stem案例（一个美国教学案例告诉你什么是基于真实挑战的STEM项目）

作者：Anne Jolly

本文由STEM未来计划翻译与整理

STEM项目的真实性体现在它最好能够解决工程师和科学家可能会面临的一部分现实挑战。

因此，教师在设计STEM课程时，经常会面临一个反复出现的问题：要如何围绕现实世界的挑战？

这并不是一个很容易回答的问题，但下面的一个围绕当地环境挑战设计的STEM实操案例，会为您提供一些思路。以下是案例的进展情况：

从一个学生关注的问题开始

当地的新闻报道显示，该状况让一些学生颇为不满，他们想知道如何阻止这些沉积物冲入河流。于是，一个有关现实问题的STEM项目便诞生了。

该问题符合课程标准

这个项目包含很多适合当前年级学生的知识点，例如土地的侵蚀和浊液的沉积现象，以及流速等概念。

经过一番讨论，我们确立了STEM挑战任务：降低沉积物从河流排放到水库的速度。我们的口号是“不要随波逐流”！

制定学生开展项目的方案

我们与学生一起思考，让他们参与到项目决策过程当中，确保他们可以承担得起整个项目。

首先遵循特定的标准和条件，以团队的形式在模型流床中设计和制作过滤系统。学生将测试他们的过滤系统，计算沉积物的排放率，根据需要重新设计，并在Excel表格中记录他们的结果以进行课堂分析。

收集材料和配备设施

在控制水量的前提下，团队需要哪些材料制作河床模型和过滤系统？他们会使用什么沉淀物进行试验？他们如何收集沉淀物并测试排放量？他们会怎样处理剩余的沉淀物和水呢？

这些只是部分我们必须要考虑的问题。每个团队都需要一套材料进行试验，因此材料必须便宜且易于获取。

计划项目方案，保证实施

我们采取了项目式的问题解决方案。学生将使用迭代工程设计模式（EDP）来引导他们提出多种解决沉积物问题的想法。

与所有的STEM项目一样，每个团队都会制定各自的设计方案和解决措施。我们的主要职能则是提供规范的EDP步骤和团队合作的指导。

通过实验研究各种过滤装置

为了设计出良好的过滤系统，学生首先要找到最有效的过滤装置。过滤层的规格和形状是否重要？各层之间的距离怎么把握？

为了解决这些问题，学生们进行了控制变量法来测试这些功能 。然后在Excel表格中整理他们的数据。

最后，团队成员通过分析数据来决定使用哪种过滤装置。

实践、改进解决方案

学生团队在讨论、选择、模拟和制作各自的过滤系统后，进入测试阶段。

每个团队以精确的速率沿河床下方注入一升含泥沙的水，通过过滤装置后，由河床末端的水桶进行沉积物的收集。随后统计沉积物的量，并根据数据计算过滤装置的流通率。

最后决定是否需要重新设计过滤系统，以便在记录最终结果之前尽可能增强过滤系统的应用效果。

几乎可以预测，大多数过滤系统效果不佳。但这反而为学生提供了重要的学习机会，让他们总结失败的教训和改进的方法。

这个项目持续了5个课时。我每季度尝试至少做一个这样的项目。在大型项目之间，学生研究他们的主题和特定的STEM技能——团队合作、使用特定的数字技术、提出针对问题的多种解决方案等等。STEM技能可以无缝融入我们的日常课程。

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