本文由STEM未來計劃翻譯與整理

STEM項目的真實性體現在它最好能夠解決工程師和科學家可能會面臨的一部分現實挑戰。

因此，教師在設計STEM課程時，經常會面臨一個反覆出現的問題：要如何圍繞現實世界的挑戰？

這並不是一個很容易回答的問題，但下面的一個圍繞當地環境挑戰設計的STEM實操案例，會為您提供一些思路。以下是案例的進展情況：

從一個學生關注的問題開始

當地的新聞報道顯示，該狀況讓一些學生頗為不滿，他們想知道如何阻止這些沉積物衝入河流。於是，一個有關現實問題的STEM項目便誕生了。

該問題符合課程標準

這個項目包含很多適合當前年級學生的知識點，例如土地的侵蝕和濁液的沉積現象，以及流速等概念。

經過一番討論，我們確立了STEM挑戰任務：降低沉積物從河流排放到水庫的速度。我們的口號是“不要隨波逐流”！

制定學生開展項目的方案

我們與學生一起思考，讓他們參與到項目決策過程當中，確保他們可以承擔得起整個項目。

首先遵循特定的標準和條件，以團隊的形式在模型流床中設計和製作過濾系統。學生將測試他們的過濾系統，計算沉積物的排放率，根據需要重新設計，並在Excel表格中記錄他們的結果以進行課堂分析。

收集材料和配備設施

在控制水量的前提下，團隊需要哪些材料製作河床模型和過濾系統？他們會使用什麼沉澱物進行試驗？他們如何收集沉澱物並測試排放量？他們會怎樣處理剩餘的沉澱物和水呢？

這些只是部分我們必須要考慮的問題。每個團隊都需要一套材料進行試驗，因此材料必須便宜且易於獲取。

計劃項目方案，保證實施

我們採取了項目式的問題解決方案。學生將使用迭代工程設計模式（EDP）來引導他們提出多種解決沉積物問題的想法。

與所有的STEM項目一樣，每個團隊都會制定各自的設計方案和解決措施。我們的主要職能則是提供規範的EDP步驟和團隊合作的指導。

通過實驗研究各種過濾裝置

為了設計出良好的過濾系統，學生首先要找到最有效的過濾裝置。過濾層的規格和形狀是否重要？各層之間的距離怎麼把握？

為了解決這些問題，學生們進行了控制變量法來測試這些功能 。然後在Excel表格中整理他們的數據。

最後，團隊成員通過分析數據來決定使用哪種過濾裝置。

實踐、改進解決方案

學生團隊在討論、選擇、模擬和製作各自的過濾系統後，進入測試階段。

每個團隊以精確的速率沿河床下方注入一升含泥沙的水，通過過濾裝置後，由河床末端的水桶進行沉積物的收集。隨後統計沉積物的量，並根據數據計算過濾裝置的流通率。

最後決定是否需要重新設計過濾系統，以便在記錄最終結果之前儘可能增強過濾系統的應用效果。

幾乎可以預測，大多數過濾系統效果不佳。但這反而為學生提供了重要的學習機會，讓他們總結失敗的教訓和改進的方法。

這個項目持續了5個課時。我每季度嘗試至少做一個這樣的項目。在大型項目之間，學生研究他們的主題和特定的STEM技能——團隊合作、使用特定的數字技術、提出針對問題的多種解決方案等等。STEM技能可以無縫融入我們的日常課程。

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