展示设计的分类原则-STEM教育项目化教学，项目设计是关键

STEM教育起源于20世纪80年代，经过30多年的发展已趋于成熟。 STEM教育倡导“跨学科”、“协作”、“创新”、“做中学”等新的学习方法。

项目式学习不同于传统的教学模式。 立足真实问题情境，有效融合教学内容和生活体验，帮助学生自主学习和合作探索，注重学生批判性思维能力、解决问题能力、团队合作能力和创新实践能力的培养。

STEM教育倡导以学习者为中心，这与项目式学习的理念不谋而合。 STEM教育提倡以项目（活动）的形式进行教学。 笔者认为，将STEM理念与项目式教学活动相结合，即在项目活动中嵌入跨学科知识，将有助于推动STEM教育理念下教学活动的实施。

秦金若指出，STEM教育教学在实践过程中应遵循项目化、趣味化、多维化、协同化四大设计原则，其中项目设计是整个应用过程的重中之重。

2. STEM理念下的教学活动设计框架

基于STEM教育的核心理念，以PBL项目式学习理论为基础，结合教学实践，设计了STEM教育理念下的项目活动设计框架。

项目活动分为六个阶段：确立项目主题、分析项目问题、制定评价标准、设计解决方案、实施解决方案、展示评价总结。

（一）确立项目主题

教师引导学生结合现实生活选择项目选题，发现生活中的问题，提出解决方案并实施，以解决问题。 项目主题应跨学科，融合科学、工程、技术和数学的知识内容，具有趣味性、探索性、实践性、创造性和综合性，符合STEM理念和核心素养发展要求。

(2)分析项目问题

学生明确项目主题后，无法立即制定具体的解决方案。 他们还需要分析项目背景，了解需要解决什么问题，通过绘制思维导图来梳理问题，整合和利用现有的跨学科知识。 或探索经验。 教师引导学生分析问题，可以丰富学生的思维，提升学生分析问题的能力。

（三）建立评价标准

建立评估标准是项目活动设计过程的一个组成部分。 教师和学生根据任务要求共同制定具体的评价标准。 教师引导学生参考尼尔森的“逆向思维”模型，明确什么是“必要”、什么是“不必要”，以及最终作品应具备哪些特点，从而为学生搭建“脚手架”，制定项目解决方案。 提供有意义、有价值的指导。

(4)设计方案

项目活动实施前，按照“组内异质性”和“组间同质性”的原则对学生进行分组，确保各组各方面能力水平相同。 在设计项目方案的过程中，各小组根据解决问题的标准，共同协作、探索，结合自己掌握的知识和经验，在老师的指导下，独立收集相关资料、进行讨论、绘制草图。 草案设计解决方案。 各小组设计完成方案后，对方案进行可行性分析并向全体学生汇报，并根据教师和其他小组的意见进行修改展示设计的分类原则，最终确定具体可行的方案。

(5)实施解决方案

每个小组分别实施该解决方案。 在此期间，各小组需要共同探索，辅以老师的适当指导来完成工作，并根据实际情况修改和优化工作，从而迭代和完善项目解决方案。

(6)展示评价总结

教师组织各组学生交流展示成果，并根据师生共同制定的评价标准对各组成果的创新性、实用性、价值性等方面进行评价，并提出改进建议。 学生根据评价意见进行修改和改进。 最后，老师进行总结，指导各小组完成项目反思报告，梳理和回顾项目学习活动带来的收获和不足，促进学生解决问题和协助能力的发展。

3、项目活动的设计与实施

《创意智能制造》是作者为八年级学生设计的拓展课程。 指导学生使用Arduino开源硬件和各种电子传感器组件制作一些创意电子产品。

作者基于项目活动设计框架进行教学展示设计的分类原则，让学生在完成项目的过程中提高发现问题、分析问题、解决问题和协作的能力，从而增强学生的科学精神、跨学科思维和创新实践能力，同时建立新知识。

下面，笔者以《创意智造》课程中的具体项目“智能垃圾桶”为例表情包设计，详细阐述STEM教育理念下的项目活动设计与实践。

(一)教学内容和目标分析

1. 学习者分析

学习者是八年级的学生。 他们对“创意智造”课程兴趣浓厚，实践能力强，合作意愿强。 学生学习了Arduino数字输出、模拟输入和数字输入，基于超声波传感器、温度传感器、触摸传感器等传感器与Arduino进行交互编程，以及使用Arduino控制伺服模块。 设计和制作一个“智能垃圾桶”需要综合应用Arduino编程知识和其他学科的知识。

2、项目活动教学内容及目标分析

教师基于STEM教育理念，根据教学内容设计相关项目活动（见表1）。 学生完成“智能垃圾桶”项目需要多学科知识特别是信息技术的综合运用，以及工程（设计）思维和数学思维。

（二）教学设计与实施

第一步是确定项目主题。 据统计，2018年上海日均生活垃圾清运量约为2.6万吨，年均生活垃圾产生量超过900万吨吉祥物设计，给环境带来了巨大压力。 2019年，上海市人民政府颁布实施《上海市生活垃圾管理条例》。

目前，上海已在各个社区设立了垃圾分类投放点。 垃圾分类已成为一种新时尚。 在日常生活中，人们通常将家庭垃圾桶中的垃圾倒入公共垃圾桶中。 通常每户家庭只使用垃圾桶，不利于垃圾分类。 另外，垃圾桶一般没有盖子，不能隔离气味（有些垃圾容易产生难闻的气味）。 有些垃圾桶虽然有盖子，但需要手动打开，存在感染风险。

如何设计一款智能垃圾桶来解决上述问题呢？ 经过师生讨论，项目主题确定为“环保小能手——智能垃圾桶”，旨在通过设计和制作，实现科学知识与信息技术的跨越以及工程设计与数学思维的融合。的具体产品。

第二步是分析项目问题。 各小组首先分析了项目背景，结合家庭垃圾桶在日常生活中的用途和潜在需求，列出了智能垃圾桶需要解决的问题。

例如：如何实施垃圾分类？ 如何消除健康隐患？ 如何提高人们的垃圾分类意识？ 然后用思维导图来呈现要解决的问题。

第三步，制定评价标准。 在此环节，师生围绕项目主题共同制定评价标准。 老师只是简单地列出“需要”和“不需要”的内容（见表2），只是帮助学生适当调整设计标准（难度）。

第四步，制定解决方案。 学生参照评价标准，针对需要解决的问题制定有针对性的解决方案。

教师引导学生结合现有知识和经验，运用科学知识对垃圾进行初步分类； 利用信息技术检索相关信息，并对检索结果进行有效筛选和分析； 组织讨论，制定方案并绘制智能垃圾桶原型，通过实践提高学生的工程设计能力（表3为A组学生准备的项目方案，图1为学生设计的智能垃圾桶原型）在这个组中）。

图1 智能垃圾桶原型设计

第五步是解决方案的实施。 学生将项目解决方案付诸实践。 流程分为四个步骤：准备材料、制作智能垃圾桶模型、构建智能电路并实现功能、测试和优化产品。

首先，准备制作材料。 各小组根据实际需要准备制作智能垃圾桶的基础材料。

其次，制作一个智能垃圾桶模型。 每个小组共同努力，使用瓦楞纸板制作垃圾桶原型。

根据现有瓦楞纸板的尺寸，计算出垃圾桶各部分的最佳尺寸，用工具将各个面剪出，然后组装拼接，制作出垃圾桶模型。 同时，利用3D打印技术自主设计铰链等结构部件，并用画笔等艺术材料对垃圾桶原型进行装饰。 该环节的训练有利于提高学生的空间几何计算能力和动手能力。

三是构建智能电路并实现功能。 学生根据方案设计电路，绘制程序框图，并使用Mixly软件编写程序。

学生在搭建智能电路和编写程序的过程中难免会遇到问题。 他们可以在小组内讨论，反复实验调试和修改，必要时寻求老师的帮助。 这些训练可以提高学生的协作能力以及运用数学思维和编程思维解决问题的能力。

第四，测试和优化产品。 智能垃圾桶初步制作完成后，学生需要进行测试，检查是否符合标准，并根据实际使用情况不断改进。

这些训练让学生体验到工程设计中不断迭代和优化的思想，从而提高工程设计思维能力。

第六步，展示评价总结。 师生们根据共同制定的评价标准，对各组设计制作的智能垃圾桶进行评价并提出建议。

各小组根据评估意见撰写项目报告。 老师最后总结并指导学生在现有智能垃圾桶设计的基础上进行拓展，比如尝试设计工业垃圾桶、利用智能制动装置实现垃圾自动分类等。

作者提出了基于STEM理念的项目活动设计框架并进行了实证研究。 教师在项目教学中从生活情境出发，调动学生的积极性。 在完成项目任务的过程中，鼓励学生掌握专业知识，获得实践经验，学会协作，综合运用学科知识，培养创新思维和创造力。

由于研究条件有限，作者设计的项目活动框架仍有待优化和完善。 未来将结合更多课题，深入研究与应用，更好地实施STEM教育理念下的项目教学。

作者简介：作者为上海对外经济贸易大学松江实验学校教师