“SIMPS”初中STEAM課程教學模式探究

魏曉風 曾祥明 陳浩 沈迪

目前，雖然我國在中小學逐步普及了3D打印、開源硬件、編程、機器智能等各種類型的STEAM教育內(nèi)容，但STEAM教育的發(fā)展還處在起步階段，仍存在諸多問題：①對STEAM概念理解不清，理論研究欠缺，開展經(jīng)驗不足，實踐中出現(xiàn)盲目照搬套用現(xiàn)象。②對STEAM教育在國家發(fā)展中的戰(zhàn)略地位認識不夠充分。STEAM課程還未列入國家課程計劃的必修課或常態(tài)課程教學中，許多學生未能接觸到真正的STEAM教育。③缺少優(yōu)質(zhì)課程、教學模式和良好師資的支持。④缺乏STEAM教育評價方式，能力培養(yǎng)模式也受到質(zhì)疑。

筆者所在學校作為區(qū)屬公辦品牌標桿初中學校，應對當下時代發(fā)展對人才的新需求，結(jié)合STEAM教育的理念，開展了STEAM教育，著力培養(yǎng)學生科學、技術(shù)、數(shù)學、工程等跨學科綜合素養(yǎng)能力。筆者在教學實踐中，針對上述問題，從STEAM教育缺乏優(yōu)質(zhì)課程，缺少教學模式經(jīng)驗，以及人才培養(yǎng)的新要求等角度，進行項目式學習的初中STEAM課程教學探究，設計構(gòu)建以學生為中心的“SIMPS”教學模式，并結(jié)合校本活動讀本《探究虎門大橋的“舞動”》一課進行教學分析，以期為STEAM教育的開展與實踐提供新的研究視角。

● 項目式學習與STEAM教育的結(jié)合

“以問題來組織學習過程”的項目式學習形式，對培養(yǎng)學生的科學探究精神、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、溝通協(xié)作能力等有重要意義，且與STEAM教育理念契合，所以被認為是開展STEAM教育的有效實施方式，也因此，結(jié)合項目式學習進行STEAM課程的教學研究，具有科學性和研究價值。

● “SIMPS”教學模式的設計構(gòu)建

筆者遵循初中生的認知發(fā)展特征，結(jié)合項目式學習的理念，并參考了綜合實踐學科的價值體認、責任擔當、問題解決、創(chuàng)意物化的教學目標，構(gòu)建了以學生為中心的“SIMPS”教學模式，其中包括情境創(chuàng)設（Situation）、探究學習（Inquiry）、創(chuàng)意造物（Model building）、展示分享（Performance）、總結(jié)評價（Summary）等環(huán)節(jié)，涉及教學內(nèi)容設計、教學實施設計、教學總結(jié)評價設計三大類（如下頁圖1）。

1.教學內(nèi)容設計（S）

課程主題影響著情境創(chuàng)設以及內(nèi)容實施，所以主題及情境創(chuàng)設應貼近學生的生活，只有讓學生覺得有意思、有價值，才能吸引他們進行學習。筆者認為，可以多角度、多視野、分類別篩選主題，如突出佛山傳統(tǒng)文化傳承類的主題，就可分為傳統(tǒng)手工藝（如陶藝、版畫等）、傳統(tǒng)家具、傳統(tǒng)民居建筑（如清暉園、祖廟）等，這是融入地方特色的主題選取，也可從建筑、交通、農(nóng)業(yè)等工程大類進行主題選取。另外，內(nèi)容的設計還應該站在更高的層面去融合多學科的知識，做到真正地綜合性地學習與解決問題。

2.教學實施設計（I、M）

STEAM教學實施可以是課堂里的教學，也可以是學生社團、興趣小組和校外研學等;學習的場所也可不局限在教室，可通過活動體驗、情境模擬、參觀調(diào)查、角色扮演、實驗操作等形式，讓學生走出教室，進行學習體驗、行為體驗和內(nèi)心體驗，豐富的實踐活動能促進學生在學習中體驗，在體驗中成長;造物過程中的形式和手段也可多樣，如手工制作、圖紙繪畫、3D打印等，通過作品設計，制作成型，實物檢測、完善總結(jié)的過程，讓學生將所思所想付諸實踐，鍛煉他們的藝術(shù)設計與動手實踐能力。

3.教學總結(jié)評價設計（P、S）

因為STEAM課程教學沒有統(tǒng)一的評測標準，所以評價是難點。筆者認為，STEAM教學評價應該多元化、多角度，不僅要關(guān)注學習結(jié)果的評價，還應關(guān)注過程性評價和表現(xiàn)性評價，評價主體也不局限于老師，還可以是同學、小組、家長、社區(qū)等。例如，教學評價設計可分為：①學習效果評價。項目式學習是探究、造物的過程，過程中會形成小組的實驗記錄、作品，制作相應的評分量表、記錄表、思維導圖等，將這些成果可視化，成為評價小組學習效果的依據(jù)。②學習能力評價。STEAM教育更高的意義在于培養(yǎng)學生的能力，但準確測量能力很難。教師可借助可視化成果來評價學生完成作品的創(chuàng)新度和理想度，也可以利用較權(quán)威、較有科學性的能力量表進行數(shù)據(jù)分析，如測試學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，可以利用國際上公認的權(quán)威的威廉斯創(chuàng)造力傾向測量表進行前后測試來收集數(shù)據(jù)，相對科學地分析和驗證能力培養(yǎng)效果的評價。③學習協(xié)作評價。在項目式學習中，一般是以小組為單位進行協(xié)作探究學習，因此，教師可利用小組評價量規(guī)的形式，進行他評、自評等，獲取學生的學習情況。

因此，只有合理地進行教學評價設計，才能更好地促進與激勵學生的學習成長，真正體現(xiàn)STEAM教育培養(yǎng)的意義。

● “SIMPS”教學模式的實施

根據(jù)“SIMPS”教學模式，筆者以校本活動讀本《探秘虎門大橋的“舞動”》一課為例，進行教學設計與實施分析，希望能為STEAM課程教學提供案例參考和借鑒。

1.情境創(chuàng)設（S）

本項目以橋梁為主題，教學目標是讓學生了解和學習橋梁結(jié)構(gòu)與簡易制作。在設計本項目時，筆者利用2020年五一勞動節(jié)期間的熱點新聞“虎門大橋封橋”事件創(chuàng)設情境，設置虎門大橋“舞動”的懸念，激發(fā)學生的好奇心，吸引他們深入探究和學習。在學習內(nèi)容上增加了物理學的氣流和氣壓、渦振現(xiàn)象的知識，學生在學習過程中還了解了空氣動力學泰斗、“兩彈一星”之父錢學森的導師卡門的故事，拓展了人文藝術(shù)知識。整個教學富有趣味性、科學性和人文氣息。

2.探究學習（I）

本項目在探究學習中開展多形式的活動體驗：①探究“渦振現(xiàn)象”的知識，通過小組協(xié)作進行兩個快速實驗，體驗氣流與氣壓的物理學知識，從而舉一反三，分析研究出“渦振現(xiàn)象”的原理，揭開虎門大橋“舞動”的秘密。②關(guān)注時事人文，關(guān)心身邊的事，小組成員利用網(wǎng)絡并結(jié)合自己的生活經(jīng)驗，搜集生活中遇到的類似的“渦振”現(xiàn)象和場景，并選定歷史上重大的渦振事件，制作成思維導圖，對事件及事故進行介紹與分析。③探究橋梁建筑的基本結(jié)構(gòu)及穩(wěn)固要素，通過了解渦振等橋梁事故，明確建造一座穩(wěn)固橋梁的重要性。在討論橋梁穩(wěn)固性影響因素時，筆者選擇了兩個重要因素（橋柱形狀、桁架結(jié)構(gòu)）進行模擬體驗，小組分工進行實驗并記錄（如圖2），在探究過程中充分了解并形成自己的橋梁概念。④化身橋梁建筑小工程師的角色扮演，創(chuàng)設學習體驗：為緩解交通擁堵情況，德勝河上要建造一座新的懸索橋，請各工程團隊結(jié)合日常生活中的真實需求及城市發(fā)展需要，設計橋梁方案及評估抗壓風險（如圖3）。

3.創(chuàng)意造物（M）

造物主要體現(xiàn)在小組的橋梁設計方案以及抗壓風險評估內(nèi)容上。本項目結(jié)合創(chuàng)意造物的理念，利用3D打印的手段，實現(xiàn)造物的樂趣。通過小組需求和設計分析，設計草圖，然后進行3D打印，將打印的橋梁實物進行重量、抗風能力的測試評估，很好地將技術(shù)融入到了造物學習中。在此過程中，產(chǎn)生的設計草圖、實驗記錄、解決方案、措施等都是造物過程的重要體現(xiàn)和評價。

4.展示分享（P）

項目探究的每一個階段都會產(chǎn)生相應的成果，如探究渦振現(xiàn)象的原理、探討穩(wěn)固橋梁的因素、橋梁創(chuàng)新設計方案和草圖、橋梁打印的作品實物、小組采取的橋梁加固措施等。對于這些小組智慧的結(jié)晶，教師可以在每個階段的進行中或總結(jié)時，引導學生采用匯報等形式進行展示分享，組內(nèi)協(xié)作，組間協(xié)作，推動整個項目順利進行。

5.總結(jié)評價（S）

在本項目的學習過程中，強調(diào)學生自主探究、小組協(xié)作、成果分享等。因此，教學評價采用過程性評價與總結(jié)評價、他人評價與自我評價等方式。筆者要求學生在學習過程中收集各類實驗記錄表、心得記錄、思維導圖設計，作為對他們的學習過程進行評價的重要依據(jù)。在總結(jié)評價中，尤其是最后的造物部分，通過小組橋梁設計與方案展示，采用自評、小組評、教師評的量表評價，教師更加全面、合理地肯定了小組合作的成果。

● 總結(jié)

本文設計構(gòu)建了以學生為中心的“SIMPS”初中STEAM課程教學模式探究，希望能夠開發(fā)出優(yōu)質(zhì)的STEAM課程資源，創(chuàng)新教學方式，為本土化的STEAM課程發(fā)展提供一些案例研究與經(jīng)驗參考。雖然“SIMPS”教學模式已實施了一段時間，取得了一定的成效，但還需要在長期實踐中不斷檢驗、完善，總結(jié)經(jīng)驗理論，以便拓展到各類教學中，并在一定程度上鍛煉和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)造能力，這樣才能使STEAM教育真正發(fā)揮其潛在的教育價值與意義。

本文系2020年度廣東省教育研究院第二批STEM教育專項研究課題“基于項目式學習的初中STEM課程開發(fā)與實踐研究——以3D創(chuàng)意設計校本課程為例”（課題編號：GDJY-2020-S-b036）的階段性研究成果。