小學(xué)科學(xué)融入STEAM理念的設(shè)計與實(shí)踐探究

張光全

[摘? ? 要]小學(xué)科學(xué)是一門對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)啟蒙教育的重要學(xué)科，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力方面起著舉足輕重的作用。STEAM 教育是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)五門學(xué)科的相互融合。STEAM 教育理念具有跨學(xué)科性、情境性、實(shí)踐性、合作性、藝術(shù)性的特點(diǎn)?；赟TEAM理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)活動分為五個階段：明確問題、技能支持、原型設(shè)計、作品改進(jìn)，評價與反思。本文以小學(xué)科學(xué)“神奇的保溫杯”為例，闡述基于 STEAM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計具體包括：明確目標(biāo)階段、技能階段、原型設(shè)計階段、作品改進(jìn)階段、評價反思階段五個階段。同時，闡述了制作實(shí)踐即創(chuàng)設(shè)情境，明確問題；技能支持，定義問題；引導(dǎo)思考，原型設(shè)計；效果檢驗(yàn)，作品改進(jìn)；作品展示，評價反思五大環(huán)節(jié)。以STEAM理念為基礎(chǔ)，進(jìn)行小學(xué)科學(xué)教學(xué)使學(xué)生的跨學(xué)科思維水平有了很大的提升，綜合解決問題的能力顯著增強(qiáng)。

[關(guān)鍵詞] STEAM理念；小學(xué)科學(xué)；實(shí)踐

一、STEAM教育理念的基本內(nèi)涵

STEAM 教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）五門學(xué)科的相互融合。STEAM素養(yǎng)包括科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)。STEAM教育非常注重人的終生教育，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在面對實(shí)際問題時，應(yīng)具備科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等多學(xué)科綜合知識。STEAM教育對于學(xué)生的實(shí)踐能力的培養(yǎng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)教學(xué)，它為學(xué)生提供了一種全新的教學(xué)模式，可以讓學(xué)生去做自己感興趣的事，或解決他們生活中遇到的具體問題。STEAM體現(xiàn)了從以標(biāo)準(zhǔn)化測試成績?yōu)閷?dǎo)向的傳統(tǒng)教育轉(zhuǎn)向以評估學(xué)習(xí)過程與成果為導(dǎo)向的現(xiàn)代化教育理念。STEAM理念的實(shí)質(zhì)是：允許學(xué)生犯錯誤，提倡學(xué)生主動探索實(shí)踐，鼓勵學(xué)生表達(dá)不同的觀點(diǎn)，目的在于為學(xué)生建立未來現(xiàn)實(shí)生活的知識庫，而不只是為了應(yīng)付考試。STEAM教育在“大眾創(chuàng)新”的大環(huán)境下，強(qiáng)化學(xué)習(xí)領(lǐng)域間的聯(lián)系與交叉，發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性。

二、基于 STEAM 教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計模型構(gòu)建

（一）STEAM 教育理念特點(diǎn)

1.跨學(xué)科性

STEAM的主要特征是跨學(xué)科性。STEAM教育一般是圍繞一個特定的問題或任務(wù)來進(jìn)行的，通過提出問題、探究、創(chuàng)作、評價等任務(wù)，將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等學(xué)科的知識結(jié)合起來，應(yīng)用于問題，從而使問題得到全面、系統(tǒng)地分析和解決。

2.情境性

STEAM教學(xué)是一種情境化的教學(xué)，它重視創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)的生活情境，以實(shí)際問題或項(xiàng)目任務(wù)為基礎(chǔ)，積極探索。通過情景式問題的求解，不但可以讓學(xué)生掌握多個領(lǐng)域的知識，而且可以幫助他們理解多個領(lǐng)域的綜合知識，提高他們在現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用所學(xué)的知識的能力。

3.實(shí)踐性

STEAM的教育理念是基于項(xiàng)目和問題的學(xué)習(xí)，STEAM教育常常是以特定的問題為中心，通過動手操作、動腦思考的探究活動，使抽象知識具體化，增強(qiáng)學(xué)生對于問題的探究意識，發(fā)展創(chuàng)造性思維。STEAM教學(xué)注重動手和動腦的探究實(shí)踐，學(xué)生可以在這個過程中掌握科學(xué)的知識和技巧，并把它運(yùn)用到實(shí)際問題的解決上。

4.合作性

STEAM教學(xué)中，注重團(tuán)隊協(xié)作式的探究活動，在團(tuán)隊成員的交流中，思維的碰撞，更能調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和合作意識。

5.藝術(shù)性

STEAM的“A”并不是指音、體、美等藝術(shù)科目，它還包括了文化修養(yǎng)，比如對傳統(tǒng)服裝的審美意識、對國粹京劇的鑒賞等。STEAM的教學(xué)思想是強(qiáng)調(diào)將學(xué)生的人文、風(fēng)俗、審美、社會等方面的知識和技能結(jié)合起來。此外，在對 STEAM作品進(jìn)行評價時，還應(yīng)將人文與藝術(shù)評價相結(jié)合，以促進(jìn)學(xué)生的人文素質(zhì)和審美能力的提高。

（二）STEAM 理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)模式

筆者從教學(xué)設(shè)計基本原理出發(fā)，結(jié)合教學(xué)設(shè)計的整體過程，設(shè)計了STEAM 理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)模式，如圖1所示。對基于STEAM理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)活動分為五個階段：明確問題——定義問題（技能支持）——原型設(shè)計——作品改進(jìn)——評價測試。

1.明確問題

問題是教育活動的起點(diǎn)和終極目的。真實(shí)的情景可以幫助問題的解決，同時也可以建立移情意識，培養(yǎng)學(xué)生的求知欲。本部分采用了以任務(wù)為導(dǎo)向的教學(xué)方式，使學(xué)生明確具體目標(biāo)。

2.技能支持

在正式開始制作之前，教師要引導(dǎo)學(xué)生制定實(shí)施方案，可以利用“頭腦風(fēng)暴法”發(fā)散思維方式，收集學(xué)生的想法，在“智慧共籌”模式下，利用思維導(dǎo)圖對項(xiàng)目進(jìn)行初步的規(guī)劃。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的具體情況，對其進(jìn)行恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，使學(xué)生進(jìn)行深入的思考。

3.原型設(shè)計

原型設(shè)計階段是指用草圖、做模型等方法來表達(dá)自己想法的過程。要對不同人所表達(dá)的不同意見進(jìn)行分析和總結(jié)，并形成一個最終方案。此階段的目標(biāo)不在于得到最終的解決方案，而在于激發(fā)創(chuàng)意，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思考能力。這個過程是一個不斷建立模型、測試、改進(jìn)模型的循環(huán)往復(fù)的過程，最后得到最佳的解決方案。

4.作品改進(jìn)

在這個階段，學(xué)生對所做的作品進(jìn)行檢驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄得出結(jié)論。在首次試驗(yàn)之后，再與其他團(tuán)隊進(jìn)行認(rèn)真比較，進(jìn)一步完善原型，然后對兩個實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，使作品的制作更加完美。最后，教師安排學(xué)生進(jìn)行報告。通過比較兩種方法的結(jié)果，改進(jìn)作品。在這個過程中，教師扮演著評價者的角色，而學(xué)生扮演對作品進(jìn)行分析和改進(jìn)的檢驗(yàn)者和執(zhí)行者的角色。

5.評價與反思

STEAM 教育理念以解決現(xiàn)實(shí)問題為焦點(diǎn)，關(guān)注學(xué)習(xí)的過程，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識的靈活運(yùn)用，因此，STEAM 教育理念下的評價方式采用過程性評價和成果評價相結(jié)合的方式。過程評價部分主要評價學(xué)生草圖繪制是否標(biāo)準(zhǔn)美觀、測量是否準(zhǔn)確、學(xué)生在課上是否表現(xiàn)良好；成果評價部分主要考查學(xué)生最終的作品。主要通過小組內(nèi)學(xué)生之間相互評價、不同小組的組間評價、教師評價等方法。通過教學(xué)評價的結(jié)果反饋出本次課的教學(xué)效果，學(xué)生存在的問題，從而使教師及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足，調(diào)整教學(xué)策略。

三、基于 STEAM 教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐

筆者以小學(xué)科學(xué)“神奇的保溫杯”為例，闡述基于 STEAM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計模式和教學(xué)過程的實(shí)施。具體流程的設(shè)計如下：

（一）基于 STEAM 教育理念的“我的保溫杯”教學(xué)設(shè)計

1.明確目標(biāo)階段

教師組織學(xué)生完成“我的保溫杯”調(diào)查問卷，主要了解學(xué)生保溫杯的使用情況，在用保溫杯的過程中是否發(fā)現(xiàn)了問題，對自己的保溫杯有哪些不滿意的地方，或者哪些設(shè)計不合理。學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)搜集和實(shí)地考察等方式獲取保溫杯的知識，弄清當(dāng)前所了解的情況與實(shí)際要處理的特定問題的差距，并最后確定要解決的問題。

2.技能階段

首先，教師可以運(yùn)用發(fā)散思維的“頭腦風(fēng)暴”收集學(xué)生的創(chuàng)意，重點(diǎn)在制作保溫杯時應(yīng)注意的一些問題。其次，利用希沃白板對保溫杯的歷史、原理、造型、功能、材料等進(jìn)行闡述，使學(xué)生了解到保溫杯的發(fā)明與人類的生活息息相關(guān)。同時，保溫杯的形狀也是一個時代和技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志。因此，在制作保溫杯時，學(xué)生會根據(jù)不同的目標(biāo)，設(shè)計出不同的形狀和用途的保溫杯。比如，為兒童準(zhǔn)備的保溫杯，其外形設(shè)計為“小豬佩奇”和“冰雪奇緣”；對長期在外喝茶的使用者，需要考慮將開水和茶葉分開；針對高中生喜歡簡約方便的要求，在外觀和功能的設(shè)計上都要考慮充分。在學(xué)生確定了自己“制作保溫杯”的基本思路，并對設(shè)計思路進(jìn)行了完善和改進(jìn)后，就可以制訂相應(yīng)的設(shè)計方案。

3.原型設(shè)計階段

當(dāng)學(xué)生了解保溫杯的相關(guān)知識，并制訂了具體的設(shè)計方案后，他們就會進(jìn)入專心創(chuàng)作的階段。學(xué)生將參照繪制好產(chǎn)品設(shè)計方案，進(jìn)行產(chǎn)品的制作。學(xué)生制作的第一件作品往往達(dá)不到理想的效果，教師可以在教學(xué)中對不合理的地方進(jìn)行指導(dǎo)，并鼓勵學(xué)生主動參與，有耐心地制作。此時，學(xué)生可以在“我是小小設(shè)計師——魔法保溫杯”的科學(xué)作業(yè)清單中，輔以教師恰當(dāng)?shù)恼Z言指導(dǎo)，完成保溫杯的初稿。

4.作品改進(jìn)階段

學(xué)生在做好保溫杯樣品后，要檢查保溫杯的保溫效果。這時，學(xué)生要用教師的“保溫效果記錄表”來記錄保溫效果，并記錄保溫杯在5分鐘之內(nèi)的每一分鐘的溫度變化。在對保溫效果進(jìn)行測試之后，計算出保溫杯的保溫效果，再參考其他團(tuán)隊的數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，如果有問題，思考需要怎樣改進(jìn)才能提高保溫效果。在完成了保溫杯原型后，進(jìn)行保溫效果的第二次試驗(yàn)，并對兩次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，改進(jìn)保溫杯的原型。

5.評價反思階段

將設(shè)計思想融入 STEAM教學(xué)中，需要學(xué)生全面地表現(xiàn)自己，這種評價不僅僅是對教學(xué)過程的總結(jié)和評價，它還貫穿整個教學(xué)活動，并以一種靈活的形式在整個教學(xué)活動中滲透，不受時間的限制。評價的方式有學(xué)生自我評價、組內(nèi)評價，教師評價，其中教師評價需要貫穿于整個教學(xué)過程。

（二）基于 STEAM 教育理念的“我的保溫杯”制作實(shí)踐

1.創(chuàng)設(shè)情境，明確問題

教師首先播放一則保溫杯的創(chuàng)意視頻廣告，讓學(xué)生們分組討論他們看見了什么？為什么杯子里的小金魚會“死而復(fù)生”？這里面到底蘊(yùn)含了哪些科學(xué)知識？接下來，由每小組的代表向?qū)W生匯報他們的觀點(diǎn)。教師讓學(xué)生把自己的保溫杯放在桌子上，仔細(xì)地觀察保溫杯，認(rèn)真填寫“我的保溫杯”問卷，以了解學(xué)生使用的保溫杯的品牌、容積、材質(zhì)等。教師接著讓學(xué)生思考自己“理想”的保溫杯是什么樣子的，并把事先準(zhǔn)備好的A4紙分發(fā)給學(xué)生，讓他們根據(jù)自己的想法來設(shè)計保溫杯。

2.技能支持，定義問題

教師引導(dǎo)學(xué)生先觀察自己的保溫杯，了解保溫杯的結(jié)構(gòu)、功能、材質(zhì)等，然后，以“智慧共籌”的方式，組織學(xué)生對“保溫杯”進(jìn)行深度的發(fā)散思考。每個小組派出一名代表，在希沃的“視頻展臺”上，向其他小組展示自己團(tuán)隊設(shè)計的作品，由其他小組成員進(jìn)行評價，并填寫購買意愿單。

3.引導(dǎo)思考，原型設(shè)計

教師組織學(xué)生完成“我是一個小設(shè)計師——魔力保溫杯”的創(chuàng)作記錄，并引導(dǎo)學(xué)生正確地運(yùn)用三視圖，用三個視角展示自己設(shè)計的保溫杯，并標(biāo)明名稱，尺寸和材料。還有，要寫明做保溫杯的原材料，如：有蓋子的漂流瓶，溫度計，錫紙，皮筋，毛巾，用來裝飾保溫杯的材料等。

4.效果檢驗(yàn)，作品改進(jìn)

根據(jù)所畫的草圖，學(xué)生進(jìn)行了設(shè)計。利用教師提供的保溫材料，開始做一個保溫杯，并進(jìn)行兩次保溫效果的測試。從以往的經(jīng)驗(yàn)來看，學(xué)生首次做保溫杯保溫效果不佳，因此，教師要針對具體情況，對各個小組進(jìn)行指導(dǎo)。但是這種引導(dǎo)式的指導(dǎo)并不是簡單的給學(xué)生講解，而是要讓學(xué)生自己去摸索，看看哪個部位是散熱的，保溫效果是不是很好。在此期間，學(xué)生應(yīng)做兩份保溫記錄，對比保溫效果。教師要使學(xué)生理解產(chǎn)品的設(shè)計要求，并引導(dǎo)他們撰寫關(guān)于保溫杯的產(chǎn)品使用說明。最后，學(xué)生將各自的作品進(jìn)行分組表演，并由學(xué)生代表介紹他們所設(shè)計的保溫杯的制作方法及保溫效果。

5.作品展示，評價反思

以 STEAM教育理念為基礎(chǔ)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)應(yīng)該以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，堅持過程評價與總結(jié)評價相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，注重學(xué)生有意義的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。以 STEAM理念為核心的教學(xué)，不僅要注重對學(xué)生顯性收獲的評價，還要注重對其隱性能力的培養(yǎng)。教師要根據(jù)所制訂的評價準(zhǔn)則，對所產(chǎn)生的作品進(jìn)行客觀、全面的評價。在培養(yǎng)學(xué)生的能力方面，還應(yīng)采用適當(dāng)?shù)脑u價手段，如問卷調(diào)查、訪談等。以 STEAM教學(xué)思想為基礎(chǔ)的小學(xué)科學(xué)評價計劃見表1。

通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，以 STEAM為基礎(chǔ)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)突出了學(xué)生的主體地位，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并將其作為一個生長點(diǎn)，與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系，以“做中學(xué)”的形式，把它和現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合起來，使學(xué)生得到全面的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學(xué)生創(chuàng)新能力——訪美國STEAM教育知名學(xué)者格雷特·亞克門教授[J].開放教育研究， 2016，22（5）：7.

[2] 李燕.STEAM教育理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的工程思維培養(yǎng)[J].福建教育學(xué)院學(xué)報，2021， 22（10）：3.

（責(zé)任編輯：姜波）