梁靈輝

摘? ?要 教育部在2017年發(fā)布的新修訂課程標準中，倡導(dǎo)基于STEAM的跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式。目前對于STEAM課程整合的研究尚少，尤其是基于全學(xué)科的整合研究。STEAM課程開發(fā)模型，分析了四種課程來源，每種課程來源嵌套三種課時形態(tài)，共形成十二種基本的課程組態(tài)。該模型可對各個學(xué)科進行有效整合，并提升STEAM課程開發(fā)效率。

關(guān)鍵詞 STEAM? 課程開發(fā)? 模型

美國教育課程改革的重點就在于對STEAM課程的關(guān)注與發(fā)展，即一種以科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）五個要素整合而成的新型課程形態(tài)。我國教育參考并開展了STEAM教育，來促進課程改革。在2017年發(fā)布的新修訂課程標準中，小學(xué)科學(xué)、高中化學(xué)、高中生物、高中信息技術(shù)、高中通用技術(shù)等均倡導(dǎo)基于STEM或STEAM的跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生面向真實情境的問題解決能力。

目前國內(nèi)對于STEAM教學(xué)案例開發(fā)，以及基于全學(xué)科的STEAM課程整合等均缺乏相應(yīng)研究。由于STEAM課程正處于發(fā)展的初始階段，教育工作者對課程整合方式研究尚少，有必要開展基于STEAM的課程開發(fā)模型研究。形成適合于STEAM課程開發(fā)的模型，為教師提供教學(xué)參考，可有效推進基于STEAM的課堂教學(xué)。

本文結(jié)合STEAM課程開發(fā)實踐，梳理了課程內(nèi)容的四個來源：地方特色、傳統(tǒng)文化、科技創(chuàng)新、項目平移等。形成了課程實施的三種形態(tài)：以1課時為單位的微項目，以4課時為單位的短項目，以16課時為單位的長項目，如圖1所示。

一、課程開發(fā)類型

1.地方特色類

該類STEAM課程開發(fā)目標，旨在結(jié)合地方特色與地方經(jīng)濟，為地方特色經(jīng)濟發(fā)展起助推作用?；诋a(chǎn)業(yè)了解對應(yīng)職業(yè)的特點，培養(yǎng)學(xué)生的生涯規(guī)劃能力。同時培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力，提高自我決策能力以及對自己未來進行規(guī)劃的意識和能力，形成較強的職業(yè)意識及職業(yè)探索興趣。

地方特色課程包含了較多的技術(shù)性課程，主要有兩方面的來源。一是基于地理位置，如臺州市第一中學(xué)，該校與椒江區(qū)職業(yè)中專僅一墻之隔，學(xué)校充分利用職業(yè)中專在技術(shù)培訓(xùn)及場地上的優(yōu)勢，開發(fā)了3D造型、機器人、金屬工藝等“普職融通”課程，作為學(xué)?？萍冀逃膯⒚身椖浚谌雽W(xué)校的STEAM教育體系。二是基于地方經(jīng)濟，如溫嶺市大溪中學(xué)周邊水泵產(chǎn)業(yè)發(fā)達，學(xué)校開發(fā)了結(jié)合水泵的STEAM課程“泵韻”。以水泵為載體，研究水泵的運行、表面處理、水泵的進出水閥設(shè)計、外殼造型、水泵組裝與控制等知識。

2.傳統(tǒng)文化類

該類STEAM課程開發(fā)目標，旨在了解古代的科技發(fā)展，傳承優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化。同時培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)、探究意識和興趣，能自主制定方案，綜合運用各學(xué)科知識，解決實際問題的能力。通過項目學(xué)習(xí)了解傳統(tǒng)文化的發(fā)展過程，形成較強的社會責任感。

傳統(tǒng)文化中的各種項目具有濃厚的人文底蘊，包含了較多的技術(shù)性項目并具有一定的科學(xué)原理。主要有三方面來源：一是傳統(tǒng)建筑，如傳統(tǒng)的梁拱結(jié)構(gòu)橋、亭臺樓閣、廟宇古塔等，臺州市路橋中學(xué)以傳統(tǒng)的梁橋、拱橋等為載體，開發(fā)了STEAM課程“橋梁欣賞與模型制作”;二是傳統(tǒng)手工藝，如榫卯結(jié)構(gòu)、石木窗格等，臺州中學(xué)以傳統(tǒng)榫卯、斗拱等結(jié)構(gòu)為載體，研究木結(jié)構(gòu)的設(shè)計與加工過程，開發(fā)了STEAM課程“精巧木結(jié)構(gòu)探究與設(shè)計”;三是傳統(tǒng)器具，如水車、風車、投石機等。

3.科技創(chuàng)新類

該類STEAM課程設(shè)置目標，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、基于真實情境下的問題解決能力。同時培養(yǎng)學(xué)生觀察生活、善于思考、勤于動手的習(xí)慣，能運用跨學(xué)科知識解決實際問題的能力，形成較強的技術(shù)敏感性。

課程內(nèi)容主要有兩個來源：一是部分學(xué)校在開展小創(chuàng)造小發(fā)明上積累的案例，這些項目簡單易操作，跨學(xué)科整合特征明顯，并能鍛煉學(xué)生的思維能力與動手能力，如臺州學(xué)院附中以科技創(chuàng)新項目為載體，形成了各具特色的STEAM項目;二是借鑒各類媒體的創(chuàng)造發(fā)明類欄目，如中央電視臺的《我愛發(fā)明》《小發(fā)明解決大問題》等相關(guān)欄目，這些項目經(jīng)過適當提煉，均能轉(zhuǎn)化為適合在學(xué)校開展的STEAM課程資源。

4.項目平移類

該類STEAM課程設(shè)置目標，旨在借鑒國外優(yōu)秀及成熟的STEAM項目，為教師開發(fā)校本化的項目提供參考，為學(xué)校的STEAM課程體系建設(shè)提供前期支撐。

課程內(nèi)容主要來自美國等STEAM教育先行國家，這些國家在STEAM教育方面進行了先期探索，形成了較多體系化強、具有一定適應(yīng)性的項目，這些項目通過國外專家的培訓(xùn)對接，即可平移至國內(nèi)學(xué)校，經(jīng)過一定時間的消化吸收后，可以形成適合學(xué)校開展STEAM教學(xué)的校本化項目。如浙江省推行的中國-印第安納州STEAM項目平移工程，采用外籍教師項目分析、教學(xué)示范、平移學(xué)校參與討論等形式，利用暑假約兩個星期的時間進行項目對接，部分項目已進入中小學(xué)校的拓展課程體系。

二、課程開發(fā)形態(tài)

1.微項目課程

微項目課程為最基本的項目單元，設(shè)計為1個課時內(nèi)完成。項目分為探究、設(shè)計、物化、評估四個環(huán)節(jié)，各個環(huán)節(jié)對應(yīng)STEAM的五個不同維度，并按環(huán)節(jié)不同各有側(cè)重。探究環(huán)節(jié)重在了解前置知識，科學(xué)原理、人文與歷史知識;設(shè)計環(huán)節(jié)側(cè)重方案設(shè)計與篩選、數(shù)學(xué)建模等內(nèi)容;物化環(huán)節(jié)主要側(cè)重技術(shù)加工、工程制作等內(nèi)容;評估環(huán)節(jié)側(cè)重培養(yǎng)工程思維，滲透人文素養(yǎng)。微項目課程是STEAM課程設(shè)計中的基本單元，大部分長項目與短項目均可分解成對應(yīng)的微項目。

2.短項目課程

短項目課程屬常見的STEAM單個項目形態(tài)，項目設(shè)計為4課時，項目對應(yīng)的各個課時分解至STEAM的五個維度中，并按課時不同設(shè)計各有側(cè)重。探究課時重在研究項目的人文歷史特點及科學(xué)原理;設(shè)計課時重在引導(dǎo)技術(shù)設(shè)計及數(shù)學(xué)建模能力;物化課時重在培養(yǎng)工程思維及提高技術(shù)能力;評估課時重在培養(yǎng)產(chǎn)品意識及人文素養(yǎng)。部分短項目課程中的獨立課時，也可按微項目課程結(jié)構(gòu)進行分解，對應(yīng)至STEAM的五個維度中。

3.長項目課程

長項目課程設(shè)計16課時，分解為4個短項目，每個項目4個課時，各個項目及課時可參照短項目課程，分解至STEAM的五個維度中，并按載體不同各有側(cè)重。長項目課程結(jié)構(gòu)的4個短項目，可采用兩種形式組織：一是遞進式結(jié)構(gòu)，設(shè)計四個同一來源且關(guān)聯(lián)性較強的短項目，項目難度逐漸提升，教學(xué)過程中須按順序開展短項目的學(xué)習(xí);二是組合式結(jié)構(gòu)，設(shè)計四個同一來源但無關(guān)聯(lián)度的不同項目，每個項目構(gòu)成獨立的短項目，教學(xué)過程中可單獨開展部分短項目的學(xué)習(xí)。

三、課程開發(fā)模型應(yīng)用

1.長項目傳統(tǒng)文化類課程

“STEAM課程—橋梁模型”以傳統(tǒng)建筑中的各類橋梁為主體。課程采用長項目結(jié)構(gòu)，參照如圖4所示的課時模型，采用遞進式長項目結(jié)構(gòu)，從易至難設(shè)計梁橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋等4個短項目，每個項目設(shè)計4個課時，項目共計16個課時對應(yīng)STEAM的五個維度。

橋梁模型以歷史中最早出現(xiàn)的梁橋作為知識探究項目，較具文化特點的拱橋作為引入項目進行教學(xué)，懸索橋、鋼架橋等橋梁則作為主體項目，后期的斜拉橋作為拓展項目開展。通過各類橋梁模型的學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生在產(chǎn)品設(shè)計過程中的責任意識。

2.長項目地方經(jīng)濟類課程

“STEAM課程—設(shè)計與實踐”以臺州“七大千億”產(chǎn)業(yè)集群為切入點，采用無人機、新能源汽車、智能馬桶、家用縫紉機等項目，形成了適合開展STEAM的四個短項目，這四個項目形成組合式的STEAM長課程。每個短項目再采用如圖3所示的課時模型，在4個課時內(nèi)整合STEAM的五個維度。如無人機項目，探究環(huán)節(jié)有基于對飛行器發(fā)展歷史等人文方面的認識，伯努利原理、無線通訊、慣性法則、作用力與反作用力等科學(xué)方面的研究;設(shè)計環(huán)節(jié)分析了無人機的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、動力搭配、四軸飛行器的方向控制等;物化環(huán)節(jié)完成了激光雕刻、無人機組裝等過程;評估環(huán)節(jié)對完成的無人機進行測試，采用的測試方法包括通訊測試、力效測試、抗干擾測試等。

3.微項目科技創(chuàng)新類課程

北京師范大學(xué)臺州附屬高級中學(xué)以小發(fā)明項目為基礎(chǔ)，形成了以微項目為基礎(chǔ)的STEAM課程。如“老人防摔氣囊”案例，采用微項目結(jié)構(gòu)，結(jié)合如圖2所示的課時模型，該項目在1個課時內(nèi)整合STEAM的五個維度。探究環(huán)節(jié)有基于對超重失重原理的分析，設(shè)計環(huán)節(jié)滲透了設(shè)計草圖繪制，方案篩選等技術(shù)設(shè)計過程，物化環(huán)節(jié)采用壓力傳感器、三極管及氣囊等材料，制作成簡易的老人防摔保護裝置，評估環(huán)節(jié)還有基于工程的測試及改進過程。裝置中的壓力傳感器檢測壓力，傳感器在失重時會檢測不到壓力，此時氣囊會及時彈出，避免老年人直接摔在地面上。通過小發(fā)明與小創(chuàng)造載體的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維及問題解決能力。

4.短項目平移項目類課程

臺州市黃巖第二高級中學(xué)以美國印第安納州的平移項目為載體，進行校本化開發(fā)后，形成了“VEX掃地機器人”的STEAM項目。該課程采用短項目結(jié)構(gòu)，結(jié)合如圖3所示的課時模型，在4課時內(nèi)整合STEAM的五個維度，探究環(huán)節(jié)分析了機器人所處的工作環(huán)境、本身的功能需求，研究了輪胎、齒輪、軸、梁、鏈條等機械裝置，設(shè)計環(huán)節(jié)要求學(xué)生從數(shù)學(xué)角度分析速度與機械結(jié)構(gòu)、電機功率、扭矩之間的關(guān)系，設(shè)計合適的傳動裝置;物化環(huán)節(jié)采用了VEX機械套裝，讓學(xué)生在真實情境中體驗機器人搭建和程序編寫的過程;評估環(huán)節(jié)采用了三種測試手段，吸力測試、穩(wěn)定性測試、避障測試等工程測試方式。通過真實世界中的問題解決，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。

本文提出了STEAM課程開發(fā)的四條途徑與三種形態(tài)，這種嵌套式二級結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了十二種課程開發(fā)組態(tài)，以STEAM的各個維度為內(nèi)容目標，形成了STEAM課程開發(fā)的適宜模式。該模型用于開發(fā)STEAM課程，可有效進行課程整合，開發(fā)出適合開展STEAM教學(xué)的案例，可直接與教學(xué)相結(jié)合。該模型的應(yīng)用不僅能提升教師的課程開發(fā)能力，還能提高教師跨學(xué)科教學(xué)水平。采用該結(jié)構(gòu)開發(fā)的STEAM課程，具有一定的指向性與操作性。

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【責任編輯? 鄭雪凌】