從教材中挖掘小學STEAM項目式學習研究

摘 要：本文采用教材項目“用紙造一座‘橋”開展STEAM融合教學，即讓學生分組制作一個跨越35厘米寬的“峽谷”，寬度大于10厘米，能承載200克重的“車輛”的橋梁。此次項目學習包括項目猜想、紙橋設計、解決制作問題等環(huán)節(jié)，最后合作展示成果。學生通過項目學習完善了專業(yè)知識，增強了合作能力。教師應在這個過程中指導小組合作，評價小組合作情況，指導學生解決實際問題，輔助學生完成項目活動。

關鍵詞：STEAM教育;項目式學習;小學教育

中圖分類號：G420? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-624X（2020）32-0028-02

引 言

STEAM教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）、數(shù)學（Mathematics）教育體系組合成的多學科整合性教育，利用創(chuàng)設情境引出基于問題學習、項目學習、工程設計學習的跨學科融合教育。有學者認為，STEAM教育不是一門嚴格的課程，而是面對問題時具體的綜合知識的應用能力，是學科知識、生活經(jīng)驗和學習者中心三者整合而成的能力取向[1]。

項目式學習（Project-based learning，簡稱PBL），是以建構主義理論為指導，以學科的概念和原理為中心，以項目作品制作展示為目的，以真實問題為驅動，借助多種資源開展探究活動，一定時間內解決真實復雜問題的一種新型探究性學習模式。美國學者巴克將項目式學習描述為一套系統(tǒng)的教學方法，是對復雜、真實問題的探究過程，也是將要學習的內容設計成特殊的任務，讓學習者在一定的時間內運用所學知識，學習所需知識，致力將任務完成，從而達到知識學習、技能掌握、學以致用的目的。在實際的探索實踐中，項目式學習以小組合作的方式進行規(guī)劃和解決項目任務。項目式學習有一定的模式，主要由以教材、習題及學生疑問為導向的項目導入，基于學生知識水平的科學猜想，設計小組項目任務及修正任務的項目實施，成果展示交流，包含自我評價、相互評價及教師點評的項目評價等環(huán)節(jié)構成，具體環(huán)節(jié)可以根據(jù)項目需求進行適當調整。

一、“用紙造一座‘橋”項目的導入

項目取自教科版小學六年級上冊“形狀與結構”單元“用紙造一座‘橋”，項目簡單易行，適合初次接觸項目學習的學生。項目內容：在規(guī)定時間，用一張報紙、少量膠帶建造一座“橋”;材料為一張報紙，報紙薄而柔軟，能造一座“橋”嗎？要求“橋”能跨越35厘米寬的“峽谷”，寬度大于10厘米，能承載200克重的“車輛”。

基于《小學科學課程標準（2017版）》的學習要求，工程由多個系統(tǒng)構成，學生需要利用攝影、錄像、文字與圖案、繪圖或實物來表達創(chuàng)意與構想，將簡單的創(chuàng)意轉化為模型或實物。實施該項目的實際群體為小學六年級學生，工程活動符合該年齡段學生的學習需求。針對此次項目式學習，教師可利用小組合作模式，引導學生設計一系列橋梁方案，鞏固工程技術知識點，達到強化學生探究學習意識、提高學生探究能力的目標。

二、“用紙造一座‘橋”的科學猜想

科學猜想或假設是科學探究的重要環(huán)節(jié)。學生在提出猜想或假設的同時，需要掌握框架結構知識和原理及橋梁結構知識，通過猜測預判項目實施過程中可能遇到的困難，想方設法地改變報紙材質軟的特性。瓦楞狀能夠增強橋梁的抗彎曲能力，但瓦楞狀橋面不美觀，如何設計才能使其更美觀;拱形結構可以增強橋梁的跨度，能否將橋面設計成橋下拱或者橋上拱的形狀，以達到35厘米橋面跨度的要求;報紙、膠帶如何使用才能達到最大限度的節(jié)約等。猜測的過程提高了學生自主學習及思辨的能力，讓學生學會了科學猜測并制訂可行性方案。

學生對項目的猜想集中在以下幾個方面：（1）報紙很軟，折疊改變它的形狀能否增強紙硬度？（2）瓦楞狀能夠增強抗彎曲能力，瓦楞狀橋面是否可行？（3）拱形結構可增強橋梁跨度，能否將橋面設計成橋下拱或者橋上拱，以達到35厘米橋面跨度的要求？（4）如何使用最少的材料達到最強的承重能力？

三、“用紙造一座‘橋”的項目實施過程

1.項目準備

（1）分組安排

項目要求學生具備思辨、動手、組織、合作能力。成員按照“組間同質、組內異質、優(yōu)勢互補”的原則進行分組。組內學習能力較強的A學生擔任組長，需具備項目要求的所有能力，或者具備組織能力與合作能力;搭配的B、C、D成員有其中一項能力即可，以防小組合作中一人獨挑大梁，違背合作初衷。優(yōu)勢組合是四人各具備1～2項能力，達到優(yōu)勢互補。教室座位擺成田字形，以便四位學生設計圖紙及制作。小組合作是項目實施重點考核的內容，小組合作考評參見項目評價及評價標準。

（2）材料準備

STEAM教育理念下的項目學習需要考慮學生探究項目內容的意義和真實性及情境學習的重要性。學生只有在真實情境或貼近真實情境中開展有意義的學習，才更能促進其對所學內容進行意義建構和知識遷移。真實情境下的項目學習設計會涉及多學科知識，需要利用工程造價、數(shù)學計算、藝術審美、語言表達等各種技能，充分調動學生的各項技能，如數(shù)學繪圖及計算能力、語文語言表達能力、美術藝術鑒賞能力等。項目實施初期，筆者還出示了大量的橋梁模型及對應橋梁實物圖片，幫助學生建立信心。每組準備1張報紙、1卷膠帶、1把尺子、鉛筆等工具，教室還配備彩筆、訂書機等特殊工具。

2.項目操作

（1）紙橋設計圖

項目需掌握工程知識：瓦楞橋面、空心圓柱增加材料厚度，可有效增強橫梁抗彎曲能力;采用拱形設計可增加橋梁的跨度、增強橋面的抗彎曲能力等。學生可充分利用所學知識和創(chuàng)新思維繪制出圖紙。小學高年級學生參與項目學習，其態(tài)度有別于大、中院校學生，組織活動時更多是以適合兒童的游戲式情境項目展開。小學生現(xiàn)場設計圖紙有別于工程師，其模樣更像草稿圖，需教師在旁指導修正圖紙，以繪制出最佳橋梁設計圖紙。

下面，筆者對某組學生的設計圖展開分析。

材料：橋面：長35cm、寬10cm的長方形報紙×2;長35cm、直徑1cm的圓柱×4;橋墩：長3cm，直徑1cm的圓柱×4;橋墩加固：長8cm、直徑1cm的細圓柱×2。

橋面設計方案：將4個圓柱體平行間隔一定距離排列，用平面報紙上下包裹;將4根橋墩固定在橋底四角;將2根細圓柱粘在橋墩之間（寬的位置）。

經(jīng)過教師指導，學生修改后的圖紙設計如下。

材料：橋面：長35cm、寬10cm的長方形報紙×2;長35cm、直徑1cm的圓柱×9;橋墩：長3cm、直徑1cm的圓柱×4;橋墩加固：長35cm，直徑1cm的圓柱×2;長8cm，直徑1cm的圓柱×2。

修改后的圖紙設計增加了長35cm，直徑1cm圓柱的數(shù)量，并聯(lián)做成橋面，增強橋面的抗彎曲能力;同時加固橋墩穩(wěn)定性結構，增強橋的承重能力。

（2）紙橋制作

小組任務：組長按照小組設計的圖紙協(xié)調組員制作。由于實際操作中遇到的問題比項目猜想的問題多，組員之間需要相互配合，共同討論，修改原圖紙以達到最佳設計效果。組長對組員進行活動考評，增加組員參與度，增強合作能力。以上文紙橋圖紙設計的小組為例，學生按照圖紙進行操作，在實際操作中發(fā)現(xiàn)加固的方式仍然不能滿足橋面承載200克“車輛”的要求，因此小組討論后又在橋面下增加了一個拱形，用以增強橋面的承重能力。橋下拱是將長40cm、寬4厘米的3個長方形對折成的1cm寬的長條，分別加固在長方形的橋面下端。

教師任務：協(xié)助小組完成任務，對圖紙存在問題的小組予以指導，在實際操作中針對小組無法解決的問題幫助其分析并解決。小組在得到教師指導后的設計圖仍然不能完成模型時會失去信心，因此教師的項目指導需要實時跟進。教師還需對組長進行考評，化解小組的內部矛盾，保障紙橋高效完成。

對紙橋進行測試橋體結構，若作品合格，可讓學生準備成果展示與交流。若不符合要求，學生修改設計再次制作，但時間仍為40分鐘，時間不足的可課后完成。

3.“紙橋”展示與交流

學生作品展示與交流是項目高潮，介紹項目設計理念、遇到困難及解決方法，有助于學生全面掌握工程技術原理，培養(yǎng)其良好的問題解決能力。教師可鼓勵學生借助分析問題、組織語言的形式，充分展示STEAM融合教育理念的優(yōu)勢，這有利于培養(yǎng)學生獨立思考、敢于質疑、尊重事實、勇于創(chuàng)新的意識和能力。

學生展示作品，先測量橋拱寬度、橋面寬度、承重能力，后闡述設計理念與活動感受。學生評委參考紙橋評價標準：“橋”能跨越35厘米寬的“峽谷”，寬度大于10厘米，能承載200克重的“車輛”即為合格，其中結構簡單、造型美觀的可以評為優(yōu)秀，其余則為不合格。

4.項目評價及評價標準

STEAM教育理念項目式學習采用多維度評價。項目評價除對項目成果進行評價外，還要關注過程性評價。評價內容包括學生表現(xiàn)、科學思維探究能力、小組協(xié)作、人際溝通、問題解決等方面。

“紙橋模型”項目實施階段從三方面評價：（1）服從組長的工作安排，認真完成自己的任務;（2）積極思考，勇于創(chuàng)新，提出探究設計新方案;（3）分工合作，有團隊合作意識。優(yōu)秀成員能服從組長安排，并協(xié)助其他組員完成任務，能提出新的質疑及解決方案，團隊合作意識強;合格成員基本完成項目任務，有創(chuàng)新意識但無創(chuàng)新成果，有一定的合作意識;不符合以上情況的為不合格成員。

“紙橋模型”項目展示交流評價階段主要從兩個方面進行：（1）現(xiàn)場展示橋梁模型;（2）對他人的項目進行評價并提出建議。制作精美、評價全面、建議中肯的評為優(yōu)秀項目;制作一般，僅部分評價，但有一定建議的評為合格項目;不符合以上情況的為不合格項目。

結 語

教師應利用STEAM教育全面提升學生的綜合素質。將項目式學習融入小學高年級科學教學，使學生通過項目學習掌握工程技術知識。項目式學習強調“在做中學”，注重學生研究型學習的實踐，能有效提高學生的創(chuàng)新能力和操作能力。筆者相信，隨著STAEM融合教育在項目式學習中的發(fā)展，其必將給傳統(tǒng)教學注入生機。

[參考文獻]

吳忭，王戈，盛海曦.認知網(wǎng)絡分析法：STEM教育中的學習評價新思路[J].遠程教育雜志，2018（06）：3.

基金項目：本文系蘇州市吳江區(qū)第八批學年課題“STEAM教育理念下小學高年級科學課項目式學習的設計與應用研究”（立項號：0819YXZ0692）的成果。

作者簡介：陳玲娟（1986.10—），女，江蘇蘇州人，碩士研究生，二級教師，研究方向：科學項目式學習。