以“水的凈化”為主題開展STEAM教育理念下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

〔摘" "要〕" 在以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的時(shí)代背景下，STEAM教育因重視跨學(xué)科融合與實(shí)踐探究，成為基礎(chǔ)教育的核心方向。本文以教科版科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)《探索水的純凈之旅》一課為案例，以“水的凈化”為主題開展STEAM教育理念下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。課程融合五大學(xué)科，依托“設(shè)計(jì)—制作—測試—優(yōu)化”任務(wù)流程，以“跟著貝爾去冒險(xiǎn)”的情境激發(fā)學(xué)生興趣，借助工程任務(wù)促進(jìn)知識(shí)融合，通過多模態(tài)表達(dá)與數(shù)據(jù)分析提升學(xué)生反思與表達(dá)能力。該課程在聚焦學(xué)生認(rèn)知與能力發(fā)展的基礎(chǔ)上，可切實(shí)激活學(xué)生探究能力，強(qiáng)化跨學(xué)科理解，同時(shí)為STEAM教學(xué)本土化發(fā)展提供可行的模式與實(shí)踐借鑒。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；STEAM教育理念；跨學(xué)科融合；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0079-03

在核心素養(yǎng)導(dǎo)向和新課程改革的背景下，STEAM教育因突出跨學(xué)科融合與實(shí)踐探究，成為基礎(chǔ)教育的核心發(fā)展方向。作為把科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五大學(xué)科融合起來的教育理念，STEAM教育不只是促進(jìn)知識(shí)的整合，更著重培養(yǎng)學(xué)生的思維方式與綜合素養(yǎng)。當(dāng)前，基礎(chǔ)教育階段開展的STEAM課程本土化實(shí)踐探索日益增多，尤其在小學(xué)階段，擬定貼近生活、具有挑戰(zhàn)性的問題情境，有利于學(xué)生在實(shí)際動(dòng)手實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的構(gòu)建與能力的進(jìn)步。本文圍繞“水的凈化”這一主題展開，面向小學(xué)六年級(jí)學(xué)生開展《探索水的純凈之旅》案例的STEAM教學(xué)。課程在真實(shí)問題上展開實(shí)施，依靠情境導(dǎo)入與多學(xué)科融合，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中探索與表達(dá)。本文從主題選取、融合策略與課程結(jié)構(gòu)方面展開探討，意在為實(shí)現(xiàn)STEAM教育本土化提供可操作的思路與實(shí)踐樣本。

一、主題選擇的依據(jù)

在STEAM課程構(gòu)建過程中，主題的選擇是極為重要的一環(huán)。好的主題有利于拓展學(xué)生知識(shí)體系、深化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。本案例《探索水的純凈之旅》以“水的凈化”作為課程切入點(diǎn)，從教材與課程標(biāo)準(zhǔn)契合度、與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系性、學(xué)科融合性、學(xué)生發(fā)展適應(yīng)性四個(gè)方面衡量，均可以稱得上是一個(gè)好的主題。

本案例主題和教材基礎(chǔ)與課程標(biāo)準(zhǔn)都十分契合。從教材上看，本案例選取教科版科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)第一單元“水”的第七課時(shí)的教材內(nèi)容為依據(jù)，創(chuàng)設(shè)STEAM教學(xué)案例，并進(jìn)行知識(shí)的補(bǔ)充，體現(xiàn)出良好的知識(shí)延展性與系統(tǒng)性。在三年級(jí)小學(xué)科學(xué)課上，學(xué)生已初步學(xué)習(xí)了利用物理變化進(jìn)行混合物的分離，如沉淀、過濾等。而在未來學(xué)習(xí)中，學(xué)生將進(jìn)一步學(xué)習(xí)利用化學(xué)變化進(jìn)行水的凈化，如吸附、消毒等。本主題以三年級(jí)的知識(shí)內(nèi)容為基礎(chǔ)，涉及部分拓展性知識(shí)，有助于學(xué)生深化已有認(rèn)知，也有利于為后續(xù)的科學(xué)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。從課程標(biāo)準(zhǔn)的契合性上看，以《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對(duì)文本進(jìn)行分析，這部分知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)課程標(biāo)準(zhǔn)中“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”“物質(zhì)的變化與化學(xué)反應(yīng)”兩個(gè)核心概念。

“水的凈化”是一個(gè)與學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系緊密的主題。作為生活中常見且不可或缺的自然資源，學(xué)生應(yīng)該加深對(duì)水的性質(zhì)、功能等的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也應(yīng)該樹立保護(hù)水資源的意識(shí)。因此以“跟著貝爾去冒險(xiǎn)”為情境導(dǎo)入課堂，并引發(fā)學(xué)生思考“自然界中的泥水，如何過濾成能喝的水？”的核心問題，是一個(gè)能夠引導(dǎo)學(xué)生開展有意義的科學(xué)學(xué)習(xí)的主題。

從學(xué)科融合性的角度看，本主題具備高度的學(xué)科融合潛力。我們需要明確的是，學(xué)科的交匯與融合不是停留在對(duì)知識(shí)點(diǎn)的簡單拼接上，而是利用課程提供的背景，促使學(xué)生用多元的知識(shí)解決“問題”本身。對(duì)一個(gè)復(fù)雜的“問題”，需要學(xué)生具備多學(xué)科的知識(shí)，利用不同學(xué)科的思維方式，在多重思維視角之間來回切換、相互印證，以此尋找解決問題的辦法，可以說解決問題的過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)循環(huán)的探究過程。在“水的凈化”這一主題下，各學(xué)科就是利用“跟著貝爾去冒險(xiǎn)”的問題背景，在學(xué)生解決“自然界中的泥水，如何過濾成能喝的水？”的具體問題的過程中，自然而然地發(fā)生學(xué)科的融合與互動(dòng)。在這一過程中，科學(xué)知識(shí)提供理解問題、解決問題的基本邏輯框架，技術(shù)與工程構(gòu)建出解決問題的具體方案，數(shù)學(xué)在其中起到將觀察和操作的結(jié)果抽象為數(shù)據(jù)的作用，藝術(shù)的加入不只是裝飾性地存在，它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、視覺表達(dá)和語言呈現(xiàn)中發(fā)揮著不可替代的作用，使最終產(chǎn)品不僅“能用”，而且要“好用”“好看”。

從學(xué)生發(fā)展的適應(yīng)性方面來看，該主題面向小學(xué)六年級(jí)學(xué)生，符合該年級(jí)學(xué)生的學(xué)段特征。從認(rèn)知角度上講，小學(xué)六年級(jí)學(xué)生處于具體運(yùn)算向形式運(yùn)算過渡的關(guān)鍵階段，他們?cè)谶^去的學(xué)習(xí)和生活中已經(jīng)具備了一定的邏輯推理能力和抽象思維能力，能夠理解較為復(fù)雜的科學(xué)原理與工程結(jié)構(gòu)。從能力結(jié)構(gòu)層面看，六年級(jí)學(xué)生對(duì)新穎的任務(wù)、情境保持著高度的好奇心，能夠在小組合作的過程中完成動(dòng)手實(shí)踐與問題解決。同時(shí)，在經(jīng)歷“設(shè)計(jì)—制作—測試—優(yōu)化”的循環(huán)任務(wù)中，學(xué)生也能不斷積累經(jīng)驗(yàn)，反思過程并進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，這為STEAM課程學(xué)習(xí)提供了良好的學(xué)習(xí)心理基礎(chǔ)與能力支撐。

由此我們可以看出，對(duì)“水的凈化”這一主題的選擇是有其優(yōu)勢與必要性的。

二、STEAM課程五維度的融合策略

（一）科學(xué)

在《探索水的純凈之旅》這一STEAM項(xiàng)目中，科學(xué)是課程的核心，其功能在于提出問題、解釋現(xiàn)象、建構(gòu)方案。如何將抽象的科學(xué)原理轉(zhuǎn)化為學(xué)生可以直觀感受的知識(shí)，并與工程、技術(shù)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)其他四個(gè)領(lǐng)域協(xié)同作用，是教師需要克服的難關(guān)。

在教學(xué)設(shè)計(jì)的初始階段，本案例借助“在野外生存中如何獲得潔凈水”這一貼近生活的挑戰(zhàn)激活學(xué)生的科學(xué)思維，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際需要出發(fā)思考“獲得潔凈的水需要達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)”“我們已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)中，哪一部分可以利用？可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求嗎？”一系列問題，從而促使學(xué)生主動(dòng)調(diào)動(dòng)已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理與設(shè)想。這一過程是從被動(dòng)地接受知識(shí)到主動(dòng)地建構(gòu)知識(shí)的過程，是學(xué)生科學(xué)思維的起點(diǎn)。

對(duì)科學(xué)原理的講解并不是孤立的，而是嵌入試驗(yàn)中進(jìn)行的。通過對(duì)不同材料凈化效果的觀察與數(shù)據(jù)分析，學(xué)生在操作中提高變量控制、因果推斷與證據(jù)推理等核心科學(xué)能力，真正實(shí)現(xiàn)“在用中學(xué)”“在做中思”。

（二）技術(shù)

在STEAM教學(xué)中，技術(shù)能將科學(xué)原理轉(zhuǎn)化為具象化的工程，它不僅僅是對(duì)工具的使用和手工操作，更是連接理論與實(shí)踐的橋梁。在《探索水的純凈之旅》案例中，技術(shù)通過多元路徑嵌入到項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、制作乃至優(yōu)化的各個(gè)環(huán)節(jié)之中。

技術(shù)在整個(gè)項(xiàng)目中承擔(dān)著將主觀思路轉(zhuǎn)化為客觀現(xiàn)實(shí)的功能。學(xué)生在制作凈水器裝置時(shí)，需要考慮如何利用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)，將其轉(zhuǎn)化為切實(shí)可行的操作方案，并根據(jù)操作方案利用一系列技術(shù)，如基本的工具使用方法、材料加工流程等，將整個(gè)項(xiàng)目落地實(shí)施。

從技術(shù)的反思與重構(gòu)層面講，學(xué)生需要對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)測試，并觀察凈水效果，在這個(gè)過程中，要求學(xué)生不斷地調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)、替換材料甚至重新組合已有組件。這一“迭代更新”的機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)生形成“試驗(yàn)—分析—修改—再試驗(yàn)”的技術(shù)思維。

（三）工程

在該案例中，最終的工程產(chǎn)出結(jié)果是“做出一個(gè)凈水器”，但整個(gè)案例的最終工程目的不在于做出一個(gè)完美的凈水器，而在于引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從問題識(shí)別到解決問題的完整過程，從而激活科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)等多學(xué)科的協(xié)同運(yùn)行。

在五種學(xué)科的融合過程中，工程為項(xiàng)目提供了最本質(zhì)的任務(wù)載體。工程設(shè)計(jì)的流程自然而然地調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)科學(xué)原理的理解、對(duì)技術(shù)方法的應(yīng)用、對(duì)數(shù)學(xué)的運(yùn)算甚至對(duì)藝術(shù)的創(chuàng)造。在完成整個(gè)工程的過程中，學(xué)生嘗試打破學(xué)科邊界，尋求最優(yōu)解。

（四）藝術(shù)

不少STEAM課程案例，皆將藝術(shù)置于“裝點(diǎn)”角色，在多數(shù)案例中藝術(shù)僅起到美化產(chǎn)品之效。而在本案例中，藝術(shù)的融入滲透于問題解決進(jìn)程中，構(gòu)建學(xué)生認(rèn)知維度與情感體驗(yàn)的聯(lián)系，在這個(gè)案例中，我們借助廣義藝術(shù)論的視角開展學(xué)科融合。廣義藝術(shù)論秉持的“藝術(shù)”所包括的范疇不單單只有設(shè)計(jì)這一項(xiàng)，而是把語言藝術(shù)、形體藝術(shù)、音樂、美學(xué)以及人文藝術(shù)等諸多領(lǐng)域都涵蓋其中。

藝術(shù)為學(xué)生鋪設(shè)了多模態(tài)的表達(dá)途徑，處于項(xiàng)目展示的環(huán)節(jié)，學(xué)生可利用說明文寫作、口頭介紹、海報(bào)制作等方式呈現(xiàn)成果。學(xué)生若要做好凈水器的展示這件事，就要統(tǒng)籌兼顧語言組織的邏輯性、圖文材料的可讀性和作品視覺呈現(xiàn)的吸引力。

（五）數(shù)學(xué)

在這一STEAM教學(xué)案例里，盡管數(shù)學(xué)所起到的作用不明顯，但在優(yōu)化設(shè)計(jì)、分析數(shù)據(jù)方面依然有關(guān)鍵的意義。

數(shù)學(xué)在項(xiàng)目當(dāng)中針對(duì)結(jié)構(gòu)調(diào)配發(fā)揮著重要作用，學(xué)生開始設(shè)計(jì)凈水器時(shí)，應(yīng)思索過濾材料的順序、厚度等方面，他們選擇過濾材料的依據(jù)是對(duì)比、測量與計(jì)算。在這一實(shí)施過程中，數(shù)學(xué)不只是充當(dāng)工具的角色，還是一種理性化的思維模式。

數(shù)學(xué)引領(lǐng)學(xué)生步入數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的反思階段，在凈水效果測試期間，學(xué)生記錄過濾前后水樣透明度、pH值等相關(guān)指標(biāo)，而且對(duì)這些數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)及對(duì)比，由此得出性能的評(píng)估內(nèi)容。學(xué)生借助計(jì)算平均值、比例關(guān)系等手段，能夠察覺裝置的薄弱環(huán)節(jié)，還能依照數(shù)據(jù)拿出改良舉措。數(shù)學(xué)可引導(dǎo)學(xué)生從“我感覺良好”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔业臄?shù)據(jù)證明良好”，培養(yǎng)其依靠證據(jù)進(jìn)行推理與判定的能力。

三、課程結(jié)構(gòu)與實(shí)施預(yù)設(shè)

在《探索水的純凈之旅》這一STEAM課程的設(shè)計(jì)中，既重視知識(shí)的整合水平，又著眼于過程的系統(tǒng)性以及方法的啟發(fā)性，擁有可觀的實(shí)際操作意義。就整體而言，該課程結(jié)構(gòu)可劃分為三個(gè)層次：基礎(chǔ)知曉階段、探究規(guī)劃時(shí)段與表達(dá)反思時(shí)段。

在基礎(chǔ)認(rèn)知開始起步的階段，用情境導(dǎo)入喚起學(xué)生的興致，采用“跟著貝爾去冒險(xiǎn)”相關(guān)的任務(wù)設(shè)定方式，引領(lǐng)學(xué)生思考野外水源凈化的問題，引出“怎樣讓水變清潔”的實(shí)際難題。依靠教師的引導(dǎo)，學(xué)生掌握對(duì)應(yīng)的科學(xué)原理與概念知識(shí)，為后續(xù)的動(dòng)手實(shí)踐打下知識(shí)基礎(chǔ)。

進(jìn)入探究設(shè)計(jì)階段起，學(xué)生分組合作，結(jié)合已學(xué)知識(shí)，開始對(duì)簡易凈水器的結(jié)構(gòu)草樣進(jìn)行構(gòu)思與繪制，在教師引導(dǎo)下完成制作事項(xiàng)，課程促使學(xué)生從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)諸多方面開展思索。此階段將開展一套“雙循環(huán)迭代”流程：首次迭代聚焦于處理材料結(jié)構(gòu)與功能的匹配事項(xiàng)；第二輪聚焦于性能測試完成后的優(yōu)化修改，學(xué)生借助多次試驗(yàn)、數(shù)據(jù)記載與組內(nèi)研討，持續(xù)有效地增進(jìn)作品的質(zhì)量。

在表達(dá)反思階段，課程引導(dǎo)學(xué)生形成兩項(xiàng)成果輸出：其一為“項(xiàng)目展示”，各小組就實(shí)現(xiàn)過程、問題的解決與設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行匯報(bào)，并接受其他小組和教師的評(píng)價(jià)；其二是完成“說明文寫作”，把實(shí)踐的過程以及作品特點(diǎn)用規(guī)范的語言以書面方式呈現(xiàn)，提升語言應(yīng)用及結(jié)構(gòu)思維水平。此階段的安排，使項(xiàng)目并非僅僅“做出來”，更要實(shí)現(xiàn)“說明白、寫通順”，切實(shí)體現(xiàn)了STEAM教育中“知—行—言”一體化的學(xué)習(xí)理念。

教育正從“知識(shí)整合”向“素養(yǎng)統(tǒng)整”進(jìn)行深度過渡。從對(duì)《探索水的純凈之旅》課程案例的設(shè)計(jì)和分析中可得知，STEAM教育并非多學(xué)科內(nèi)容的盲目堆疊，而是把真實(shí)問題當(dāng)作核心，促使學(xué)生于科學(xué)探究、工程搭建、技術(shù)實(shí)施、數(shù)學(xué)核算與藝術(shù)構(gòu)思中協(xié)同思考，真實(shí)實(shí)現(xiàn)“學(xué)科融合”向“思維融合”的過渡。本課程以小學(xué)六年級(jí)學(xué)生為對(duì)象，采用項(xiàng)目式的教學(xué)安排，帶領(lǐng)學(xué)生在實(shí)際動(dòng)手中發(fā)展綜合素養(yǎng)，在真實(shí)情境中體悟?qū)W習(xí)價(jià)值，為以后更高階段的跨學(xué)科學(xué)習(xí)以及問題解決能力打好基礎(chǔ)。隨著STEAM理念在基礎(chǔ)教育階段持續(xù)穩(wěn)步推進(jìn)，我們有理由盼望更多帶有本土特色、兼具整合深度與實(shí)踐廣度的教學(xué)探索持續(xù)涌現(xiàn)，給教育現(xiàn)代化注入源源不斷的活力。

參考文獻(xiàn)

[1]楊明全.論STEM教育的本土化建構(gòu)：內(nèi)涵、價(jià)值及實(shí)踐探索[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2024（1）：39-45，53.

[2]周文偉，鐘雨杏，尤宏淼，等.中小學(xué)STEAM教育：“A”為何物：基于文獻(xiàn)和訪談的混合分析[J].上海教育研究，2023（8）：47-53.

[3]曾亞瓊，賈偉.協(xié)同理論視域下中小學(xué)STEAM課程體系的建構(gòu)及實(shí)施[J].教學(xué)與管理，2024（30）：75-80.