迭代設(shè)計(jì)在STEAM課程當(dāng)中的作用研究

◇杜 瑩

STEAM教育將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和藝術(shù)等整合在一起，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和對(duì)學(xué)科之間關(guān)系的關(guān)注。促進(jìn)各學(xué)段STEAM教育目標(biāo)和內(nèi)容的有效銜接，打通學(xué)生成長(zhǎng)關(guān)節(jié)，疏通學(xué)生學(xué)習(xí)渠道，融通學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容。在STEAM教育中，學(xué)生需要不斷地評(píng)估自身的興趣點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)和才能，通過基于現(xiàn)實(shí)的項(xiàng)目，在深度和廣度上應(yīng)用跨學(xué)科的知識(shí)和技能。

一、研究背景

近幾年，STEAM教育正在我國(guó)快速興起，學(xué)校、科研院所、社會(huì)機(jī)構(gòu)、企業(yè)公司等共同發(fā)力，推動(dòng)了STEAM教育實(shí)踐、理論和政策的發(fā)展。各學(xué)校積極探索STEAM教育推進(jìn)方式，開展中小學(xué)STEAM課程體系、專用空間、評(píng)價(jià)方式等方面的嘗試。

二、課例分析：《制作污水處理器》的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

水是地球上分布最廣泛的一種物質(zhì)，它存在于大氣和地殼中，是動(dòng)植物生命體的重要組成部分。水是人類維系生命的營(yíng)養(yǎng)素，它與陽光、空氣一樣是生命之源，是人類賴以生存的資源。本主題來源于《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域的兩個(gè)核心概念和技術(shù)與工程領(lǐng)域的兩個(gè)核心概念，通過設(shè)置模擬降雨、制作雨量器、自制污水處理器三個(gè)主題任務(wù)，在實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，描述霧、雨、雪、露、霜、雹等天氣現(xiàn)象形成的原因，知道地球上的水在陸地、海洋及大氣之間處于不間斷的循環(huán)之中。

（一）本項(xiàng)目設(shè)定的具體教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

1.通過制作污水處理器，能夠了解材料特性，結(jié)合設(shè)計(jì)思維，用圖示方式明確表達(dá)自己的設(shè)計(jì)與想法，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和與人溝通的能力。

2.通過裝置測(cè)試活動(dòng)，能夠在測(cè)試中檢驗(yàn)污水處理器的可行性，在測(cè)試之后進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)，了解材料特性的同時(shí)，更換材料順序，體驗(yàn)探究的樂趣與迭代設(shè)計(jì)之后帶來的成就感。

3.通過展示分享污水處理器，能夠在探究過程中反思和改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生勇于探究、不怕失敗的科學(xué)精神。

（二）本項(xiàng)目的重點(diǎn)難點(diǎn)

針對(duì)教學(xué)目標(biāo)，本項(xiàng)目的重難點(diǎn)分別為：

重點(diǎn)：1.探究影響過濾效果的重要因素。2.知道核算成本，合理選擇制作污水處理器的材料。3.能夠根據(jù)材料的特征進(jìn)行污水處理器的設(shè)計(jì)與制作。

難點(diǎn)：1.了解材料與排列順序會(huì)影響污水處理器的凈水效果。2.合理選擇材料并創(chuàng)造性地應(yīng)用于設(shè)計(jì)與制作。

（三）教學(xué)準(zhǔn)備

1.教學(xué)環(huán)境。為學(xué)生提供小組合作式實(shí)驗(yàn)室。

2.教學(xué)用具。在教具方面，用到的主要有電子書包、交互大屏；在學(xué)具方面，學(xué)生主要用到紗布、棉花、牛皮紙等多種制作材料。

（四）教學(xué)流程

1.發(fā)布項(xiàng)目

根據(jù)教學(xué)要求，教師自然、水到渠成地引入新課，揭示課題。創(chuàng)設(shè)問題情境，激起學(xué)生的探究欲望，又能引起學(xué)生對(duì)污水處理器的關(guān)心，起到“聚焦”作用。

2.設(shè)計(jì)與選材

為使探究活動(dòng)呈現(xiàn)出趣味性、綜合性和實(shí)用性，寓教于實(shí)際工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、制作中，我們將材料分為基礎(chǔ)材料（每組7元固定有安全剪刀、膠帶、棉花、吸管和筷子等）；補(bǔ)充材料（每組3元可用于選擇購(gòu)買，有泡沫板、海綿塊、塑料袋、繩子、紙杯、筷子、吸管、皮筋等）。

3.實(shí)踐與測(cè)試

①組員分工。明確角色任務(wù)與共同任務(wù)，發(fā)揮特長(zhǎng)從而培養(yǎng)責(zé)任意識(shí)、增強(qiáng)生生互動(dòng)、提高合作能力。

②勾選材料。學(xué)生在設(shè)計(jì)污水處理器時(shí)需要考慮可利用的條件和制約因素，計(jì)算成本，從而真正體驗(yàn)工程師的思維過程。

③繪設(shè)計(jì)圖。設(shè)計(jì)圖不僅是學(xué)生將設(shè)計(jì)想法輸出的一種常用方式，也是工程實(shí)踐的重要參考。

④小組合作按照設(shè)計(jì)圖紙制作污水處理器。

4.分享與迭代設(shè)計(jì)

首先組織小組內(nèi)討論，然后再進(jìn)行全班分享。引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)獨(dú)立思考、獨(dú)立總結(jié)的過程。教師需要通過做到迭代設(shè)計(jì)鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出自己的想法和建議，在迭代設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生受到了其他組員的啟發(fā)，對(duì)自己的作品有了新的思考，再次設(shè)計(jì)時(shí)，不僅是結(jié)構(gòu)，還有材料都將進(jìn)行改變。

5.拓展

這個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)，教師提供了最先進(jìn)的污水處理方式閱讀資料給學(xué)生，從另一層面給學(xué)生的迭代設(shè)計(jì)提供思路，同時(shí)，給了學(xué)生新的思路，污水處理器，不僅可以利用各種材料的疊加，還可以通過發(fā)明新的材料進(jìn)行制作，為學(xué)生樹立了創(chuàng)造并改變世界的價(jià)值觀。

三、課程分析

該項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容充分體現(xiàn)了小學(xué)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中三年級(jí)學(xué)段技術(shù)與工程領(lǐng)域的教學(xué)目標(biāo)要求，從材料特性和工程特點(diǎn)，學(xué)會(huì)識(shí)別、選擇、合理運(yùn)用材料以及從經(jīng)濟(jì)效益考慮工程設(shè)計(jì)，而這是組織學(xué)生技術(shù)與工程領(lǐng)域?qū)W習(xí)的重要方式。

四、結(jié)語

學(xué)生往往習(xí)慣了尋找正確答案的思維模式，通過創(chuàng)意活動(dòng)這種沒有唯一的解決方案的形式，可以釋放學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力和發(fā)散性思維能力，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到在現(xiàn)實(shí)活動(dòng)中解決真實(shí)問題的思維方式和在學(xué)校中有什么不同，往往沒有唯一的答案，只有較優(yōu)的解決方案，需要跳出固有框架思考，發(fā)散思維尋找方法，并不斷進(jìn)行反思。在尋找方法的道路上，一次又一次的改進(jìn)與嘗試，在結(jié)合了自己思考與他人建議的基礎(chǔ)上，不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)踐的迭代，在嘗試中收獲驚喜，在迭代中發(fā)散思維，這就是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的魅力所在。