借鑒設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模型設(shè)計(jì)STEAM教學(xué)活動(dòng)

◇賀瑞盈 鐘 媚 畢榮娟 王浩欽（廣東：佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院）

一、引言

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、文化事業(yè)正朝數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型，對(duì)技術(shù)和人才的要求都提高了。為了從根本上解決人才供應(yīng)的問(wèn)題，國(guó)家高度重視基礎(chǔ)教育階段對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。2017年2月，教育部頒發(fā)了修訂版《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，首次以科學(xué)課為依托，提出STEM教育的標(biāo)準(zhǔn)。2022年，教育部頒發(fā)新版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課標(biāo)》），指出義務(wù)教育科學(xué)課程是一門(mén)體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，具有實(shí)踐性。

STEAM課程以系統(tǒng)視角來(lái)統(tǒng)籌科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五個(gè)學(xué)科，主張教學(xué)要在真實(shí)情境中開(kāi)展。這與《課標(biāo)》提出的發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)、思維、實(shí)踐和創(chuàng)新能力的目標(biāo)高度契合。

二、項(xiàng)目源起

目前，越來(lái)越多的中小學(xué)校已將STEAM課程納入體系，各級(jí)學(xué)校紛紛在原有課程基礎(chǔ)上進(jìn)行嘗試和優(yōu)化。但在實(shí)踐過(guò)程中，STEAM課程開(kāi)發(fā)還存在困境，如課程類(lèi)型方面，我國(guó)一直以分科課程為主，教師進(jìn)行課程整合時(shí)缺乏經(jīng)驗(yàn)，使得知識(shí)結(jié)構(gòu)碎片化或缺乏邏輯；課程實(shí)施方面，學(xué)生多以被動(dòng)接受知識(shí)為主，興趣和實(shí)踐在一定程度上被忽略；課程組織方面，一線(xiàn)教師往往止步于項(xiàng)目式教學(xué)的形式，卻困惑于教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的具體步驟。

本文依托小學(xué)科學(xué)學(xué)科，設(shè)計(jì)了一個(gè)“箏舞童年，放飛夢(mèng)想”的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)。那么，如何在STEAM理念的引領(lǐng)下，重構(gòu)課堂形式，重組跨學(xué)科知識(shí)要點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維和實(shí)踐能力的發(fā)展，就成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

結(jié)合研究與實(shí)踐，筆者認(rèn)為可以立足STEAM理念，基于DBL理論，依托小學(xué)科學(xué)課，利用現(xiàn)代化技術(shù)手段來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)小學(xué)科學(xué)高年級(jí)STEAM教學(xué)活動(dòng)流程來(lái)解決上述問(wèn)題。

STEAM教育打破學(xué)科壁壘，融合多學(xué)科知識(shí)，將培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、發(fā)散思維貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中?！霸O(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)（DBL）”作為實(shí)現(xiàn)STEAM教育理念的一種有效模式，可以在STEAM教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中為學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題提供思考維度和提供實(shí)踐的機(jī)會(huì)。

可以說(shuō)，設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)融合繼承了傳統(tǒng)的探究式學(xué)習(xí)和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的可行之處，又在此基礎(chǔ)上發(fā)揚(yáng)了自己的特色，更加凸顯教育過(guò)程的“動(dòng)態(tài)性”和“工程性”，強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的“綜合性”和“生成性”，體現(xiàn)了作品的“迭代性”和“實(shí)踐性”，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)思維的“創(chuàng)造性”和“發(fā)散性”。

三、基于DBL的STEAM教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)模式

本文選用美國(guó)密歇根州立大學(xué)教育學(xué)院福特尤斯（tortusD.）和德?tīng)栂Ｂ―ershimerR.C.）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“基于設(shè)計(jì)的科學(xué)學(xué)習(xí)循環(huán)模型”為參考。該模型按照五個(gè)相互關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)組織實(shí)施，以“識(shí)別和定義境脈”為起點(diǎn)，圍繞作品的生成展開(kāi)，重視學(xué)習(xí)過(guò)程的體驗(yàn)性和參與性。

該模型指導(dǎo)的學(xué)習(xí)活動(dòng)突出“循環(huán)迭代性”，在實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)具體需求和目標(biāo)，有所選擇地跳轉(zhuǎn)到所需環(huán)節(jié)，并不是要循規(guī)蹈矩地按著箭頭所指的方向順序完成每一個(gè)環(huán)節(jié)。這種“自主環(huán)節(jié)選擇”更符合學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生靈感的迸發(fā)和創(chuàng)造性思維的顯現(xiàn)，其關(guān)注學(xué)生的科學(xué)探究和推理能力，強(qiáng)調(diào)通過(guò)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的迭代和反饋實(shí)現(xiàn)學(xué)生推理過(guò)程具體化和產(chǎn)品完善化，以此培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題和設(shè)計(jì)的能力。

在對(duì)STEAM教學(xué)內(nèi)容加以研析，并深入理解設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計(jì)基于DBL的小學(xué)STEAM課程教學(xué)活動(dòng)框架，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)到教師的教學(xué)，再到學(xué)生的學(xué)習(xí)，最后內(nèi)化為學(xué)生思維能力、學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、合作能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的邏輯順序依次展開(kāi)。

基于DBL的小學(xué)STEAM教學(xué)活動(dòng)框架的內(nèi)核是STEAM理念，以此為圓心展開(kāi)，突出不同學(xué)科交融的特征。由圓心向外擴(kuò)展的第一層是參考的DBL模型；第二、三層分別具體明確了以教師為主導(dǎo)的教的流程和以學(xué)生為主體學(xué)的流程；第四層是目標(biāo)層，是活動(dòng)所期望培養(yǎng)的學(xué)生的能力。

四、基于DBL的STEAM教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

考慮到設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)和3D打印對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和能力有一定的要求，故本活動(dòng)建議面向五六年級(jí)學(xué)生開(kāi)展。本部分以基于DBL的STEAM學(xué)的活動(dòng)流程為參照，進(jìn)行具體的以“箏舞藍(lán)天，繽紛童年——自制簡(jiǎn)易風(fēng)箏”為主題的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)。以下具體闡述每一環(huán)節(jié)體現(xiàn)的STEAM理念和教學(xué)流程。

（一）設(shè)計(jì)理念

STEAM的跨學(xué)科融合性是將相關(guān)聯(lián)的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行統(tǒng)籌，打破學(xué)科之間的界限，將知識(shí)進(jìn)行水平聯(lián)結(jié)。在教學(xué)內(nèi)容方面，從小學(xué)科學(xué)出發(fā)，并就現(xiàn)實(shí)需要補(bǔ)充以其他門(mén)類(lèi)方面，用英文首字母作代號(hào)，呈現(xiàn)具體學(xué)習(xí)點(diǎn)。

“箏舞藍(lán)天，繽紛童年——自制簡(jiǎn)易風(fēng)箏”教學(xué)活動(dòng)突破以往傳統(tǒng)的教學(xué)方式，開(kāi)展基于DBL的STEAM課程學(xué)的流程的教學(xué)活動(dòng)。活動(dòng)整合了“傳統(tǒng)文化”“科學(xué)探究”與“技術(shù)與工程”模塊，是跨學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用。

基于DBL的STEAM理念下教學(xué)活動(dòng)的科學(xué)課“自制簡(jiǎn)易風(fēng)箏”學(xué)習(xí)目標(biāo)如下。

S（科學(xué)）：風(fēng)箏可以順利飛上藍(lán)天，需要運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)的知識(shí)原理；3D打印中的設(shè)計(jì)、建模風(fēng)箏零部件等基礎(chǔ)知識(shí)。這些都屬于科學(xué)領(lǐng)域。

T（技術(shù)）：利用3D打印技術(shù)打印風(fēng)箏零部件，以及風(fēng)箏的組合搭建及固定等。

E（工程）：整個(gè)流程需要學(xué)生從構(gòu)思設(shè)計(jì)、不斷迭代，直至成果落地親自完成，有助于鍛煉和體現(xiàn)學(xué)生的工程統(tǒng)整能力。

A（藝術(shù)）：風(fēng)箏面的圖案是豐富多彩的，可以培養(yǎng)學(xué)生的審美意識(shí)，使風(fēng)箏兼具實(shí)用性和美觀性。

M（數(shù)學(xué)）：圖形，風(fēng)箏面和各零部件平面圖；角度，風(fēng)箏提線(xiàn)的角度需要學(xué)生操作控制。

C（文化理解與傳承素養(yǎng)）：風(fēng)箏又叫紙鳶、鷂子，歷史悠久，是中國(guó)古代勞動(dòng)人民智慧的結(jié)晶。

（二）教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

DBL中教的流程面向教師，主要是指導(dǎo)教師在活動(dòng)中的行為，但本文選用的模型在教師層面的關(guān)注度較低，存在一定的不足，結(jié)合實(shí)際情況做了些許完善。

在以上的鋪墊和完善后，基于上文構(gòu)建的基于DBL的STEAM的教與學(xué)的活動(dòng)流程，具體展開(kāi)制作簡(jiǎn)易風(fēng)箏的教學(xué)活動(dòng)。

第一階段

教師:確定主題，創(chuàng)設(shè)情境。

學(xué)生:明確問(wèn)題，分析需求。

教師先播放一個(gè)以“風(fēng)箏的傳說(shuō)”為主題的短片，引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，然后提出“箏舞藍(lán)天，繽紛童年——制作簡(jiǎn)易風(fēng)箏”的主題社區(qū)活動(dòng)。需要學(xué)生來(lái)完成風(fēng)箏的制作。同時(shí)，向?qū)W生講解風(fēng)箏的圖案可以寄托人們的美好愿景與情思。

從學(xué)生角度看，學(xué)生能夠嘗試以用戶(hù)（社區(qū)群眾等）的需求點(diǎn)出發(fā)，思考“什么樣的風(fēng)箏更容易飛上天？”“需要做哪些準(zhǔn)備？”等問(wèn)題，這符合設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)中的核心環(huán)節(jié)“共情”。教師用真實(shí)的任務(wù)作為驅(qū)動(dòng)，學(xué)生積極尋求問(wèn)題的解決辦法，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)性。

在此過(guò)程中，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生明確需要解決的問(wèn)題及解決問(wèn)題的方向，并配以探究記錄表和資料搜集表，突出設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)“隨時(shí)需要解決，隨時(shí)查找資料”的特征。

第二階段

教師：學(xué)情分析，啟發(fā)引導(dǎo)。

學(xué)生：頭腦風(fēng)暴，設(shè)計(jì)方案。

教師提前準(zhǔn)備需要講解的知識(shí)點(diǎn)或用到的工具等，并且在該環(huán)節(jié)要引導(dǎo)學(xué)生將上一階段所思考問(wèn)題進(jìn)行篩選，分析出真正需要解決的問(wèn)題。特別提醒，針對(duì)小學(xué)階段的學(xué)生，教師可以遵循組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)的原則來(lái)分組，以確保任務(wù)的順利完成。

學(xué)生以小組探討的方式進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，根據(jù)預(yù)設(shè)成果和設(shè)計(jì)理論、工具，將信息進(jìn)行處理。在討論過(guò)程中，每個(gè)成員都可以隨時(shí)查找、完善已有資料。在討論過(guò)程中，學(xué)生不僅要梳理自己搜集到的資料，也要與其他同學(xué)進(jìn)行觀點(diǎn)的碰撞、融合等，共同解決問(wèn)題，協(xié)作完成風(fēng)箏的初步設(shè)計(jì)方案或圖紙等。

第三階段

教師:新知講解，提供工具。

學(xué)生:小組合作，制作作品。

教師提前準(zhǔn)備好學(xué)生可能需要的工具，并對(duì)要用到的3D打印相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和設(shè)備使用方法進(jìn)行全面講解，以便能掌握活動(dòng)的節(jié)奏，把握提供指導(dǎo)的程度。教師引導(dǎo)學(xué)生帶著原理思考并上網(wǎng)查找資料解決“木棍要撐在哪里才能保證風(fēng)箏的飛行？”“什么風(fēng)向有助于風(fēng)箏起飛？”等問(wèn)題。

學(xué)生根據(jù)上一階段的初稿及教師提供的支持開(kāi)始動(dòng)手實(shí)操，在制作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)主動(dòng)地解決問(wèn)題。例如，“當(dāng)零部件打印失敗或打印出的零部件有問(wèn)題時(shí)如何解決”等。并將所出現(xiàn)問(wèn)題、初步思考以及解決方法進(jìn)行記錄。經(jīng)過(guò)組內(nèi)的共同協(xié)作，初步完成初代風(fēng)箏作品。

該階段在教學(xué)實(shí)施方面極具亮點(diǎn)，本課例涉及3D打印技術(shù)，通過(guò)“造物”的過(guò)程，讓學(xué)生的思維可見(jiàn)，讓學(xué)生的創(chuàng)意落地。

第四階段

教師:監(jiān)督進(jìn)度，提供指導(dǎo)。

學(xué)生:作品測(cè)試，調(diào)適修改。

教師作為活動(dòng)的發(fā)起者和學(xué)生的引導(dǎo)者，應(yīng)設(shè)置必要的思路指引，同時(shí)做好安全提示。

學(xué)生作為活動(dòng)的主體，應(yīng)積極參與作品的制作，更重要的是測(cè)試產(chǎn)品、完善產(chǎn)品。

第五階段

教師:組織交流，評(píng)價(jià)反饋。

學(xué)生:組間互評(píng)，迭代完善。

首先，教師要組織學(xué)生代表展示各組的風(fēng)箏，包括設(shè)計(jì)思路以及講明解決問(wèn)題的過(guò)程，最重要的是組織風(fēng)箏的試飛活動(dòng)；其次，組織學(xué)生進(jìn)行交流，探討問(wèn)題的解決辦法或還沒(méi)解決的問(wèn)題等；最后，教師下發(fā)評(píng)價(jià)量表，組織學(xué)生進(jìn)行互評(píng)和自評(píng)。

該環(huán)節(jié)，學(xué)生進(jìn)行交流并完成評(píng)價(jià)表。但這并不是活動(dòng)的結(jié)束，而是在各小組討論后，根據(jù)實(shí)際情況面對(duì)新產(chǎn)生的挑戰(zhàn)，然后再次進(jìn)入本組風(fēng)箏的優(yōu)化、測(cè)試階段，解決細(xì)節(jié)問(wèn)題，以期展示日到來(lái)之際放飛風(fēng)箏活動(dòng)。

五、結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)型理論的支持下，創(chuàng)新小學(xué)課堂，發(fā)揮跨學(xué)科融合理念，加入3D打印技術(shù)，將學(xué)生的思維從想象轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)。最為重要的是，整個(gè)過(guò)程基于學(xué)生真實(shí)生活情境，將工程設(shè)計(jì)和迭代循環(huán)在學(xué)習(xí)中盡情體現(xiàn)。同時(shí)，關(guān)注藝術(shù)（Art）方面的培養(yǎng)，既強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生多學(xué)科交叉融合的綜合學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)思維的開(kāi)拓，又強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生人文藝術(shù)方面的熏陶。在今后的研究中，我們將進(jìn)一步對(duì)課程整合和培養(yǎng)目標(biāo)的落實(shí)進(jìn)行深入探討，以期探索出更有效的培養(yǎng)策略。