基于STEAM教育理念的課程體系重構(gòu)教學(xué)案例研究
——以《簡(jiǎn)易風(fēng)向標(biāo)》為例

周宗萍

（上海宋慶齡學(xué)校 上海 201700）

1 目前小學(xué)課程整合存在的問(wèn)題

2017年2月，教育部頒布《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，明確指出STEM是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，旨在以科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)四門(mén)學(xué)科的有機(jī)融合來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。目前，我國(guó)小學(xué)學(xué)科教育中仍存在著基礎(chǔ)課程有學(xué)科獨(dú)立性和自身特色，學(xué)科間缺乏聯(lián)系，課程項(xiàng)目式教學(xué)較少等問(wèn)題。由此，我國(guó)基礎(chǔ)教育改革應(yīng)開(kāi)始從課程為抓手，努力將基礎(chǔ)課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，研究課程體系重構(gòu)方式。STEAM教育理念強(qiáng)調(diào)將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行融合，以項(xiàng)目式教學(xué)作為基本方式展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)，給我國(guó)基礎(chǔ)教育改革提供參考。

但是，基于STEAM教育理念的課程體系重構(gòu)的模型是什么，如何對(duì)小學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，如何開(kāi)展項(xiàng)目式案例課堂教學(xué)、教師如何開(kāi)展STEAM課程項(xiàng)目教學(xué)，信息技術(shù)如何融入課堂等，都還存在很多亟待研究的問(wèn)題。因此，本研究以《簡(jiǎn)易風(fēng)向標(biāo)》課程內(nèi)容為例，利用3D打印技術(shù)的可操作性以及三維立體化教學(xué)方式，闡述對(duì)小學(xué)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行課程建構(gòu)方法及課堂實(shí)施方式和效果，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。

2 基于STEAM教育理念的課程體系重構(gòu)案例分析

本文使基于STEAM教育理念的進(jìn)行跨學(xué)科整合小學(xué)段學(xué)科知識(shí)內(nèi)容，以問(wèn)題為導(dǎo)向，通過(guò)項(xiàng)目式教學(xué)，用反向建構(gòu)方式組織設(shè)計(jì)3D打印風(fēng)向標(biāo)項(xiàng)目，在實(shí)踐操作中培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，促進(jìn)學(xué)生深刻理解所涉及的學(xué)科知識(shí)內(nèi)容。本案例設(shè)計(jì)時(shí)，在確定風(fēng)向標(biāo)項(xiàng)目后，根據(jù)風(fēng)向標(biāo)具體設(shè)計(jì)操作模塊，與數(shù)學(xué)、語(yǔ)文、英語(yǔ)、科學(xué)及信息技術(shù)老師討論在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中涉及的各學(xué)科課本中相關(guān)聯(lián)的知識(shí)內(nèi)容，確定本項(xiàng)目學(xué)科知識(shí)目標(biāo)及能力目標(biāo)，撰寫(xiě)教案并實(shí)施，如圖1所示。但是，由于能力導(dǎo)向的課程知識(shí)體系并非完整全面，考慮結(jié)合現(xiàn)有的課程結(jié)構(gòu)及其知識(shí)體系，下面將具體描述本3D打印風(fēng)向標(biāo)項(xiàng)目案例涉及的各學(xué)科課程知識(shí)內(nèi)容，課程實(shí)施方式及實(shí)施效果。

圖1：“3D建模與打印風(fēng)向標(biāo)”案例

2.1 課程內(nèi)容

本案例基于STEAM教育理念，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、合作交流能力、動(dòng)手操作能力、語(yǔ)言表達(dá)能力為主要目標(biāo)，圍繞解決如何測(cè)量風(fēng)的大小和方向問(wèn)題，追塑數(shù)學(xué)、科學(xué)、信息技術(shù)、語(yǔ)文、英語(yǔ)、美術(shù)學(xué)科知識(shí)，借助3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)《簡(jiǎn)易風(fēng)向標(biāo)》教學(xué)案例。本案例教學(xué)內(nèi)容共分為六個(gè)環(huán)節(jié)，分別是搜集資料、繪制風(fēng)向標(biāo)設(shè)計(jì)圖、小組分工建模、模型切片并打印、組裝調(diào)試使用、分享交流。在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，分別將信息技術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)、美術(shù)、語(yǔ)文和英語(yǔ)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)滲透其中，在課堂教學(xué)中運(yùn)用學(xué)科知識(shí)點(diǎn)完成風(fēng)向標(biāo)3D打印設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

2.2 課程實(shí)施

2.2.1 問(wèn)題導(dǎo)向，搜集解決辦法

課程開(kāi)始老師為學(xué)生提出如何測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)自身生活經(jīng)驗(yàn)探討制作風(fēng)向標(biāo)3D模型要素。學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)搜索風(fēng)速和風(fēng)向測(cè)量相關(guān)方法，教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何將風(fēng)速劃分等級(jí)，最后確定制作風(fēng)向標(biāo)。根據(jù)風(fēng)向標(biāo)3D模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能劃分，即風(fēng)向標(biāo)底座穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、測(cè)風(fēng)向的東南西北指針、測(cè)風(fēng)速箭頭，繪制設(shè)計(jì)圖形并建模。

2.2.2 小組合作，分工完成任務(wù)

小組合作討論共同繪制風(fēng)向標(biāo)設(shè)計(jì)圖，并標(biāo)注清楚每個(gè)部位尺寸，將模型進(jìn)行組成部分分割，小組同學(xué)分工任務(wù)共同使用3D建模軟件建模相應(yīng)功能部位。切片并打印模型后，小組共同組裝模型并測(cè)試風(fēng)向標(biāo)模型效果，最后進(jìn)行總結(jié)討論，匯報(bào)使用效果。

2.2.3 匯報(bào)總結(jié)，在反思中學(xué)習(xí)

本案例實(shí)施過(guò)程中，小組同學(xué)需要先匯報(bào)小組的風(fēng)向標(biāo)設(shè)計(jì)圖，分析設(shè)計(jì)風(fēng)向標(biāo)的功能特征、尺寸大小、色彩搭配、模型外觀、創(chuàng)新之處和操作可行性等。老師與同學(xué)指出模型優(yōu)缺點(diǎn)，提供修改建議，接著小組進(jìn)行二次修改，確定模型最后設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建模。模型測(cè)試完畢后，需要小組同學(xué)共同匯報(bào)測(cè)試結(jié)果，總結(jié)風(fēng)向標(biāo)模型制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法，完成模型過(guò)程中使用到的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生使用中文或英文匯報(bào)本項(xiàng)目的制作方法和最后試用效果及學(xué)習(xí)心得，在分享過(guò)程中能鍛煉學(xué)生語(yǔ)言組織表達(dá)能力，強(qiáng)化詞匯的使用。

2.3 課程效果

本案例基于STEAM課程融合理念，借助漢語(yǔ)和英語(yǔ)進(jìn)行語(yǔ)言表達(dá)，借助信息技術(shù)搜索有關(guān)風(fēng)速和風(fēng)向科學(xué)知識(shí)內(nèi)容，借助美術(shù)色彩搭配和造型設(shè)計(jì)美化風(fēng)向標(biāo)，可以非常緊密地銜接課程知識(shí)內(nèi)容。通過(guò)課堂觀察和訪談學(xué)生，總結(jié)本案例的實(shí)施在三個(gè)方面產(chǎn)生效果。

2.3.1 加深學(xué)生對(duì)多種類(lèi)型知識(shí)理解

本項(xiàng)目中涵蓋不同種知識(shí)類(lèi)型，基于原有的課程知識(shí)，如數(shù)學(xué)中角度變換、長(zhǎng)度單位、角的初步認(rèn)識(shí)等，學(xué)生們利用課內(nèi)學(xué)習(xí)的3D建模技術(shù)及此類(lèi)應(yīng)用型知識(shí)對(duì)圖形進(jìn)行布爾加減運(yùn)算，最后完成風(fēng)向標(biāo)設(shè)計(jì)。在建模過(guò)程中，立體圖形布爾加減運(yùn)算不屬于數(shù)學(xué)課本知識(shí)內(nèi)容，屬于探究性知識(shí)。實(shí)驗(yàn)中劃分風(fēng)速大小等級(jí)，不屬于科學(xué)課程內(nèi)容預(yù)期的知識(shí)范疇，而是屬于本項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中的生成型知識(shí)。項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生能掌握探究型知識(shí)、生成型知識(shí)及應(yīng)用型知識(shí)，可以將難以理解的空間概念具體化。

2.3.2 培養(yǎng)學(xué)生綜合能力

學(xué)生在參考簡(jiǎn)單的風(fēng)向標(biāo)造型設(shè)計(jì)圖時(shí)，會(huì)嘗試增加白鴿造型等立體圖形，加強(qiáng)風(fēng)向標(biāo)設(shè)計(jì)感，有部分學(xué)生會(huì)嘗試使用細(xì)線代替指針，這是學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的展現(xiàn)。組裝模型時(shí)，學(xué)生動(dòng)手將模型的組成部分進(jìn)行組裝并實(shí)驗(yàn)試用，并對(duì)模型進(jìn)行上色裝飾，可以有效訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手操作能力。修改并匯報(bào)，在完整的項(xiàng)目式教學(xué)中，學(xué)生小組合作交流確定模型形狀，使用英文或者中文匯報(bào)作品，訓(xùn)練并提高學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)能力。切片并打印作品進(jìn)行組裝，其中有同學(xué)發(fā)現(xiàn)自己打印出的模型圓柱體嵌套時(shí)，大小尺寸不合適，出現(xiàn)無(wú)法組裝各組成部分及放在地上不平穩(wěn)的問(wèn)題。在操作過(guò)程中，學(xué)生會(huì)進(jìn)行自我反思是何原因?qū)е虏黄椒€(wěn)問(wèn)題，并積極思考解決辦法，可以提高學(xué)生問(wèn)題解決能力。

2.3.3 加強(qiáng)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)緊密銜接

本案例從搜索相關(guān)資料、設(shè)計(jì)模型、打印調(diào)試模型到最后匯報(bào)總結(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)中，涵蓋多門(mén)學(xué)科具體知識(shí)點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間相互銜接，學(xué)科知識(shí)遷移。小學(xué)段每門(mén)學(xué)科知識(shí)獨(dú)立性較強(qiáng)，雖然有本課程自身知識(shí)連貫性及難易度螺旋性上升，但是學(xué)科與學(xué)科之間知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系較為松散。本研究以項(xiàng)目式教學(xué)方式，將學(xué)科間碎片化知識(shí)用生動(dòng)形象的方法將學(xué)生碎片化知識(shí)進(jìn)行整合，加強(qiáng)學(xué)科間聯(lián)系，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)并構(gòu)建對(duì)知識(shí)的完整理解。

3 思考與建議

3.1 以解決問(wèn)題為導(dǎo)向，確定教學(xué)內(nèi)容

小學(xué)段學(xué)科教學(xué)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，如何運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決生活問(wèn)題非常值得深入研究。對(duì)于課程內(nèi)容的確定，需要引導(dǎo)學(xué)生注意觀察生活中存在的問(wèn)題，運(yùn)用信息技術(shù)搜集探討解決方法。本研究從生活實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，最終確定課程主題即解決測(cè)量風(fēng)向和風(fēng)速問(wèn)題。

3.2 以“六環(huán)節(jié)”結(jié)構(gòu)為載體，設(shè)計(jì)課程結(jié)構(gòu)

課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)共分為六環(huán)節(jié)，分別為搜集信息、繪制設(shè)計(jì)圖、建模、打印組裝、測(cè)試改進(jìn)、分享交流，任何3D打印項(xiàng)目式教學(xué)均可仿照這六環(huán)節(jié)進(jìn)行修改和調(diào)整，完整的課程結(jié)構(gòu)可為更多的3D打印教學(xué)項(xiàng)目做參照。本研究六環(huán)節(jié)課程結(jié)構(gòu)從尋找解決問(wèn)題方法、嘗試解決問(wèn)題、模擬實(shí)驗(yàn)到課程結(jié)束的交流匯報(bào)，其中強(qiáng)化訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計(jì)能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、創(chuàng)新能力、動(dòng)手操作能力和合作交流能力。

3.3 以小組合作為手段，組織課程實(shí)施

以小組合作方式展開(kāi)課堂教學(xué)，可以提高學(xué)生交流溝通能力，能讓學(xué)生在探討問(wèn)題中進(jìn)行知識(shí)轉(zhuǎn)移和內(nèi)化?？梢罁?jù)3D打印項(xiàng)目結(jié)構(gòu)數(shù)量確定小組人數(shù)，每組二至三人最為合適，能讓每位學(xué)生承擔(dān)適量任務(wù)，推進(jìn)課程開(kāi)展。學(xué)生在交流溝通中，會(huì)存在信息搜集的重復(fù)性問(wèn)題，教師可先將3D打印項(xiàng)目進(jìn)行分割，再由學(xué)生進(jìn)行自主討論，確定自我任務(wù)，共同完成項(xiàng)目。

4 結(jié)語(yǔ)

基于STEAM教育理念反向建構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，能有效喚醒學(xué)生先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，能更有效地促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)化和知識(shí)創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，提升學(xué)生信息素養(yǎng)。本研究力求探索課程教學(xué)改革新方法，為STEAM教師課堂教學(xué)方式及教學(xué)內(nèi)容組織提供參考。學(xué)科課程重構(gòu)對(duì)老師綜合學(xué)科素養(yǎng)要求較高，需要投入更多師資力量，需要更多不同學(xué)科老師共同協(xié)作深入研究，才能開(kāi)發(fā)出符合STEAM教育理念的項(xiàng)目教學(xué)案例。