基于STEM理念的“走馬燈”的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與制作

甘小麗

【摘要】隨著教育教學(xué)改革的持續(xù)推進(jìn)，利用新式教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生已經(jīng)成為教育熱點(diǎn)。其中，STEM教學(xué)模式響應(yīng)教育需求，被中小學(xué)運(yùn)用在各學(xué)科的教學(xué)中。STEM教育有機(jī)地將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科融合，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生在項(xiàng)目活動(dòng)中應(yīng)用多個(gè)學(xué)科的知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題。本文在小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課的基礎(chǔ)上，以《走馬燈的奧秘》為案例，介紹如何基于STEM理念對(duì)走馬燈進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，克服制作難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維、創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】STEM理念;綜合素養(yǎng);創(chuàng)意設(shè)計(jì)

一、核心概念界定

（一）STEM

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科的簡(jiǎn)稱，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的融合，遵循著“進(jìn)入情境與提出問(wèn)題”——“探究學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)應(yīng)用”——“工程設(shè)計(jì)與技術(shù)制作”——“知識(shí)拓展與創(chuàng)意設(shè)計(jì)”——“多元評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)反思”的5EX教學(xué)模式，并根據(jù)實(shí)際的學(xué)情與教學(xué)目標(biāo)，發(fā)展和提高學(xué)生在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。2018年，李克東教授曾提出：STEM教育是一種引導(dǎo)學(xué)生面對(duì)真實(shí)情境的問(wèn)題，通過(guò)科學(xué)探究、數(shù)學(xué)方法、工程設(shè)計(jì)和技術(shù)制作有機(jī)統(tǒng)一，運(yùn)用跨學(xué)科的知識(shí)和方法來(lái)解決真實(shí)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)“學(xué)做結(jié)合”學(xué)會(huì)應(yīng)用跨學(xué)科的知識(shí)方法，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展的教育方式。其中，STEM教育框架圖如圖1所示。

（二）綜合實(shí)踐活動(dòng)課程

綜合實(shí)踐活動(dòng)課程是指在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生基于自身興趣、經(jīng)驗(yàn)，從生活真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并將其轉(zhuǎn)換成活動(dòng)主題，自主進(jìn)行探究、體驗(yàn)、制作、服務(wù)的跨學(xué)科實(shí)踐性課程。該課程密切聯(lián)系生活，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，體現(xiàn)了對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用。2017年，張華教授提出，綜合實(shí)踐活動(dòng)課程的新內(nèi)涵是著眼于發(fā)展學(xué)生的高級(jí)能力與社會(huì)責(zé)任感。而國(guó)家教育部在《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》中提出：綜合實(shí)踐活動(dòng)課程打破了傳統(tǒng)單一學(xué)科的界限，將社會(huì)課題與學(xué)生問(wèn)題、課內(nèi)與課外、人類社會(huì)的綜合性知識(shí)、理論與實(shí)踐、跨學(xué)科知識(shí)和學(xué)生感興趣的問(wèn)題 ，統(tǒng)整成主題活動(dòng)，以學(xué)生為主體的、創(chuàng)造性的問(wèn)題解決學(xué)習(xí)活動(dòng)，有機(jī)地將跨學(xué)科的綜合性知識(shí)與單一學(xué)科性知識(shí)、體驗(yàn)性知識(shí)和學(xué)問(wèn)性知識(shí)、校內(nèi)和校外結(jié)合起來(lái)，以促進(jìn)學(xué)生身心和諧發(fā)展。

二、分析現(xiàn)今綜合實(shí)踐課中存在的主要問(wèn)題

現(xiàn)在的綜合實(shí)踐課堂的每個(gè)活動(dòng)主題都包括“活動(dòng)目標(biāo)——活動(dòng)任務(wù)——活動(dòng)方式——方法導(dǎo)航——課時(shí)建議——具體實(shí)施”，活動(dòng)主題又會(huì)細(xì)分成每個(gè)小活動(dòng)。其主要教學(xué)模式一般是“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——進(jìn)行實(shí)踐——進(jìn)行評(píng)價(jià)——拓展延伸”。但是，在課堂上，大部分學(xué)生都被局限于“提問(wèn)、實(shí)踐、評(píng)價(jià)、拓展”的流程，缺乏多樣性、針對(duì)性，而對(duì)于學(xué)科方面的知識(shí)與技能的掌握不深、甚至不知。這樣的教學(xué)模式，并不能一直引起學(xué)生的興趣，不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，也不能真正地解決真實(shí)情境中的問(wèn)題。這尤其導(dǎo)致學(xué)生在“創(chuàng)意物化”方面?zhèn)戎赜谄婊赝瓿稍O(shè)計(jì)制作，忽視操作技能培養(yǎng)提升和跨學(xué)科知識(shí)的融合創(chuàng)作。

而STEM教育與綜合實(shí)踐活動(dòng)課程有著很多相似點(diǎn)，比如跨學(xué)科、以學(xué)生為主導(dǎo)等等。二者的相關(guān)內(nèi)容如表1所示。因此，引入STEM理念創(chuàng)設(shè)主題進(jìn)行探究，有利于突破原課堂模式的局限，進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，克服制作難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維、創(chuàng)新能力。

三、融合STEM理念的走馬燈的設(shè)計(jì)與制作

在綜合實(shí)踐課堂的基礎(chǔ)上，參考STEM課程建設(shè)理念思路，將綜合實(shí)踐活動(dòng)課程與STEM理念融合，創(chuàng)設(shè)主題《走馬燈的奧秘》（四年級(jí)）來(lái)對(duì)課程進(jìn)行簡(jiǎn)單的教學(xué)分析。其中，STEM課程建設(shè)理念思路如圖2所示，《走馬燈的奧秘》主題教學(xué)框架如圖3所示。

（一）進(jìn)入情境與提出問(wèn)題

1.以興趣激發(fā)問(wèn)題——走馬燈初探

在日常生活中，燈籠是常見(jiàn)的，但是學(xué)生對(duì)于具有中國(guó)傳統(tǒng)特色的走馬燈（燈籠的一種）了解不深甚至不知，因此學(xué)生對(duì)于探索走馬燈的奧秘興趣極大。通過(guò)對(duì)走馬燈的初探，引導(dǎo)學(xué)生了解走馬燈的歷史、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、用途及應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)于走馬燈的運(yùn)轉(zhuǎn)原理產(chǎn)生頭腦風(fēng)暴，并為接下來(lái)課程的開(kāi)展奠定知識(shí)基礎(chǔ)，使得他們對(duì)于走馬燈有了大致的了解，以此促進(jìn)學(xué)生今后主動(dòng)地獲取更多信息。

在此課開(kāi)展時(shí)應(yīng)當(dāng)注重知識(shí)的梳理，同時(shí)注意課前引導(dǎo)學(xué)生擴(kuò)大對(duì)于走馬燈的閱讀面、具備一定的課外閱讀調(diào)查基礎(chǔ)，以此萌發(fā)學(xué)生心中的好奇種子。在一定知識(shí)儲(chǔ)備支撐下，學(xué)生才能以興趣為內(nèi)驅(qū)力前往更高的水平臺(tái)階。

（二）探究學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)應(yīng)用

1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探索原理——走馬燈的秘密（走馬燈轉(zhuǎn)動(dòng)的原理）

在初探走馬燈的基礎(chǔ)上，提升問(wèn)題高度，通過(guò)對(duì)比普通燈籠和走馬燈聚焦問(wèn)題“為什么走馬燈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)？”引發(fā)學(xué)生從走馬燈結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行猜測(cè)，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所提供的材料自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想、制作葉輪和制造研究裝置探索走馬燈轉(zhuǎn)動(dòng)的原理。

學(xué)生在四年級(jí)科學(xué)上冊(cè)的《我們的熱氣球》學(xué)習(xí)中已經(jīng)掌握了“空氣受熱膨脹變輕，上升形成氣流”的科學(xué)知識(shí)，可以發(fā)現(xiàn)走馬燈中的“熱源”和“葉輪結(jié)構(gòu)”是影響走馬燈轉(zhuǎn)動(dòng)的主要結(jié)構(gòu)。但是，在探究過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究的能力，以通俗易懂的話語(yǔ)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)利用“控制變量法”進(jìn)行探究，盡量引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生可通過(guò)最簡(jiǎn)單省時(shí)的實(shí)驗(yàn)，完成探究。

（三）工程設(shè)計(jì)與技術(shù)制作

1.工程制作，深入探究

在了解了走馬燈轉(zhuǎn)動(dòng)的原理后，從學(xué)生出發(fā)，確定下一步的探究方向，深入研究影響走馬燈轉(zhuǎn)速的因素，以此對(duì)走馬燈有深入的了解。學(xué)生通過(guò)對(duì)比生活中常見(jiàn)的各種類型的走馬燈，了解到走馬燈之間的一些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。通過(guò)觀看兩個(gè)走馬燈轉(zhuǎn)動(dòng)的視頻，引導(dǎo)學(xué)生深入思考“為什么轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同？”引發(fā)學(xué)生根據(jù)不同點(diǎn)進(jìn)行猜測(cè)、確定研究方向、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

（1）走馬燈的奧秘探索一：熱量大小對(duì)走馬燈轉(zhuǎn)速的影響

由走馬燈的蠟燭熱源的結(jié)構(gòu)組成，引發(fā)學(xué)生思考“熱量對(duì)走馬燈轉(zhuǎn)速的影響”，由學(xué)生思考如何制作實(shí)驗(yàn)裝置完成探究，將話語(yǔ)權(quán)交給學(xué)生，由學(xué)生小組討論交流實(shí)驗(yàn)材料、工具清單、小組分工、實(shí)驗(yàn)觀察對(duì)象、實(shí)驗(yàn)記錄等等。學(xué)生提出了各種各樣的想法，例如，“可以利用蠟燭的數(shù)量來(lái)改變熱量的大小。”“在點(diǎn)燃蠟燭時(shí)，打火機(jī)和火柴哪個(gè)更好呢？”“利用什么來(lái)固定走馬燈呢？”“怎么判斷走馬燈的轉(zhuǎn)動(dòng)快慢呢？”“如果實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，著火了，怎么辦？”……然后，教師協(xié)助學(xué)生確定材料清單、探究步驟、觀察對(duì)象、探究記錄等。最后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究、展示，得出結(jié)論。

（2）走馬燈的奧秘探索二：材料輕重對(duì)走馬燈轉(zhuǎn)速的影響

由走馬燈的制作材料輕重，引發(fā)學(xué)生思考“材料輕重對(duì)走馬燈轉(zhuǎn)速的影響”，由學(xué)生思考如何制作實(shí)驗(yàn)裝置完成探究，將話語(yǔ)權(quán)交給學(xué)生，由學(xué)生小組討論交流實(shí)驗(yàn)材料、工具清單、小組分工、實(shí)驗(yàn)觀察對(duì)象、實(shí)驗(yàn)記錄等等。學(xué)生提出了各種各樣的想法，例如：“可以在轉(zhuǎn)筒上添加重物來(lái)改變輕重?！薄霸谔砑又匚锏臅r(shí)候，應(yīng)當(dāng)注意什么問(wèn)題？”……然后，教師協(xié)助學(xué)生確定材料清單、探究步驟、觀察對(duì)象、探究記錄等。最后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究、展示，得出結(jié)論。

（3）走馬燈的奧秘探索三：探究體積大小對(duì)走馬燈轉(zhuǎn)速的影響

由走馬燈的轉(zhuǎn)筒和葉輪的組成部分，引發(fā)學(xué)生思考“體積大小對(duì)走馬燈轉(zhuǎn)速的影響”，由學(xué)生思考如何制作實(shí)驗(yàn)裝置完成探究，將話語(yǔ)權(quán)交給學(xué)生，由學(xué)生小組討論交流實(shí)驗(yàn)材料、工具清單、小組分工、實(shí)驗(yàn)觀察對(duì)象、實(shí)驗(yàn)記錄等等。學(xué)生提出了各種各樣的想法，例如：“可以改變轉(zhuǎn)筒大小來(lái)改變走馬燈的體積大小?！薄皩?shí)驗(yàn)時(shí)，用幾根蠟燭比較好？”……然后，教師協(xié)助學(xué)生確定材料清單、探究步驟、觀察對(duì)象、探究記錄等。最后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究、展示，得出結(jié)論。

學(xué)生在交流討論、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)有想法碰撞，碰撞過(guò)程中可能會(huì)存在一些爭(zhēng)議、矛盾。此時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生記錄爭(zhēng)議、解決矛盾。從爭(zhēng)議融合中，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維;從矛盾解決中，培養(yǎng)學(xué)生的價(jià)值體認(rèn)和責(zé)任感。

（四）知識(shí)拓展與創(chuàng)意設(shè)計(jì)

1.發(fā)散思維，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)——設(shè)計(jì)走馬燈

（1）創(chuàng)意設(shè)計(jì)走馬燈

在了解走馬燈歷史文化、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)原理及影響因素后，以問(wèn)題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)較快的走馬燈。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活，尋找靈感，確定走馬燈類型，完成設(shè)計(jì)圖，并加以文字說(shuō)明。

（2）創(chuàng)意設(shè)計(jì)之改進(jìn)

引導(dǎo)學(xué)生展示創(chuàng)意設(shè)計(jì)圖、講解他們的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)引導(dǎo)其他同學(xué)對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行提問(wèn)，指出不足以及給予建議。再由學(xué)生進(jìn)行想法匯總，教師進(jìn)行補(bǔ)充，從而確定設(shè)計(jì)圖的改進(jìn)方向。修改設(shè)計(jì)圖后，再引導(dǎo)學(xué)生思考“制作走馬燈的步驟”，并記錄下來(lái)。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有的小組比較理想化，設(shè)計(jì)存在超脫現(xiàn)實(shí)的理念;有的小組比較注重實(shí)用，緊靠生活，但是缺乏新意;有的小組局限于生活原型、他人的想法，習(xí)慣性地模仿別人，缺乏小組特色;有的小組善于融合想法，創(chuàng)意設(shè)計(jì)。所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹敢?/p>

而在改進(jìn)過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的一些典型設(shè)計(jì)現(xiàn)象進(jìn)行展示，引發(fā)學(xué)生的思考，需要讓學(xué)生了解到作品需要具備實(shí)用性、創(chuàng)造性、美觀性，并要注意培養(yǎng)學(xué)生尊重他人想法的價(jià)值體認(rèn)、為個(gè)人一言一行而負(fù)責(zé)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，從而更好地促進(jìn)創(chuàng)意物化。

2.創(chuàng)意物化，體驗(yàn)創(chuàng)造的樂(lè)趣——制作走馬燈

（1）走馬燈造型工程一

制作前，全班制定制作注意事項(xiàng)，確保安全;經(jīng)過(guò)討論交流，確定制作流程，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)圖和制作流程制作走馬燈，以競(jìng)賽的形式促進(jìn)小組凝聚力及小組間的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

（2）走馬燈造型工程二

基于初步制作，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)完成走馬燈，并以剪貼畫、皮影、立體動(dòng)畫等形式進(jìn)行美化、增加個(gè)性化和創(chuàng)意點(diǎn)。

在制作過(guò)程中，教師是充當(dāng)為學(xué)生提供材料和工具的角色，給予學(xué)生自由的空間進(jìn)行創(chuàng)意物化。這樣，可以提高學(xué)生小組團(tuán)隊(duì)合作、協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

（五）多元評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)反思

1.走馬燈的測(cè)試與改進(jìn)

完成走馬燈的制作后，引導(dǎo)學(xué)生確定測(cè)試方案，并協(xié)助學(xué)生進(jìn)行走馬燈的測(cè)試、記錄。測(cè)試后，引導(dǎo)各組學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，并分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中，各組的數(shù)據(jù)都會(huì)有所不同，由數(shù)據(jù)引發(fā)學(xué)生思考原因，再根據(jù)具體原因?qū)ψ髌诽岢鲂薷囊庖?jiàn)，進(jìn)行改進(jìn)。在分享展示過(guò)程中，同時(shí)根據(jù)展示情況和評(píng)價(jià)量表對(duì)走馬燈進(jìn)行多元評(píng)價(jià)和反思。

四、“基于STEM理念的走馬燈的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與制作”的教學(xué)效果與展望

基于綜合實(shí)踐活動(dòng)課程的基礎(chǔ)，融合STEM教育理念，創(chuàng)設(shè)的走馬燈的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與制作，存在以下的教學(xué)效果：

1.跨學(xué)科學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)。學(xué)生可在每節(jié)課中從科學(xué)、工程學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等學(xué)科方面進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)。在潛移默化中，不但培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)科知識(shí)、技能，還培養(yǎng)學(xué)生的價(jià)值體認(rèn)和責(zé)任擔(dān)當(dāng)，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

2.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，發(fā)散思維，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。學(xué)生經(jīng)過(guò)一系列的學(xué)習(xí)后，能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入探究，而不是流于表面的探究。同時(shí)，學(xué)生能夠小組合作、頭腦風(fēng)暴進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)、制作具備小組特色的走馬燈。這不但培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力，還促進(jìn)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

雖然STEM教育和綜合實(shí)踐活動(dòng)課程存在很多共同點(diǎn)，但是在課程的設(shè)計(jì)、開(kāi)展、實(shí)施方面仍需繼續(xù)融合。以下是對(duì)課程的未來(lái)期望：

1.如何基于《小學(xué)綜合實(shí)踐課程標(biāo)準(zhǔn)》深入地將STEM教育與綜合實(shí)踐活動(dòng)課進(jìn)行更好的融合，使得學(xué)生在課程當(dāng)中能夠更為大膽地進(jìn)行思考、嘗試實(shí)際、動(dòng)手創(chuàng)造。

2.是否可以融合其它學(xué)科對(duì)應(yīng)年級(jí)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)行主題深化設(shè)計(jì)，使得學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中能夠同時(shí)從其它學(xué)科學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)的知識(shí)與技能，構(gòu)建連貫的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭小娜. 基于STEM教育理念的小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程設(shè)計(jì)研究[D].溫州大學(xué)，2019.

[2]陳業(yè)聰， Chenyecong. 在新課程理念下培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[J]. 基礎(chǔ)教育研究， 2005（2）.

[3]陳良紅. 淺議小學(xué)綜合實(shí)踐的指導(dǎo)策略[A]. 教育理論研究（第十一輯）[C].重慶市鼎耘文化傳播有限公司，2019：1.

[4]李克東，李穎.STEM教育跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)5EX設(shè)計(jì)模型[J].電化教育研究，2019，40（4）：5-13.