STEM綜合實踐課程教學設計案例一、課程基本信息*課程名稱：雨水花園的秘密——生態(tài)與工程的融合探索*適用學段：初中年級（可根據(jù)實際情況調整深度）*課時安排：6-8課時（含課內探究與課外實踐）*場地要求：教室、實驗室、校園戶外場地（或模擬場地）二、課程理念與目標本課程以“雨水花園”為核心載體，旨在通過真實情境下的項目式學習，引導學生融合科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學（Mathematics）多學科知識與技能，解決實際環(huán)境問題。課程強調學生的主體地位，鼓勵探究、設計、實踐與反思，培養(yǎng)其批判性思維、創(chuàng)新能力、合作溝通能力及社會責任感。（一）核心素養(yǎng)目標1.科學探究與創(chuàng)新：理解雨水花園的生態(tài)原理（如滲透、過濾、植物作用），探究不同材料對雨水凈化和滲透的影響。2.技術應用與工具使用：學習使用簡易測量工具、繪圖軟件（可選）及相關數(shù)字化設備（如簡易傳感器，可選）輔助設計與監(jiān)測。3.工程設計與問題解決：經歷“明確問題-調研分析-方案設計-動手制作-測試改進”的工程設計流程，完成小型雨水花園模型或微型實體的構建。4.數(shù)學應用與量化分析：運用測量、計算、數(shù)據(jù)記錄與分析等數(shù)學方法支持設計與評估。5.合作交流與責任擔當：在小組合作中提升溝通協(xié)調能力，認識到水資源保護的重要性，樹立可持續(xù)發(fā)展意識。三、教學準備（一）教師準備1.教學資源：收集雨水花園相關的圖文、視頻資料；準備不同類型土壤、砂石、植物樣本；設計學生任務單、評價量規(guī)。2.實驗材料與工具：塑料箱/盆（模擬花園）、卷尺、量杯、pH試紙、土壤篩、鏟子、剪刀、手套、記錄本、相機等。如需數(shù)字化探究，可準備簡易雨量計、土壤濕度傳感器、數(shù)據(jù)采集器等。3.場地布置：劃分學習討論區(qū)、材料區(qū)、制作區(qū)、展示區(qū)。若進行戶外實踐，需提前考察并規(guī)劃場地。4.安全預案：強調工具使用安全、戶外活動安全及衛(wèi)生注意事項。（二）學生準備1.預習雨水相關的基礎知識，鼓勵學生提前觀察身邊的雨水現(xiàn)象及問題。2.分組：建議4-5人一組，明確組長及分工（如材料員、記錄員、設計師、發(fā)言人等），鼓勵角色輪換。四、教學過程（一）情境導入與問題提出（約1課時）1.情境創(chuàng)設：播放城市內澇、雨水徑流污染、水資源短缺等短視頻或展示圖片，引導學生關注身邊的雨水問題。例如：“同學們，我們城市在暴雨過后常會出現(xiàn)積水，這些雨水都去哪里了？它們會帶來哪些問題？”2.頭腦風暴：組織學生討論雨水的“旅程”以及可能的利用方式。引出“雨水花園”的概念，展示優(yōu)秀雨水花園案例圖片或視頻，激發(fā)學生興趣。3.問題聚焦：引導學生思考：“如果我們要在校園里（或社區(qū)某一角落）設計一個小型雨水花園，它應該具備哪些功能？我們需要考慮哪些因素？”幫助學生將問題聚焦到“如何設計和建造一個能有效收集、凈化并利用雨水的花園”。（二）探究學習與方案設計（約2-3課時）1.科學原理探究：*雨水花園的奧秘：教師引導學生通過閱讀資料、觀看微課等方式，學習雨水花園的基本構造（如蓄水層、覆蓋層、種植土層、滲透層）、工作原理（滲透、滯留、過濾、生物降解）以及適合的植物種類（耐澇、耐旱、根系發(fā)達、具有凈化能力）。*材料特性實驗：組織學生分組進行“不同材料對雨水滲透和過濾效果”的對比實驗。例如，探究不同配比的沙土、礫石的滲水速度；模擬不同植被覆蓋對水土流失的影響；測試簡單過濾材料對模擬污水（如加有少量墨水的水）的凈化效果。學生記錄實驗數(shù)據(jù)，繪制圖表，并進行分析總結。2.工程設計方法：*明確需求與限制條件：結合校園實際，引導學生明確雨水花園的選址、大致面積、主要功能（如觀賞為主、凈化為主、蓄滲為主）、預算（模擬）、土壤條件、光照等限制因素。*方案構思與繪制：各小組根據(jù)探究獲得的知識和實驗結果，開始構思雨水花園的初步方案。鼓勵學生繪制設計草圖，標注尺寸、材料、植物種類、水流方向等關鍵信息。教師巡回指導，引導學生考慮設計的科學性、可行性和美觀性。*方案論證與優(yōu)化：組織各小組進行“設計方案聽證會”，小組代表闡述設計理念和方案細節(jié)，其他小組提問、點評。教師引導學生從科學性、實用性、創(chuàng)新性等方面進行互評，促進方案的完善。此過程中，數(shù)學的測量、計算（如坡度、面積、土方量估算）將得到充分應用。技術方面，可介紹簡易的二維或三維設計軟件，鼓勵有條件的小組嘗試數(shù)字化設計。（三）動手實踐與工程建造（約2-3課時，可延伸至課外）1.材料準備與場地清理：各小組根據(jù)最終方案，領取或準備所需材料。若為實體建造，需先清理場地，進行場地平整。2.模型/實體建造：*模型制作：對于條件有限或作為初步驗證，可先制作比例模型。學生按照設計圖，分層鋪設不同材料，種植小型植物或用替代品模擬。*實體建造（可選，視場地和課時而定）：在校園指定區(qū)域，按照設計圖進行放線、開挖、鋪設各層材料、種植植物等。強調安全規(guī)范操作，鼓勵學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題并及時調整。例如，在鋪設滲透層時，發(fā)現(xiàn)滲水速度不理想，需要重新調整材料配比。3.過程記錄：學生通過文字、照片、視頻等方式記錄建造過程中的關鍵步驟、遇到的問題及解決方法。（四）測試改進與成果展示（約1課時）1.功能測試：待雨水花園（模型或實體）建造完成后，進行簡單的功能測試。例如，用噴壺模擬降雨，觀察雨水的收集、滲透情況，檢查有無積水，初步觀察水質變化（如透明度）。2.問題診斷與改進：引導學生根據(jù)測試結果和觀察，分析設計和建造中存在的不足。例如：“我們的雨水花園滲透速度太慢，可能是什么原因？如何改進？”鼓勵學生提出修改方案并進行微調。3.成果展示與交流：舉辦“雨水花園成果展”，各小組展示其設計方案、建造過程、測試數(shù)據(jù)、改進措施及最終成果模型/實體。分享在項目實施中的收獲、體會與反思。（五）總結反思與拓展延伸（約1課時）1.課程總結：教師引導學生回顧整個項目過程，梳理所運用的STEM知識與技能，總結經驗教訓。強調團隊合作、創(chuàng)新思維和解決實際問題能力的重要性。2.多元評價：采用學生自評、組內互評、教師評價相結合的方式，從知識掌握、方案設計、動手能力、合作表現(xiàn)、創(chuàng)新意識、反思深度等多個維度進行綜合評價（可使用預先設計的評價量規(guī)）。3.拓展延伸：*長期觀察：若為實體雨水花園，組織學生定期觀察記錄植物生長情況、雨水凈化效果、土壤濕度變化等，形成長期觀測報告。*社區(qū)推廣：鼓勵學生將自己的設計方案和研究成果向社區(qū)居民或學校其他班級進行宣傳，倡導雨水管理理念。*主題深化：探討更大范圍的雨水管理策略，如透水鋪裝、綠色屋頂?shù)?，引導學生關注更廣闊的生態(tài)議題。五、教學評價本課程采用過程性評價與終結性評價相結合的方式，注重對學生探究過程、實踐能力和創(chuàng)新思維的評價。*過程性評價（60%）：包括小組合作表現(xiàn)、實驗探究的參與度與記錄完整性、方案設計的合理性與創(chuàng)新性、動手實踐中的解決問題能力、過程記錄的詳細程度等。*終結性評價（40%）：主要依據(jù)最終設計方案的質量、雨水花園模型/實體的完成度與功能實現(xiàn)程度、成果展示與答辯表現(xiàn)、以及課程總結報告或反思日志的深度。*評價主體：教師評價、學生自評、小組互評相結合，增強評價的全面性和客觀性。六、課程特色與創(chuàng)新點1.真實問題驅動：以解決校園或社區(qū)的雨水問題為出發(fā)點，使學習內容與現(xiàn)實生活緊密聯(lián)系，提升學生的學習動機和社會責任感。2.多學科深度融合：并非簡單疊加各學科知識，而是在“雨水花園”這一項目載體下，使科學探究、工程設計、數(shù)學應用和技術工具有機結合，形成解決問題的合力。3.強調實踐與體驗：從方案設計到動手建造，學生全程參與，在“做中學”、“用中學”，經歷完整的工程實踐過程。4.關注可持續(xù)發(fā)展：將生態(tài)環(huán)保理念融入課程，培養(yǎng)學生的環(huán)境意識和可持續(xù)發(fā)展素養(yǎng)。5.彈性化設計：課程內容和難度可根據(jù)學生學段、學校場地條件、課時等因素進行調整，具有較強的適應性和可操作性。七、注意事項1.安全第一：嚴格強調工具使用安全、戶外勞動安全、用電安全（若使用電子設備）及植物接觸安全（提醒學生不隨意觸碰未知植物）。2.差異化指導：關注學生個體差異，對能力不同的學生提供針對性的指導和支持，確保每個學生都能參與并有所收獲。3.鼓勵創(chuàng)新與包容失?。籂I造開放、包容的學習氛圍，鼓勵學生大膽嘗試，不怕犯錯，將失敗視為學習和改進的機會。4.資源整合：積極爭取學校、社區(qū)資源支持，如邀請園藝專家、環(huán)保人士進校園指導，或與社區(qū)合作開展實踐項目。5.過程性資料留存：指導