Steam教育理念下的科學(xué)拓展性課程改進策略

陳夏

摘 要：Steam教育理念指導(dǎo)下的科學(xué)拓展性課程不但能提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，還能解決多學(xué)科融合的復(fù)雜問題。用Steam理念改進拓展性課程需要注意通過創(chuàng)設(shè)情景明確任務(wù)，注重多學(xué)科知識的融合，在項目和問題驅(qū)動的學(xué)習(xí)方式下，學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)和模仿，方案設(shè)計和產(chǎn)品要不斷改進和打磨，最后要注意解決方式的多樣性和評價方式的多元化。

關(guān)鍵詞：Steam教育理念;科學(xué)素養(yǎng);解決方式

在以往的科學(xué)拓展性課程中，我們主要立足于科學(xué)教材，動用校內(nèi)外資源，為學(xué)生打造一個開展課外實驗的平臺，以達到提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的。在活動開展的過程中，我發(fā)現(xiàn)要解決生活中的問題常常需要用到除科學(xué)以外的其他知識。于是在接觸了Steam教育理念以后，我萌發(fā)了用Steam教育理念改進拓展性課程的想法，并做了一些嘗試。

雞蛋撞地球是初見于20世紀80年代英國科促會青少年部組織的青少年科技活動，利用生雞蛋、降落傘材料、緩沖包裝材料等制作裝置使雞蛋撞地而不碎。后由香港數(shù)理教育學(xué)會的老師引入香港并在中小學(xué)生中開展;至90年代初，上海中國福利會少年宮將其進一步改進，并在上海青少年中組織開展，受到青少年的歡迎;其后，廣州物理教學(xué)研究會的老師又在廣州組織青少年進行“雞蛋撞地球”比賽，吸引了眾多青少年愛好者參加。至此，雞蛋撞地球活動就常見于各類學(xué)校的第二課堂。我校也曾將作為科技節(jié)活動的一個評比項目。其具體做法是：直接告知實驗規(guī)則，設(shè)計并制作一個保護裝置，要求生雞蛋從高空（教學(xué)樓四樓）扔下不破，且落在投放位置。材料自選，自己動手制作成品，于規(guī)定日帶回學(xué)校比賽。

為了將這一活動設(shè)計成符合Steam教育理念的拓展課，我將活動的開展方式調(diào)整如下：

一、巧設(shè)情景，拋出問題

在雞蛋撞地球的活動中，我截取了一段電影片段，宇航員乘坐太空艙返回地球，讓學(xué)生直觀感受到這是一個高速的、不斷和大氣摩擦的、驚險歷程。接下來展示楊利偉返回地球的首張照片，增強代入感，拋出問題：楊利偉從太空帶回了第一手的科研資料，現(xiàn)在要乘坐太空艙安全返回地球，在太空艙的設(shè)計上我們需要考慮哪些問題？說一說你的科學(xué)依據(jù)是什么？

學(xué)生根據(jù)已有知識可能會回答材料要耐高溫、夠厚、速度盡量慢些、加保護裝置等。

教師引導(dǎo)：如果我國的宇航員著陸在美國的國土上，是否會引起國際紛爭？我們現(xiàn)在大力提倡節(jié)約環(huán)保，在太空艙的制作上需要注意些什么？

學(xué)生馬上領(lǐng)悟，落地點要在中國的某個無人區(qū)，太空艙最好可回收利用，在保障安全的情況下耗材要少。

老師歸納后提出項目要求：今天我們用一個生雞蛋來模擬楊利偉，請各小組合作，設(shè)計一個保護裝置模擬太空艙，材料不限，要求裝置從4樓拋下，雞蛋不破，距離落點越近（直徑一米的圓圈），裝置越輕者獲勝。

Steam課程是要解決生活中的問題，熟悉的情境，真實的問題最能引發(fā)學(xué)生的興趣。我通過再現(xiàn)生活中真實發(fā)生的、能引起學(xué)生共鳴的場景，把學(xué)生引導(dǎo)到太空艙設(shè)計的項目上，再以問題為導(dǎo)向，讓學(xué)生自發(fā)提出項目需要滿足的要求。學(xué)生參與度大大提高。

二、深挖素材，注重多學(xué)科知識融合

不同于以往切入點小，問題簡單的科學(xué)探究活動，基于項目為導(dǎo)向的探究面臨更復(fù)雜的問題，需要綜合運用多學(xué)科知識和技能。我們平時的學(xué)習(xí)受學(xué)科和章節(jié)的影響，人為將知識割裂。Steam教育講求多學(xué)科融合，STEAM代表科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）。

在該理念指導(dǎo)下，我仔細分析了雞蛋撞地球這個項目，運用到了延長緩沖時間的科學(xué)原理，不同形狀牢固程度不同，所需材料數(shù)量不同的數(shù)學(xué)原理，選擇不同材料并組裝成成品的工程與技術(shù)問題……

按照這個思路，我在后面的拓展課程主題設(shè)置上，注重學(xué)科整合。如制作走馬燈，燈為什么能轉(zhuǎn)動，包含了哪些科學(xué)原理，怎樣剪裁和拼接，涉及哪些技術(shù)問題，美化和裝飾屬于藝術(shù)范疇，用電子元件代替蠟燭作為動力的設(shè)計則包含了工程設(shè)計的理念;看似簡單的吹肥皂泡活動，也被設(shè)計成幾個課時，第一課時原理探究“能不能吹一個方形的肥皂泡？”“肥皂泡的顏色”“比一比誰的肥皂泡大？”“誰的泡泡塔層數(shù)多？”第二課時“如何讓泡泡吹得更大？探究最佳溶液配比”。第三課時，調(diào)查研究市面上的吹泡器，配比、價格，算一算經(jīng)濟賬，分析最受歡迎的產(chǎn)品特點，寫一份調(diào)查報告。

三、項目驅(qū)動下的體驗式學(xué)習(xí)和不斷改進措施

平時的科學(xué)探究是基于已有的知識和經(jīng)驗，在老師的引導(dǎo)下，學(xué)生提出問題，建立假設(shè)、設(shè)計方案、收集證據(jù)、得出結(jié)論、評價交流。整個活動以問題驅(qū)動和實驗設(shè)計為核心，學(xué)生動手動腦合作完成實驗。一般是驗證性實驗，很少要求生產(chǎn)出成品。而Steam理念指導(dǎo)下的探究，由項目驅(qū)動，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，通過體驗來學(xué)習(xí)。工程設(shè)計是核心，任務(wù)模糊，但是要求有明確的結(jié)果，生產(chǎn)出成品。

雞蛋撞地球活動，涉及沖量的概念，初中生對此比較陌生，我也并沒有補充講解沖量的原理。學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗，比如水果外面包裹塑料網(wǎng)防撞傷，聯(lián)想到給雞蛋包裹一個防撞的材料，或者給雞蛋加降落傘讓速度減慢。要充分肯定學(xué)生從生活中學(xué)習(xí)到的智慧，即使他并不明白背后蘊含的科學(xué)原理。我簡單告知他們，減速和緩沖兩條思路都是正確的，這里用到了沖量的科學(xué)原理，大家可以去查閱相關(guān)資料。具體方法可以多樣，比如裹塑料泡沫可以增強緩沖能力，那么還能用別的材料，或者別的形狀來提高緩沖能力嗎？

在走馬燈的設(shè)計中，我直接播放了《櫻桃小丸子》走馬燈一集的片段，讓他們觀察、思考走馬燈的工作原理是什么。在沒有任何知識儲備和生活經(jīng)驗的情況下，模仿是學(xué)習(xí)的第一步，然后才有改進。

項目的實施，不可能是一蹴而就的。產(chǎn)品的設(shè)計也需要不斷打磨和改進。在雞蛋撞地球的活動項目中，我們就分了三個階段：

第一階段提出問題。各小組分工合作，根據(jù)生活經(jīng)驗設(shè)計圖紙，按照圖紙和給定的材料（我提前提供了一些材料：氣球、A4紙、竹簽、棉線、透明膠、礦泉水瓶、塑料袋）組裝完成自己的裝置，初步進行測試和反饋。實驗結(jié)果十個一小組，有三組未在規(guī)定時間內(nèi)完成，有一組還未進行比賽雞蛋就破裂了。剩下參與比賽的六組雞蛋破裂的有四組，有兩組雞蛋完好但是均未能入圈。（因為時間問題，第一次課倉促結(jié)束沒來得及交流與評價）

第二階段：第二次課，大家吸取了上一次比賽的經(jīng)驗教訓(xùn)，幾乎沒有人采用氣球和降落傘，因為落點不準。設(shè)計主要集中在減震裝置上，有用紙盒加泡沫的，有用竹簽做成三棱錐的，有用兩張A4紙卷成圓錐。里面塞泡沫的，還有用兩個塑料袋充氣保護的……據(jù)說是網(wǎng)上查閱過資料，明顯比第一次的設(shè)計豐富多了。根據(jù)測試結(jié)果，還是出現(xiàn)了一些意外，比如三棱錐的竹簽斷了、A4紙做的圓錐重心不穩(wěn)，側(cè)翻了……根據(jù)實驗結(jié)果，再次討論、修改、設(shè)計出可行性方案。

第三階段：第三次課，正式比賽。最后的作品在安全性和準確度方面都有加強，用泡沫紙盒和竹簽的各占一半。

走馬燈設(shè)計也是分了多次課，先用紙杯和蠟燭仿造一個走馬燈，再用扇面、扇葉組裝法做一個走馬燈，同時要求扇面設(shè)計美觀。第三次課用電力代替風(fēng)力設(shè)計組裝走馬燈，由于課時所限該項目并未來得及實施。

四、解決方案的多樣性和評價的多元化

Steam教育理念下的探究，要求產(chǎn)生明確的結(jié)果，這個往往被理解為成品，但是我認為不能狹義地把成品理解為產(chǎn)品。它可以是一個作品，一份調(diào)查報告，這樣的成果和過程與方法同樣重要。在雞蛋撞地球的活動中，我只注重了最后結(jié)果的評價，忽略了過程和方法，其實每個孩子在這個項目學(xué)習(xí)中都有收獲和提高。

于是我認真反思，我們的評價方式應(yīng)該更開放，更具個性化。要將學(xué)習(xí)者作為一個自主的人，對他的真實學(xué)習(xí)活動進行描述，隨時記錄下活動過程中的突發(fā)狀況，以及復(fù)雜的環(huán)境對個人評估的影響。學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)新能力和合作能力應(yīng)是重點考核指標(biāo)。評價的方式可以是口頭點評、活動記錄表、研究日志、作品展覽等，既有過程性評價，又有總結(jié)性評價，還有發(fā)展性評價，將一個全面而系統(tǒng)的評價體系貫穿于整個教學(xué)過程。

Steam課程不但能提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，還為學(xué)生認識世界建立了一座消除學(xué)科障礙的橋梁，它將知識的獲取，方法、工具的使用以及創(chuàng)新的過程進行有機統(tǒng)一是大勢所趨。目前我國Steam課程的設(shè)置和開展均處于摸索階段。經(jīng)過嘗試，我認為用Steam教育理念改進科學(xué)拓展性課程是切實可行的，也是有效的。當(dāng)然，因為個人能力有限，也存在一些遺憾，如果能整合其他學(xué)科的老師一起來完成主題設(shè)計和活動指導(dǎo)，引進校外的3D打印、機器人或創(chuàng)客教育資源，我們的課程會呈現(xiàn)更高的水準和更佳的效果。

參考文獻：

趙呈領(lǐng)，趙文君，蔣志輝.面向STEAM教育的5E探究式教學(xué)模式設(shè)計[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，28（3）：106-112.