STEAM課程在小學(xué)階段的研究與實(shí)施

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B【論文編號(hào)】1671-7384（2025）06-080-03

“智能投石機(jī)”課程的由來(lái)

1.STEAM教學(xué)的必要性

STEM教育由美國(guó)于20世紀(jì)80年代提出，涵蓋科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics），旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力。后為強(qiáng)調(diào)藝術(shù)（Arts）在技術(shù)設(shè)計(jì)中的價(jià)值，發(fā)展為STEAM教育，推動(dòng)學(xué)科融合與綜合素質(zhì)培養(yǎng)。我國(guó)因工程教育啟蒙較晚，引入STEAM以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教育的不足1]。

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》明確要求“強(qiáng)化學(xué)科關(guān)聯(lián)”，規(guī)定跨學(xué)科學(xué)習(xí)占比不少于10% 。例如，科學(xué)課通過(guò)“制作投石機(jī)”整合多學(xué)科知識(shí)，信息科技課結(jié)合編程與數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)，為STEAM教育提供了實(shí)踐路徑。

2.STEAM教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

STEAM教學(xué)相比傳統(tǒng)單科教學(xué)的特征如表1所示，其優(yōu)勢(shì)在于突破單一知識(shí)傳授，更注重培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。通過(guò)跨學(xué)科整合和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，STEAM為學(xué)生提供真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，這是傳統(tǒng)教學(xué)難以企及的。

3.STEAM課程 “智能投石機(jī)”

學(xué)生在掌握Scratch編程和NOVA小車(chē)基礎(chǔ)知識(shí)后，常局限于既有框架，缺乏創(chuàng)新思維。為此，筆者融合創(chuàng)客教育與STEAM理念，提出“智能造物”概念，開(kāi)發(fā)“智能投石機(jī)”課程，引導(dǎo)學(xué)生跨學(xué)科實(shí)踐，激發(fā)創(chuàng)新潛能。

“智能投石機(jī)”課程的設(shè)計(jì)原則

“智能投石機(jī)”課程以NOVA小車(chē)配件搭載激光切割機(jī)制造的木板進(jìn)行投石機(jī)的制作，并以Scratch編程為軟件核心驅(qū)動(dòng)投石機(jī)，該課程遵循常規(guī)STEAM課程的設(shè)計(jì)原則：跨學(xué)科和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，不僅能傳授科學(xué)知識(shí)，還能培養(yǎng)工程思維、創(chuàng)新能力和社會(huì)責(zé)任感，使學(xué)生在“傳統(tǒng)機(jī)械 + 智能技術(shù)”的融合中體驗(yàn)科技的魅力[2]。

1.跨學(xué)科整合確保知識(shí)融合

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》強(qiáng)調(diào)“課程綜合”，要求開(kāi)展跨學(xué)科學(xué)習(xí)。STEAM教育以真實(shí)問(wèn)題為紐帶，通過(guò)“學(xué)習(xí)一應(yīng)用一創(chuàng)造”實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)自然融合。以“智能投石機(jī)”為例：科學(xué)（杠桿原理）指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，數(shù)學(xué)（角度計(jì)算）優(yōu)化編程參數(shù)，藝術(shù)（文化元素）提升情感體驗(yàn)，培養(yǎng)綜合解決問(wèn)題能力?！爸悄芡妒瘷C(jī)”課程的跨學(xué)科整合內(nèi)容和方式如表2所示。

2.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)確保能力培養(yǎng)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是STEAM課程的核心實(shí)施模式，通過(guò)真實(shí)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)整合多學(xué)科知識(shí)，分組完成項(xiàng)目；強(qiáng)調(diào)分工合作，培養(yǎng)溝通與協(xié)作能力；鼓勵(lì)學(xué)生提出創(chuàng)新設(shè)計(jì)，而非單一標(biāo)準(zhǔn)答案，并在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)展高階能力?！爸悄芡妒瘷C(jī)”課程的能力分布培養(yǎng)如表3所示。

“智能投石機(jī)”課程的實(shí)施與反思

1.課程概要

“智能投石機(jī)”作為校本項(xiàng)目化微課程，雖然只有5項(xiàng)課程，但基于項(xiàng)自式開(kāi)展，基本需要10個(gè)課時(shí)以上，每課內(nèi)容如表4所示。課程以小組合作的方式，設(shè)定了小組成員的角色，在一次次實(shí)驗(yàn)中收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，極大地鍛煉了團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)作能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中鞏固成員的信息科技Scratch編程知識(shí)、科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)工程的手工制造能力、數(shù)學(xué)的數(shù)據(jù)分析能力。

2.課程案例

本文以第五課“拋物線的角度”教學(xué)為例，針對(duì)五六年級(jí)學(xué)生（具備基礎(chǔ)數(shù)學(xué)與科學(xué)知識(shí)），進(jìn)行STEAM課程案例具體分析。

教學(xué)主題：探究投石機(jī)投射角度與距離的關(guān)系。

教學(xué)目標(biāo)：了解電機(jī)運(yùn)行時(shí)間對(duì)投石結(jié)果的影響，初步了解拋物線角度大小對(duì)投石距離的作用。通過(guò)發(fā)射實(shí)驗(yàn)，了解投石機(jī)投射距離和投射準(zhǔn)確度的影響因素。在改進(jìn)調(diào)整投石機(jī)的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)、動(dòng)手操作能力與分析概括能力。

教學(xué)方法：使用NOVA小車(chē)編程手段進(jìn)行投石機(jī)角度的調(diào)整。通過(guò)課堂投射實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與對(duì)比，得出投石機(jī)在拋物線多少度的情況下投射距離最遠(yuǎn)。記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)的變化以及變化的結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)潔扼要的描述?；陧?xiàng)目式學(xué)習(xí)，并出示任務(wù)單，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。

教學(xué)過(guò)程如下。

首先，情境創(chuàng)設(shè)。通過(guò)“古代戰(zhàn)爭(zhēng)故事”理解投石機(jī)功能需求，通過(guò)“精準(zhǔn)投射自標(biāo)”游戲引發(fā)學(xué)生對(duì)角度與距離關(guān)系的興趣。驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題提出：“如何通過(guò)調(diào)整角度使投石機(jī)射程最遠(yuǎn)？”

其次，協(xié)作設(shè)計(jì)與原型制作。本課不涉及原型制作，教師與學(xué)生一起擺放好每個(gè)小組的智能投石機(jī)，小組溝通討論驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題。

再次，知識(shí)探究與學(xué)科輸入。

任務(wù)一：編程控制角度變量。學(xué)生使用Scratch編寫(xiě)程序，在計(jì)算機(jī)中設(shè)定電機(jī)運(yùn)行時(shí)間，控制投石機(jī)投射角度的大小。

任務(wù)二：數(shù)據(jù)采集與分析。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)記錄表中記錄不同角度下的投射距離。

任務(wù)三：數(shù)學(xué)建模與驗(yàn)證。繪制折線圖并分析趨勢(shì)，結(jié)合拋物線公式，驗(yàn)證 45^° 為理論最優(yōu)角度。

最后，進(jìn)行成果展示與反思評(píng)價(jià)。小組成員分為：程序員、操作員、記錄員、分析員，以小組為單位展示實(shí)驗(yàn)記錄表，并派代表匯報(bào)；根據(jù)自己的掌握程度，小組成員自評(píng)。

本次項(xiàng)目式教學(xué)從游戲開(kāi)始，以游戲結(jié)束，學(xué)生在游戲中學(xué)到新的多學(xué)科知識(shí)，真正做到了在“學(xué)中玩”“玩中學(xué)”。

3.教學(xué)效果與反思

“智能投石機(jī)”項(xiàng)目讓學(xué)生在實(shí)踐中深化理解：在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)動(dòng)力臂長(zhǎng)度與投射距離、穩(wěn)定性的關(guān)系，直觀掌握杠桿原理；通過(guò)編程控制投射角度，融合數(shù)學(xué)計(jì)算與物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律；在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中培養(yǎng)溝通與問(wèn)題解決能力。

同時(shí)，課程也暴露出一些問(wèn)題，如部分學(xué)生在跨學(xué)科整合能力上仍有不足，需要進(jìn)一步強(qiáng)化訓(xùn)練。未來(lái)，我們將繼續(xù)優(yōu)化課程設(shè)計(jì)，深化STEAM教育與信息科技新課標(biāo)的融合，為學(xué)生提供更豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

結(jié)語(yǔ)

本文以“智能投石機(jī)”課程為例，探討了STEAM教育在小學(xué)階段的實(shí)踐路徑。課程通過(guò)整合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，結(jié)合編程、數(shù)據(jù)分析等實(shí)踐環(huán)節(jié)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了真實(shí)的問(wèn)題解決情境。實(shí)踐表明，該模式有效提升了學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維和創(chuàng)新能力，促進(jìn)了跨學(xué)科知識(shí)體系的構(gòu)建與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

總之，STEAM教育以其獨(dú)特的跨學(xué)科融合特性，為小學(xué)教育注入了新的活力。STEAM教育的不斷深化與普及，必將為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和綜合素養(yǎng)的未來(lái)人才開(kāi)辟更加廣闊的道路。

參考文獻(xiàn)

[1]謝作如.“雖然很困難，但我們一直在努力”：“第一屆中小學(xué)STEAM教育創(chuàng)新論壇”的共識(shí)[J]．中國(guó)信息科技教育，2013（10）：5-8.

[2]吳俊杰，周群，秦建軍，等.創(chuàng)客教育：開(kāi)創(chuàng)教育新路[J]中小學(xué)信息科技教育，2013（4）：42-43+52.

作者單位：浙江金華市蘭溪市蘭江小學(xué)

編輯：王曉波