美国的STEM教育经过了30多年的研究，有着丰富的教育理论支撑，也有丰富的实践案例，加之美国教育具有善于活动，尊重学生、重视社区联系等特点，是中国STEM教育可以学习、参考、再创新的一个地方。
以下是一个为美国高中生设计的、基于真实情景的STEM教学案例。
项目介绍
该项目基于一个现实世界的问题，允许学生使用他们的创造力，思考创建过滤器以使池塘或河水可饮用。
在这个项目之前，学生们需要对清洁水对于生存的重要性有一个基本的了解， 以及将水分类为饮用水涉及哪些标准。
在项目的过程中，学生们将会亲手制作一个三维模型。学生还必须熟悉如何创建演示文稿，以显示原始数据和详细的流程，以便其他人可以复制。
这个项目可以让学生展示和测试他们的能力，创建一个水过滤器，通过水包测试，然后把他们的设计呈现给 一个房间的观察员。
明确的结果
学生们三人一组，每个人只能从家里找到不超过8种材料（可以包括布棉球纱布薄纱沙砾等），设计一个水过滤器，并能够过滤水产生饮用水，使用水测试套件进行测试。
学生还必须设计一份说明书，说明如何制作他们制作的滤水器。
时间安排一览表
学习目标
学生将在以下每个确定的领域发展知识和技能。
（1）科学：描述水的动态特性；展示有关饮用水特性和特性的知识；应用真核生物如何使用水到日常生活的理解；设计一个遵循科学方法步骤的实验；对科学方法有一定的了解，把所有的工作都记在笔记本上；使用多种表示方式来交流科学思想，包括图表、数据、照 片和科学界能够理解的术语。
（2）英语：确定在多个内容领域中使用的英语单词的含义；展示排练及演辞的适当策略；在专业和社交场合使用适当的沟通策略。
（3）数学：展示表面积知识。
STEM连接
本课程将将强化学生已学过的以下概念和技能：
（1）科学：了解水的化学成分，并能够解释为什么水的这些性质使它成为普遍的溶剂和生命分子；水在生物功能中的重要性；了解饮用水与非饮用水对真核生物的影响；了解细菌对真核生物的影响；确定“可饮用水”的标准；确定和量化测量数据不确定性的原因和影响；有效地向听众传达数据；运用科学的方法制作出立体的产品。
（2）工程：运用工程设计方法，了解系统的不同极限；在建造滤水器时作出决策；培养管理和协助项目的技能。
（3）数学：学生将运用几何技巧建造过滤器，以配合角度，并确保所有样本的水都必须通过过滤器；了解表面积与过滤效率之间的关系。
DAY ONE：发现问题
创设情境：你和你的朋友正在大本德国家公园进行高年级旅行。在一场巨大的风暴袭击后，你和你的朋友只剩下很少的补给。知道没有水你只能活三天，你开始翻你的背包，找到你 从家里带来的随机用品。你意识到，你必须用这些补给品做一个滤水器，才能徒步45英里到达最近的护林员站。
在世界各地，饮用水已成为一个日益紧迫的问题。重要的是，人们意识到可以用来过滤水的不同技术。没有水，人体将停止功能。没有干净的水，人体容易感染各种病毒、 细菌和疾病。
随机分组：给每个小组分发相同的塑料桶(大小由老师决定)。当水通过过滤器时，这些塑料桶将被用来收集水。
材料：（1）一个水测试套件 ；（2）剪刀； （3）磁带 ；（4）尺子 ；（5）铅笔； （6）建筑用纸/彩色纸； （7）胶 ；（8）电脑； （9）记号笔；(10）海报板； （11）经过消毒的垃圾桶，以便过滤水；（12）将用于滤水器的非饮用水，并使用水测试试剂盒进行测试。
了解项目背后的理论
DAY TWO：头脑风暴
DAY THREE：方案制定
DAY FIVE：测试优化
DAY SIX-SEVEN：拓展设计
思考问题：
（1）水在哪些方面对人体是可行的?
（2）水的什么特性使水在人体中发挥如此重要的作用?
（3）如果人类饮用受污染的水会发生什么?
（4）解释水在所有三个阶段(固态、液态和气态)的重要性，因为它与地球上的生命有关?
指导学生创建一个演示文稿，反映制作水过滤器的所有步骤，并集成事实信息和数据。
DAY EIGHT：作品展示
评估标准
演讲题目
水过滤手册
原型范畴
教学流程
从以上这个基于真实世界问题的STEM教育项目，可以得出哪些启发呢？我们认为有以下几点：
1、当教师投入并把学生先前所学的知识转化为新的问题时，学生对概念的理解会有新的变化。
2、要想使学生的思维变得可见而且成型，教师必须给学生探索的机会。
3、提倡针对学生的理解而进行教学，这是STEM教学的出发点。
4、元认知，即对认知的认知的培养，是STEM教学培养的核心。
5、STEM项目学习的终极目标就是培养学生学会自主学习和终身学习。
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