STEAM理念下項目學(xué)習(xí)的設(shè)計與實踐

徐莉莎

STEAM教育以一種獨立新型的姿態(tài)出現(xiàn)在我國中小學(xué)中，它承載著點燃學(xué)生創(chuàng)新思維和培養(yǎng)未來創(chuàng)新型人才的責(zé)任。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，進(jìn)行STEAM項目開發(fā)并開展STEAM活動，已成為一線科學(xué)教師及科技工作者特別關(guān)注的問題。筆者從教學(xué)目標(biāo)、基本架構(gòu)、建議課時、教學(xué)準(zhǔn)備、實施流程和教學(xué)評價六個方面，設(shè)計與“投擲器”有關(guān)的STEAM項目化活動，希望能為教師開發(fā)STEAM項目活動提供一定的參考。

搭建項目的基本架構(gòu)

南京市玄武區(qū)教師發(fā)展中心的馮凌老師，在《實踐STEM教育的“玄武路徑”》中提到STEAM項目活動的基本教學(xué)流程，即“引入問題與確定需求—調(diào)查研究與學(xué)習(xí)支持—分析觀點與建立模型—測試優(yōu)化與解決問題”四個階段。筆者將其簡要地定義為八字，即“一引二研三建四優(yōu)”，將《投擲器》STEAM項目劃分為4個階段和9個章節(jié)（如表1）。

明確項目的教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是關(guān)于教學(xué)將使學(xué)生發(fā)生何種變化的明確表述，是指在教學(xué)活動中所期待得到的學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。在教學(xué)過程中，教學(xué)目標(biāo)起著十分重要的作用。教學(xué)活動以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，且始終圍繞實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)開展。《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定分別從“科學(xué)知識”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度”和“科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境”四個方面闡述教學(xué)的具體目標(biāo)。筆者認(rèn)為，STEAM項目活動的教學(xué)目標(biāo)，可以有別于小學(xué)科學(xué)單門學(xué)科，從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五門學(xué)科的不同領(lǐng)域，去具體闡述整個項目的教學(xué)分科目標(biāo)（不強制要求每項活動均要涉及五門分科目標(biāo)），這樣更有利于教師選擇STEAM項目活動、把握教學(xué)目標(biāo)和開展教學(xué)活動。比如，本項目活動蘊含著學(xué)生所需掌握的五門教學(xué)分科目標(biāo)（如表3）。

當(dāng)然，針對項目活動的每課時，可以制定與之對應(yīng)的課時目標(biāo)，這樣利于教師對課時教學(xué)目標(biāo)和課時內(nèi)容的把握，明確本課時學(xué)生所需要掌握的內(nèi)容。比如，本項目活動第一課時，即《1.1認(rèn)識與了解》和《2.1體驗穩(wěn)定性》兩節(jié)內(nèi)容的課時目標(biāo)如表4。

表4 ?第一課時的課時目標(biāo)

[第一課時 《1.1認(rèn)識與了解》+《2.1體驗穩(wěn)定性》 課時目標(biāo) 1.用畫圖或文字的形式記錄對投擲器的初步認(rèn)識，學(xué)會用語言描述對投擲器工作原理等的認(rèn)識 2.激起學(xué)生對杠桿原理和彈力原理等在投擲器中的應(yīng)用的興趣 3.通過觀察和實驗，了解形狀和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對制作投擲器的重要性 4.每次活動后，能習(xí)慣性地對團隊的表現(xiàn)進(jìn)行真實和及時性的評價 ]

落實教學(xué)準(zhǔn)備

1.備課階段精心落實

動人心者，莫先乎情。情，不僅要體現(xiàn)在課堂上，更要體現(xiàn)在課前，即為上課準(zhǔn)備的備課階段。在備課的過程中，我們要充分考慮到大多數(shù)學(xué)生的學(xué)情，有效地把握教學(xué)目標(biāo)，并設(shè)計出符合學(xué)生學(xué)情的教學(xué)設(shè)計，來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。備好一堂課是上好一堂課的前提。因此，課前教師要精心落實每一堂課的教學(xué)設(shè)計。

比如，以本項目第一課時（《1.1認(rèn)識與了解》+《2.1體驗穩(wěn)定性》）為例。課前要把握課時目標(biāo)，在考慮學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上，做好教學(xué)設(shè)計，并做好教師預(yù)設(shè)。如果課堂中出現(xiàn)與預(yù)設(shè)目標(biāo)差異較大的環(huán)節(jié)，需要教師在課后第一時間考慮并調(diào)整教學(xué)方案，在不斷反思糾正的過程中，設(shè)計出最佳教案。

2.材料準(zhǔn)備落實到位

一堂優(yōu)質(zhì)的、有意義的STEAM課具備這些特點：在活動中進(jìn)行科學(xué)探究、數(shù)據(jù)分析和工程設(shè)計等，要實施到位就離不開活動材料的充分準(zhǔn)備，要選擇有結(jié)構(gòu)、有創(chuàng)意的材料，同時還要貼近學(xué)生的日常生活，使學(xué)生運用簡單的活動材料不斷提高STEAM素養(yǎng)，鍛煉創(chuàng)新思維與能力。

以本項目第二課時《2.2體驗杠桿》為例。教學(xué)中設(shè)計了“用力點距離支點遠(yuǎn)近與用力大小的關(guān)系”的探究實驗，這個探究杠桿原理的測力實驗裝置需要教師自行準(zhǔn)備，在不斷的嘗試和摸索中，最后用鐵架臺、杠桿尺、回形針、鉤碼和彈簧測力計組裝，在下水實驗成功后在課堂中使用，效果頗好（如圖2）。

又如，教師明確活動任務(wù)后，在設(shè)計與制作前為學(xué)生準(zhǔn)備的活動材料，需要反復(fù)斟酌，不僅要考慮材料準(zhǔn)備的便利性，還要考慮材料的結(jié)構(gòu)性、創(chuàng)新性和安全性，最后在確定材料單價時，還需考慮到是否能正確地引導(dǎo)學(xué)生建立控制工程成本的意識等（如表5）。

確定具體實施流程

1.引入問題與確定需求

通過創(chuàng)設(shè)情境（如播放視頻、圖片等）的方式，將學(xué)生帶入情境，啟發(fā)學(xué)生回憶相關(guān)的舊知識、前概念或初認(rèn)知，引起學(xué)生對項目的關(guān)注，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，從而引出項目研究中需要關(guān)注和掌握的重難點。

比如，本項目的導(dǎo)入，是通過張藝謀導(dǎo)演的影片——《長城》片段進(jìn)行的，影片中城墻內(nèi)士兵用投擲器投射巨大火球的場景讓人印象深刻，這種震撼足以讓人有穿越到戰(zhàn)場上的沖動，不是因為戰(zhàn)爭場面的浩瀚，而是因為古人的偉大智慧。如此震撼的場面能激起學(xué)生腦洞大開，向往著模仿古人一步步完成戰(zhàn)爭武器的發(fā)明創(chuàng)造。

又如，本項目的需求，是通過初步了解學(xué)生對投擲器的認(rèn)識完成的;教師介紹投擲器的發(fā)展歷史和用途原理;出示各種投擲器圖片，讓學(xué)生觀察比較;小組討論完成下表（如表6）;然后師生交流、小組評價;最后指導(dǎo)學(xué)生思考找出一架投擲器的優(yōu)勢和缺點的方法等。最終引導(dǎo)學(xué)生確定需求和限制因素（即三角形穩(wěn)定性、杠桿原理、彈力原理、比較韌性），解決問題所需的知識、技能和方法。

2.調(diào)查研究與學(xué)習(xí)支持

通過調(diào)查了解已有的做法，通過探究讓學(xué)生理解相關(guān)概念，通過操作習(xí)得思維方法，學(xué)會正確使用工具。總之，一切均是為解決項目活動中的問題做好知識、技能和方法的準(zhǔn)備。比如，本項目主要的四項體驗活動，即體驗穩(wěn)定性、體驗杠桿、體驗彈力和體驗韌性，都是為制作出一款發(fā)射得“既遠(yuǎn)又準(zhǔn)”的投擲器做準(zhǔn)備。

其中，體驗穩(wěn)定性是為了讓學(xué)生深刻地認(rèn)識到“三角形具有穩(wěn)定性和四邊形不具有穩(wěn)定性”的概念，通過“判斷圖形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性”的實驗活動，為搭建質(zhì)量好、穩(wěn)定性高的投擲器做最初的地基準(zhǔn)備（如表7）。

又如，體驗杠桿和彈力是為了讓學(xué)生掌握投擲器的動力來源，而其中的科學(xué)探究是為激發(fā)學(xué)生尋找投擲更遠(yuǎn)的方法，如體驗杠桿中探究“投擲距離與投擲角度的關(guān)系”和體驗彈力中探究“投擲距離與橡皮筋纏繞圈數(shù)的關(guān)系”。

3.分析觀點與建立模型

引導(dǎo)學(xué)生采用頭腦風(fēng)暴的方法，列出各種可能的解決方案，再運用分析、綜合、類比的方法分析每個觀點所包含的一切風(fēng)險和利益，評估出操作的可行性，同時在控制工程成本的前提下，根據(jù)評價量表，設(shè)計出最終解決問題的產(chǎn)品模型圖，并按照模型設(shè)計圖制作成品。比如，本項目的投擲器設(shè)計方案，讓學(xué)生基于現(xiàn)有的材料，組團分工合作，在思考、討論和交流的過程中，設(shè)計出一套屬于團隊自己的設(shè)計方案，引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范繪制設(shè)計圖，讓他們知道設(shè)計圖就像是導(dǎo)航路線一樣，如果設(shè)計時有失誤，會直接影響工程師制作成品。而且不同團隊的個性化方案能最大限度地調(diào)動起學(xué)生用心制作的積極性。

而《量化評價表》可以作為檢測成品效果和學(xué)科目標(biāo)達(dá)成度的依據(jù)，共分為6個方面（即“誰最省錢”“誰最相似”“誰最堅實”“誰最美觀”“誰投得更遠(yuǎn)”和“誰介紹最好”），分別涉及“S-T-E-A-M-+”不同的學(xué)科（如表8）。

在開展匯報會時，每個團隊圍繞設(shè)計理念、團隊分工、執(zhí)行任務(wù)時遇到的困難及其解決方法對自制投擲器進(jìn)行介紹和展示。現(xiàn)場匯報時，一小組介紹，其他小組和教師作為評委對投擲器從相似度、堅實度、美觀度和介紹情況等方面進(jìn)行排序。最終，依據(jù)“評價標(biāo)準(zhǔn)”中的團隊總得分，來測試各團隊科學(xué)、技術(shù)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)（和語文）學(xué)科的目標(biāo)達(dá)成度。

4.測試優(yōu)化與解決問題

在所有可能的條件下對模型成品進(jìn)行闖關(guān)式測試，記錄測試時的各種現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步找出和分析不足的原因，嘗試為實現(xiàn)更理想的效果而不斷改進(jìn)方案，制作出最佳的模型成品，形成最終的解決方案，總結(jié)整個過程中所取得的收獲，同時反思存在的不足。

比如，本項目有闖關(guān)式的測試，即“比一比誰更遠(yuǎn)”和“比一比誰更準(zhǔn)”的PK，兩場PK間存在著一定的遞進(jìn)和提升。“比誰更遠(yuǎn)”只需學(xué)生運用好前階段所掌握的三角形穩(wěn)定性、杠桿原理、彈力原理和韌性即可。而“比誰更準(zhǔn)”的測試難度就大一些，對學(xué)生的要求更高，不僅要求投擲器的投擲效果好，還需要他們通過調(diào)節(jié)投擲器來控制最終的投擲位置。整場比賽讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主角，更能讓他們獲得成就感。

又如，在每項活動后，教師都會支持成功團隊分享比賽的成果，如投擲器的優(yōu)點、投擲距離遠(yuǎn)和投中率高的原因，讓學(xué)生盡情發(fā)揮，分享活動成果，體驗成功者的喜悅，這不僅是對自己的一種隱形的獎勵，也是對其他學(xué)生的一種激勵。當(dāng)然，也需要讓暫時失敗的團隊總結(jié)失敗的原因和不足，最終找出解決問題的方法，進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)模型。

評價貫穿整個項目

教學(xué)評價是依據(jù)教學(xué)目標(biāo)對教學(xué)過程及結(jié)果進(jìn)行價值判斷，而課堂教學(xué)評價專指對在課堂教學(xué)實施過程中出現(xiàn)的客體對象所進(jìn)行的評價活動，評價是促進(jìn)學(xué)生成長、教師專業(yè)發(fā)展和提高課堂教學(xué)質(zhì)量的重要手段。因此，將教學(xué)評價貫穿到整個項目活動是刻不容緩的。

比如，筆者將教學(xué)評價貫穿于整個項目，分為過程性評價和總結(jié)性評價（如表9）。過程性評價是在小組討論、團隊探究或組間比賽活動時采用，本項目共計12次（共計60顆☆）過程性評價，其中3次是討論活動、7次是探究活動、2次是比賽。總結(jié)性評價是在最終投擲器展示時采用（5顆☆）。

《投擲器》項目活動是筆者基于STEAM教育項目式學(xué)習(xí)設(shè)計的初探，該項目融合了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五門學(xué)科知識，運用多媒體技術(shù)、實驗操作技術(shù)、工程設(shè)計技術(shù)等手段，輔以數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)分析、綜合考慮工程領(lǐng)域的全局意識、成本意識等解決現(xiàn)實問題。在項目實施的四個階段，按照學(xué)生認(rèn)知水平層次，由低到高布置任務(wù)，在層層遞進(jìn)的實踐中培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。當(dāng)然，僅憑這一項目的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有不斷立足STEAM理念開發(fā)和開展教學(xué)活動，才能真正達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)的目的。為此，筆者將會堅持不懈地對STEAM項目活動進(jìn)行全面、深入和持久的探索與開發(fā)。