī)構(gòu)的專家、企業(yè)工程師、家長(zhǎng)志愿者參與活動(dòng)（如“邀請(qǐng)環(huán)保專家給學(xué)生講垃圾分類的知識(shí)”“邀請(qǐng)電子工程師指導(dǎo)學(xué)生制作智能裝置”）。2.**材料保障**學(xué)校提供：利用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室、科技活動(dòng)室等資源（如實(shí)驗(yàn)器材、工具、材料）；學(xué)生自帶：鼓勵(lì)學(xué)生使用身邊的材料（如飲料瓶、筷子、吸管、舊報(bào)紙），減少成本；社會(huì)資助：爭(zhēng)取企業(yè)或社區(qū)的支持（如贊助電子元件、工具等）。3.**安全保障**材料檢查：提前檢查材料的安全性（如避免使用尖銳物品、有毒材料）；操作指導(dǎo)：教師需向?qū)W生說(shuō)明操作規(guī)范（如“使用電鉆時(shí)要戴手套”“不要觸碰電池的正負(fù)極”）；應(yīng)急預(yù)案：制定安全預(yù)案（如遇觸電、受傷等情況，立即停止活動(dòng)，聯(lián)系校醫(yī)或家長(zhǎng)）。七、總結(jié)與展望2024年中小學(xué)生STEM探究活動(dòng)以“生活中的問(wèn)題”為切入點(diǎn)，通過(guò)跨學(xué)科融合的探究流程，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。未來(lái)，可進(jìn)一步拓展活動(dòng)的深度與廣度（如與社區(qū)合作開展“社區(qū)垃圾分類”活動(dòng)、與企業(yè)合作開展“小小工程師”活動(dòng)），推動(dòng)STEM教育與生活、社會(huì)的緊密結(jié)合，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題中成長(zhǎng)