小學(xué)STEAM主題課程中工程思維培養(yǎng)模式探究

姜 玲 李駿揚(yáng)

(1.南京師范大學(xué)附屬小學(xué) 江蘇南京 210018；2.東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 江蘇南京 210096)

STEAM主題課程是指以“工程主題”為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)現(xiàn)實(shí)工程問題，利用多學(xué)科融合、系統(tǒng)全面解決問題的工程思維習(xí)慣為目標(biāo)而開發(fā)的主題課程[1]。每一個(gè)主題課程，同時(shí)需要考慮到教師、學(xué)生、空間、外部資源等多個(gè)維度，在每個(gè)課程的落實(shí)過程中，針對(duì)學(xué)生的特點(diǎn)，將以任務(wù)為主導(dǎo)，進(jìn)而進(jìn)行科學(xué)的引入，最后完成工程挑戰(zhàn)任務(wù)。為此，本文解讀了小學(xué)STEAM主題課程中工程思維培養(yǎng)的價(jià)值，并對(duì)其有效培養(yǎng)的模式展開了分析。

一、小學(xué)STEAM主題課程中工程思維培養(yǎng)的價(jià)值

（一）有利于學(xué)生形成良好的思維習(xí)慣

STEAM教育源于美國(guó)，是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合教育[2]。在小學(xué)STEAM主題課程實(shí)施過程中，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，是以學(xué)生的思維特點(diǎn)及實(shí)際學(xué)習(xí)發(fā)展需求為出發(fā)點(diǎn)，開展的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科相融合的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，旨在讓學(xué)生在主動(dòng)參與學(xué)習(xí)、探究、合作、創(chuàng)新、分享的過程中，像科學(xué)家一樣研究，像工程師一樣做產(chǎn)品，最終的目的是促進(jìn)學(xué)生主體發(fā)展。在此過程中，需要學(xué)生對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行思考分析，提出問題、分析問題、探索問題、解決問題、總結(jié)問題等，不僅能使其形成良好的思維習(xí)慣，還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（二）有利于促進(jìn)教師專業(yè)化發(fā)展

隨著素質(zhì)教育理念的推進(jìn)和落實(shí)，在教學(xué)中，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、系統(tǒng)型人才成為了教師教學(xué)的重要任務(wù)[3]。小學(xué)生正處于成長(zhǎng)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，在小學(xué)科學(xué)教育中，以STEAM主題課程為抓手，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，是以一個(gè)明確的工程項(xiàng)目為主，針對(duì)此工程項(xiàng)目引導(dǎo)其進(jìn)行探索分析，是從工程師層面進(jìn)行的學(xué)習(xí)探討，教師在規(guī)劃整個(gè)工程課程時(shí)，將針對(duì)學(xué)生經(jīng)歷工程的全部過程而展開，是以學(xué)生為本設(shè)計(jì)研發(fā)的項(xiàng)目，既可以落實(shí)人本教育理念，還可以提高教師的職業(yè)素養(yǎng)，促進(jìn)專業(yè)化發(fā)展。

二、小學(xué)STEAM主題課程中工程思維培養(yǎng)模式探究

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，明確工程任務(wù)

在開展小學(xué)STEAM主題課程中，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，讓學(xué)生明白工程學(xué)習(xí)的主題是關(guān)鍵，只有讓學(xué)生了解任務(wù)、明確問題，才能使其為后續(xù)工程工作的開展制定計(jì)劃。為此，在教學(xué)時(shí)，為了激發(fā)學(xué)生自主參與的學(xué)習(xí)興趣，教師可以創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，在針對(duì)性的引導(dǎo)中，使學(xué)生明確任務(wù)，根據(jù)任務(wù)對(duì)整個(gè)工程開展的步驟進(jìn)行規(guī)劃探索。例如，在“飛躍地平線”的主題課程中，我們的工程任務(wù)是制作一輛“極品飛車”，從6米長(zhǎng)的軌道上滑下，并在軌道盡頭躍起，盡可能飛得遠(yuǎn)。學(xué)生需要就如何制作一輛可以飛躍的小車進(jìn)行工程實(shí)踐探索。教學(xué)時(shí)，首先為學(xué)生播放競(jìng)賽和電影中不同飛躍車輛的場(chǎng)景，讓學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，說一說車輛是怎么飛起來的。在創(chuàng)造真實(shí)情境的基礎(chǔ)上，明確工程任務(wù)，從而讓學(xué)生以“如何讓小車飛躍起來”“利用了什么原理”為工程項(xiàng)目的界定問題，在激發(fā)探索欲望的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生做學(xué)習(xí)的主人，提出問題建設(shè)，引導(dǎo)其從數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、技術(shù)等方面進(jìn)行分析。在創(chuàng)設(shè)情境，明確工程任務(wù)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生根據(jù)主題進(jìn)行分析，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程思維習(xí)慣，為工程項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）搭建分項(xiàng)橋梁，建立學(xué)科聯(lián)系

確立主題后，要想讓學(xué)生順利完成這一工程項(xiàng)目，首先要引導(dǎo)學(xué)生從原先已有的知識(shí)和技能經(jīng)驗(yàn)中檢索大量與主題相關(guān)的信息，然后依據(jù)事實(shí)情況和知識(shí)技能經(jīng)驗(yàn)，搭建知識(shí)之間的聯(lián)系橋梁。在多學(xué)科資源融合、信息參考的過程中，引導(dǎo)學(xué)生從全新的角度出發(fā)，從整體上思考這些問題與材料，從而發(fā)現(xiàn)它們間的聯(lián)系，培養(yǎng)整體思維習(xí)慣。例如，在探索“飛躍地平線”工程項(xiàng)目時(shí)，明確了主題，接下來就要讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)對(duì)其工程項(xiàng)目進(jìn)行分析，開展電機(jī)動(dòng)力、皮筋動(dòng)力、空氣動(dòng)力、機(jī)械彈射、電磁彈射、3D打印、車輛飛行與結(jié)構(gòu)改裝、飛行角度測(cè)試與數(shù)據(jù)分析、外形設(shè)計(jì)等多個(gè)分項(xiàng)學(xué)習(xí)，從而建立學(xué)科間的聯(lián)系。

通過學(xué)科聯(lián)系的建立，在多學(xué)科融合的基礎(chǔ)上，促進(jìn)思維靈活發(fā)展，然后讓學(xué)生圍繞這一工程項(xiàng)目進(jìn)行探索，更要根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)出最優(yōu)的飛躍小車，在搭建知識(shí)橋梁的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維習(xí)慣，落實(shí)STEAM教育理念。

（三）項(xiàng)目實(shí)施迭代，培養(yǎng)工程思維

有了主題和建立聯(lián)系的環(huán)節(jié)，接下來就是實(shí)施和迭代環(huán)節(jié)，是學(xué)習(xí)者探索、解決問題的一個(gè)過程。為此，在整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)施的過程中，隨著信息的不斷輸入與輸出，整個(gè)方案也需要調(diào)整和完善。為保證此階段順利完善，教師要發(fā)揮學(xué)生個(gè)體的價(jià)值，以合作探究為輔助，在思維碰撞、觀點(diǎn)碰撞的過程中，為學(xué)生提供多方案、多路徑的選擇，并給予及時(shí)的指導(dǎo)和反饋，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)感。例如，在實(shí)施“飛躍地平線”這一工程項(xiàng)目時(shí)，我們以組為單位，為學(xué)生小組提供了多樣的材料，如各種輪子、車身、金屬桿、氣球、彈簧、紙張等，以及螺絲刀、美工刀等工具。讓學(xué)生小組動(dòng)用團(tuán)隊(duì)的力量分工合作，就項(xiàng)目工程的實(shí)施進(jìn)行探索，在此過程中，學(xué)生需要就工程項(xiàng)目的實(shí)施過程，撰寫研究報(bào)告，明確人員的任務(wù)分配及工程設(shè)計(jì)步驟，并通過合作交流，就其中的不足之處進(jìn)行調(diào)整，在優(yōu)化工程方案的基礎(chǔ)上，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行工程項(xiàng)目的探索實(shí)踐。小組成員需要查找有關(guān)制作小車的資料，結(jié)合日常生活實(shí)際、車的用途、車輛零件及各個(gè)零件的組裝、作用等進(jìn)行搜集；需要根據(jù)收集的信息，繪制設(shè)計(jì)圖紙；需要就工程項(xiàng)目實(shí)施中的步驟及潛在問題進(jìn)行探索、規(guī)劃；最后，開展工程項(xiàng)目的實(shí)施和迭代比賽。以組為單位，讓學(xué)生參與其中，通過合作完成項(xiàng)目，在合作的過程中，滲透STEAM教育理念，使其聯(lián)系多學(xué)科知識(shí)和技能，就工程項(xiàng)目進(jìn)行探索，提高問題解決能力，培養(yǎng)工程思維。

（四）建立反饋機(jī)制，形成整體思維習(xí)慣

評(píng)價(jià)的目的是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思、促進(jìn)學(xué)習(xí)發(fā)展。為此，為培養(yǎng)工程思維習(xí)慣，在開展小學(xué)STEAM主題課程時(shí)，教師可建立網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的選課系統(tǒng)和評(píng)價(jià)系統(tǒng)，讓學(xué)生根據(jù)需要選擇自己想研究的主題，與之相對(duì)應(yīng)的是全過程的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，每個(gè)環(huán)節(jié)都有分?jǐn)?shù)等級(jí)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)者不僅可以點(diǎn)擊相對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)老師現(xiàn)場(chǎng)全程打分，還可以進(jìn)行拍照點(diǎn)評(píng)。例如，點(diǎn)評(píng)“飛躍地平線”工程項(xiàng)目時(shí)，可以利用信息技術(shù)手段，對(duì)學(xué)生完成這一工程項(xiàng)目的參與過程進(jìn)行拍照，然后在評(píng)價(jià)系統(tǒng)中共享，讓學(xué)生、家長(zhǎng)、老師都可以就工程項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)、學(xué)生完成目標(biāo)、學(xué)生參與過程進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，實(shí)現(xiàn)小組間的自評(píng)和互評(píng)，以及教師和家長(zhǎng)參與的全過程性和最終結(jié)果相結(jié)合的評(píng)價(jià)。學(xué)生根據(jù)評(píng)價(jià)信息的反饋，反思自己需要提升的能力點(diǎn)，從而提高學(xué)習(xí)的針對(duì)性和高效性。

三、結(jié)束語

STEAM課程體系將設(shè)置多個(gè)工程主題，每個(gè)課程同時(shí)需要考慮到教師、學(xué)生、空間、外部資源等多個(gè)維度。為此，在小學(xué)STEAM主題課程開展中培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，教師要充分認(rèn)識(shí)其培養(yǎng)的教育價(jià)值，并根據(jù)“明確工程主題—搭建分項(xiàng)橋梁—項(xiàng)目實(shí)施迭代—建立反饋機(jī)制”等模式展開，在層層遞進(jìn)的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維習(xí)慣，讓學(xué)生像工程師一樣進(jìn)行設(shè)計(jì)探索與迭代完善。