STEAM課程8步及搭橋實例

STEAM教育在美國已經越來越受重視。STEAM是五個單詞的縮寫：Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、 Arts（藝術）、 Mathematics（數學）。STEAM是美國政府提出的教育倡議，即加強美國K12關于科學、技術、工程、藝術以及數學的教育。一開始，最初的倡議只有四個字母STEM，是美國反思其基礎教育在理工科方面漸漸呈現弱勢而做出的改變。近期加入了Arts，也就是藝術，變得更加全面。

奧巴馬是美國史上首位會編程的總統，他曾宣稱世界上的所有人都應該學習編程，“別總充當消費者，試著創造點什么；花一小時，你就可以了解更多關乎我們生命一部分的科技”。2014年，為慶祝“計算機科學教育周”正式啟動，奧巴馬便以身作則寫了一段JavaScrip代碼，實現了在屏幕上顯示一個正方形的功能。其實早在2009年，奧巴馬就提到：“我希望政府決策者和教育工作者能設計一些合理的評判標準。孩子們的水平測試不僅僅應該限制于考試，更應該注重他們是否掌握了21世紀的必要技能——那就是解決問題的能力、批判性的思維、企業家精神和創造力。”

如果孩子沒有抽象性思維，不辨是非，不能團隊合作，或是不能說一門除了英文以外的語言，那這個孩子的未來是暗淡的。在奧巴馬的大力提倡下，機器人、3D打印進入了美國小學校園。例如小楊老師工作的學校就有由加州理工學院（沒錯，就是《生活大爆炸》里面的謝耳朵所在的學校）的大學生組建來幫助女孩學習計算機編程的小組。我們學校也有打印機，三年級小朋友電腦課學習的是用Tinkercard在線3D設計工具來設計3D圖像，最后3D打印出來！

STEAM步驟

深入到美國校園里面, STEAM教育不僅僅是提倡學習這五個科目，更是提倡把這五個科目融會貫通，付諸實踐。相對于傳統的老師講、學生聽的教學模式，STEAM教育代表著現代教育的一種哲學——注重學習過程，而不是結果。在這種教育模式里，學生是課程的主角，而老師則扮演幫助學生的角色。

這樣一個設計的過程包括以下幾個步驟。

第一步：找到問題和需求。這個過程激發了孩子的好奇心和探索未知世界的能力。例如我的一個學生曾經做了一個實驗，來探究不同的易拉罐放水里到底是沉還是浮。在有的孩子眼里，這只是一個普通的裝著各種不同液體的易拉罐，或是萌生過探究“這罐子放水里是沉是浮”的想法，只是因為沒有受到啟發，而最終放棄。而我的學生，在父母的幫助下，嘗試了各種不同的易拉罐，最后得出有糖的易拉罐會沉，無糖的易拉罐會浮的結論。問題和需求不一定是需要刻意尋找的，而在生活中，孩子常常會問一些在大人看來腦洞大開的問題。記得小楊老師小時候就會常常冥思苦想一個問題——地是平的，所以地球一定有一個盡頭，人們走到盡頭，就會掉到宇宙里。這個問題我曾經百思不得其解，也求助過媽媽，但是無疾而終。現在，請仔細聆聽孩子的需求，記錄下他們的問題，或許這就是一個小科學發明的開始！

第二步：對問題和需求做調查。做調查是美國小學生常常被布置的家庭作業。比如我曾經讓我的學生調查超市里面的食物哪一種更便宜。我給他們分配了100美元的預算，讓他們選擇最實惠的食物，制作一個感恩節晚餐。在這個兩周的課外作業里，爸爸媽媽就帶著孩子去幾個不同的超市，比對食品的價格，最后把結論帶回教室。有的調查也可以到圖書館執行，所以你常常會看到放學以后美國的圖書館滿滿都是放學的學生。小小的身子埋在書海里面，那是他們正在做調查呢！

第三步：找出可能的解決方案。做完調查以后，孩子應該提出幾種不同的解決方案。很多時候一個問題不僅僅只有一種解決方案，所以他們的各種想法都應該是被鼓勵的。與其說“嗨，你這個想法不對”，不如說“嗨，試試看就知道了”。 鼓勵孩子天馬行空的想法，最后去做驗證。

第四步：選擇最佳方案。這個是檢驗一個孩子有沒有團隊合作精神的最佳方式。在大部分的STEAM活動中，孩子都會分組完成任務。一個組里必然有不同的方案。那最公平的辦法就是每個人展示自己的方案，闡述自己的觀點，最后投票選擇。在美國的孩子里，公平非常重要，不規范得來的勝利往往不被認可。而能夠理性分析獲得大部分人支持的方案會最后勝出，也讓其他輸了的人心服口服。

第五步：執行這個方案和理論。STEAM教育要求孩子們動手動腦，使得孩子注重實踐、注重動手、注重過程，但提升動手實踐能力不等于提升創造力。基于創新意識，結合動手實踐和探索，才能真正喚醒孩子與生俱來的創造力潛能。執行方案可能是最吸引孩子的一個過程！

第六步：測試和評估。就如同軟件公司里都需要招聘一個測試的員工一樣。測試和評估必不可少。

第七步：討論結果。小組討論方案是否選擇正確。

第八步：重新設計。如果不正確，可以提出各種改進方案的假設。一個科學實驗的成功，可能有千百次的失敗做鋪墊。鼓勵孩子，讓他們勇敢地嘗試“推倒+重建”！我們需要的不是一個完成的產品，而是一個經過推敲后的作品。

用棉花糖和牙簽搭橋

下面看看我如何通過一個用棉花糖和牙簽搭橋來測試稱重的活動，來體現一個完整的STEAM項目。

準備材料。1.牙簽：每組100根；2.小的棉花糖：每組50個（用棉花糖而不用膠水或者細繩的原因是不想浪費時間在固定牙簽上面，棉花糖是個非常方便的“固體膠”，缺點是多次使用后會變得很黏稠）；3.活動紙；4.兩個衛生紙的空盒用來做橋。

講清規則。在活動開始之前，把學生分為3～4組。講好活動的規則和后果。在活動開始之前樹立規則很重要，這樣孩子在犯錯時，才不會對自己所受到的懲罰感到憤怒。因為這是他們的選擇——按規則，平安無事；不按規則，接受懲罰。

規則之一：務必申明這些棉花糖是不可以吃的，特別是用手拿過的棉花糖，有很多細菌。規則之二：只可以用到50個棉花糖和100根牙簽。規則之三：橋需要有6英寸長。我會把他們做的橋放在兩個間隔6英寸的紙盒中間，然后在橋上放入硬幣，最后看橋能承受多少重量。

老師講解。首先，我讀了一本書《紐約》，里面有介紹紐約布魯克林大橋的一段文字。然后，我跟學生一起討論各種各樣的橋，例如，吊橋、拱橋等。我還給學生時間用筆記本電腦在班上搜索他們感興趣的橋的樣子。之后，我給學生3分鐘時間安靜地思考，構思他們想要做的橋。到了啟發性思考的時候，我讓學生思考這幾個問題：1.什么東西能讓橋承重？2.橋的兩邊需要護欄來固定嗎？3.在橋的兩端是否需要柱子？4.什么東西來固定住橋面？最后，我讓每個學生都獨立設計自己的橋。下面是我提供給學生一些設計橋的思路：

學生設計。學生們制作了各種各樣橋的圖紙。不得不感嘆這些孩子把這個項目認認真真地當作一個建筑物。我們一共用多少牙簽？每個支柱需要幾根牙簽？三角形是最堅固的形狀嗎？最后的長、寬、高分別是多少呢？設計完以后，每一組每一個孩子都為自己的作品宣傳，爭取能最后被選中。下面是我的學生的設計：

討論與制作。等學生都設計完了以后，讓他們討論并且選出最佳方案。然后投票選出每組最佳方案，填入表格。開始行動！

首先，我讓學生復習了一下數學的概念，所以我們做了一個設計形狀的小活動。在我們四年級的數學學習中，我們會學到2D圖形，所以我列出來梯形、五邊形、六邊形、八邊形。每個形狀的邊是多少？頂點有多少？然后，我們復習了3D圖形。有正方體、長方體、五菱錐、方錐體。每一個3D圖形的點、線、面有多少？復習完后，就可以開始制作啦！

測試和評估。等所有的組做完，就到了最振奮人心的時刻了。每個組輪流到前面來測試。把一個小塑料盒放到他們搭起的橋上，然后一枚一枚枚硬幣往里面放：1、2、3、4、5……全班都屏住呼吸！最后的勝利者是——74枚硬幣！