基于STEM理念的“走馬燈”的創意設計與制作

甘小麗

【摘要】隨著教育教學改革的持續推進，利用新式教學模式培養學生已經成為教育熱點。其中，STEM教學模式響應教育需求，被中小學運用在各學科的教學中。STEM教育有機地將科學、技術、工程、數學等學科融合，培養學生的綜合素養，引導學生在項目活動中應用多個學科的知識解決真實問題。本文在小學綜合實踐活動課的基礎上，以《走馬燈的奧秘》為案例，介紹如何基于STEM理念對走馬燈進行創意設計，克服制作難點，培養學生發散思維、創新能力。

【關鍵詞】STEM理念;綜合素養;創意設計

一、核心概念界定

（一）STEM

STEM是科學、技術、工程、數學四門學科的簡稱，強調多學科的融合，遵循著“進入情境與提出問題”——“探究學習與數學應用”——“工程設計與技術制作”——“知識拓展與創意設計”——“多元評價與學習反思”的5EX教學模式，并根據實際的學情與教學目標，發展和提高學生在科學、技術、工程和數學領域的能力，培養學生的綜合素養。2018年，李克東教授曾提出：STEM教育是一種引導學生面對真實情境的問題，通過科學探究、數學方法、工程設計和技術制作有機統一，運用跨學科的知識和方法來解決真實問題，引導學生通過“學做結合”學會應用跨學科的知識方法，提升學生的創新意識和創新能力，促進學生的全面發展的教育方式。其中，STEM教育框架圖如圖1所示。

（二）綜合實踐活動課程

綜合實踐活動課程是指在教師的指導下，由學生基于自身興趣、經驗，從生活真實情境中發現問題并將其轉換成活動主題，自主進行探究、體驗、制作、服務的跨學科實踐性課程。該課程密切聯系生活，注重培養學生的綜合素質，體現了對知識的綜合應用。2017年，張華教授提出，綜合實踐活動課程的新內涵是著眼于發展學生的高級能力與社會責任感。而國家教育部在《基礎教育課程改革綱要（試行）》中提出：綜合實踐活動課程打破了傳統單一學科的界限，將社會課題與學生問題、課內與課外、人類社會的綜合性知識、理論與實踐、跨學科知識和學生感興趣的問題 ，統整成主題活動，以學生為主體的、創造性的問題解決學習活動，有機地將跨學科的綜合性知識與單一學科性知識、體驗性知識和學問性知識、校內和校外結合起來，以促進學生身心和諧發展。

二、分析現今綜合實踐課中存在的主要問題

現在的綜合實踐課堂的每個活動主題都包括“活動目標——活動任務——活動方式——方法導航——課時建議——具體實施”，活動主題又會細分成每個小活動。其主要教學模式一般是“發現問題——進行實踐——進行評價——拓展延伸”。但是，在課堂上，大部分學生都被局限于“提問、實踐、評價、拓展”的流程，缺乏多樣性、針對性，而對于學科方面的知識與技能的掌握不深、甚至不知。這樣的教學模式，并不能一直引起學生的興趣，不能有效地培養學生的綜合素養，也不能真正地解決真實情境中的問題。這尤其導致學生在“創意物化”方面側重于片面化地完成設計制作，忽視操作技能培養提升和跨學科知識的融合創作。

而STEM教育與綜合實踐活動課程有著很多相似點，比如跨學科、以學生為主導等等。二者的相關內容如表1所示。因此，引入STEM理念創設主題進行探究，有利于突破原課堂模式的局限，進行創意設計，克服制作難點，培養學生發散思維、創新能力。

三、融合STEM理念的走馬燈的設計與制作

在綜合實踐課堂的基礎上，參考STEM課程建設理念思路，將綜合實踐活動課程與STEM理念融合，創設主題《走馬燈的奧秘》（四年級）來對課程進行簡單的教學分析。其中，STEM課程建設理念思路如圖2所示，《走馬燈的奧秘》主題教學框架如圖3所示。

（一）進入情境與提出問題

1.以興趣激發問題——走馬燈初探

在日常生活中，燈籠是常見的，但是學生對于具有中國傳統特色的走馬燈（燈籠的一種）了解不深甚至不知，因此學生對于探索走馬燈的奧秘興趣極大。通過對走馬燈的初探，引導學生了解走馬燈的歷史、簡單結構、用途及應用，激發學生對于走馬燈的運轉原理產生頭腦風暴，并為接下來課程的開展奠定知識基礎，使得他們對于走馬燈有了大致的了解，以此促進學生今后主動地獲取更多信息。

在此課開展時應當注重知識的梳理，同時注意課前引導學生擴大對于走馬燈的閱讀面、具備一定的課外閱讀調查基礎，以此萌發學生心中的好奇種子。在一定知識儲備支撐下，學生才能以興趣為內驅力前往更高的水平臺階。

（二）探究學習與數學應用

1.設計實驗，探索原理——走馬燈的秘密（走馬燈轉動的原理）

在初探走馬燈的基礎上，提升問題高度，通過對比普通燈籠和走馬燈聚焦問題“為什么走馬燈會轉動起來？”引發學生從走馬燈結構方面進行猜測，并引導學生根據所提供的材料自主設計實驗驗證猜想、制作葉輪和制造研究裝置探索走馬燈轉動的原理。

學生在四年級科學上冊的《我們的熱氣球》學習中已經掌握了“空氣受熱膨脹變輕，上升形成氣流”的科學知識，可以發現走馬燈中的“熱源”和“葉輪結構”是影響走馬燈轉動的主要結構。但是，在探究過程中，應當注重培養學生自主設計實驗探究的能力，以通俗易懂的話語引導學生學會利用“控制變量法”進行探究，盡量引導學生設計簡單化實驗，使得學生可通過最簡單省時的實驗，完成探究。

（三）工程設計與技術制作

1.工程制作，深入探究

在了解了走馬燈轉動的原理后，從學生出發，確定下一步的探究方向，深入研究影響走馬燈轉速的因素，以此對走馬燈有深入的了解。學生通過對比生活中常見的各種類型的走馬燈，了解到走馬燈之間的一些相同點和不同點。通過觀看兩個走馬燈轉動的視頻，引導學生深入思考“為什么轉動速度不同？”引發學生根據不同點進行猜測、確定研究方向、自主設計實驗進行探究。

（1）走馬燈的奧秘探索一：熱量大小對走馬燈轉速的影響

由走馬燈的蠟燭熱源的結構組成，引發學生思考“熱量對走馬燈轉速的影響”，由學生思考如何制作實驗裝置完成探究，將話語權交給學生，由學生小組討論交流實驗材料、工具清單、小組分工、實驗觀察對象、實驗記錄等等。學生提出了各種各樣的想法，例如，“可以利用蠟燭的數量來改變熱量的大小。”“在點燃蠟燭時，打火機和火柴哪個更好呢？”“利用什么來固定走馬燈呢？”“怎么判斷走馬燈的轉動快慢呢？”“如果實驗過程中，著火了，怎么辦？”……然后，教師協助學生確定材料清單、探究步驟、觀察對象、探究記錄等。最后，進行實驗探究、展示，得出結論。

（2）走馬燈的奧秘探索二：材料輕重對走馬燈轉速的影響

由走馬燈的制作材料輕重，引發學生思考“材料輕重對走馬燈轉速的影響”，由學生思考如何制作實驗裝置完成探究，將話語權交給學生，由學生小組討論交流實驗材料、工具清單、小組分工、實驗觀察對象、實驗記錄等等。學生提出了各種各樣的想法，例如：“可以在轉筒上添加重物來改變輕重。”“在添加重物的時候，應當注意什么問題？”……然后，教師協助學生確定材料清單、探究步驟、觀察對象、探究記錄等。最后，進行實驗探究、展示，得出結論。

（3）走馬燈的奧秘探索三：探究體積大小對走馬燈轉速的影響

由走馬燈的轉筒和葉輪的組成部分，引發學生思考“體積大小對走馬燈轉速的影響”，由學生思考如何制作實驗裝置完成探究，將話語權交給學生，由學生小組討論交流實驗材料、工具清單、小組分工、實驗觀察對象、實驗記錄等等。學生提出了各種各樣的想法，例如：“可以改變轉筒大小來改變走馬燈的體積大小。”“實驗時，用幾根蠟燭比較好？”……然后，教師協助學生確定材料清單、探究步驟、觀察對象、探究記錄等。最后，進行實驗探究、展示，得出結論。

學生在交流討論、實驗過程中會有想法碰撞，碰撞過程中可能會存在一些爭議、矛盾。此時，教師應當引導學生記錄爭議、解決矛盾。從爭議融合中，激發和培養學生的發散思維;從矛盾解決中，培養學生的價值體認和責任感。

（四）知識拓展與創意設計

1.發散思維，結構與功能相適應——設計走馬燈

（1）創意設計走馬燈

在了解走馬燈歷史文化、結構、轉動原理及影響因素后，以問題為導向，引導學生設計一個轉動較快的走馬燈。在設計過程中，引導學生聯系生活，尋找靈感，確定走馬燈類型，完成設計圖，并加以文字說明。

（2）創意設計之改進

引導學生展示創意設計圖、講解他們的設計方案，同時引導其他同學對設計圖進行提問，指出不足以及給予建議。再由學生進行想法匯總，教師進行補充，從而確定設計圖的改進方向。修改設計圖后，再引導學生思考“制作走馬燈的步驟”，并記錄下來。

在設計過程中，有的小組比較理想化，設計存在超脫現實的理念;有的小組比較注重實用，緊靠生活，但是缺乏新意;有的小組局限于生活原型、他人的想法，習慣性地模仿別人，缺乏小組特色;有的小組善于融合想法，創意設計。所以，在設計過程中，教師應當進行適當的指引。

而在改進過程中，教師應當針對設計過程中存在的一些典型設計現象進行展示，引發學生的思考，需要讓學生了解到作品需要具備實用性、創造性、美觀性，并要注意培養學生尊重他人想法的價值體認、為個人一言一行而負責的責任擔當，從而更好地促進創意物化。

2.創意物化，體驗創造的樂趣——制作走馬燈

（1）走馬燈造型工程一

制作前，全班制定制作注意事項，確保安全;經過討論交流，確定制作流程，并引導學生根據設計圖和制作流程制作走馬燈，以競賽的形式促進小組凝聚力及小組間的競爭意識。

（2）走馬燈造型工程二

基于初步制作，引導學生繼續完成走馬燈，并以剪貼畫、皮影、立體動畫等形式進行美化、增加個性化和創意點。

在制作過程中，教師是充當為學生提供材料和工具的角色，給予學生自由的空間進行創意物化。這樣，可以提高學生小組團隊合作、協作能力，培養學生的合作意識和競爭意識。

（五）多元評價與學習反思

1.走馬燈的測試與改進

完成走馬燈的制作后，引導學生確定測試方案，并協助學生進行走馬燈的測試、記錄。測試后，引導各組學生對數據進行整理統計，并分享實驗結果。其中，各組的數據都會有所不同，由數據引發學生思考原因，再根據具體原因對作品提出修改意見，進行改進。在分享展示過程中，同時根據展示情況和評價量表對走馬燈進行多元評價和反思。

四、“基于STEM理念的走馬燈的創意設計與制作”的教學效果與展望

基于綜合實踐活動課程的基礎，融合STEM教育理念，創設的走馬燈的創意設計與制作，存在以下的教學效果：

1.跨學科學習，培養學生綜合素養。學生可在每節課中從科學、工程學、技術、數學、藝術等學科方面進行課堂學習。在潛移默化中，不但培養了學生的學科知識、技能，還培養學生的價值體認和責任擔當，提高學生的綜合素養。

2.項目式學習，發散思維，培養學生創新能力。學生經過一系列的學習后，能夠自主設計實驗進行深入探究，而不是流于表面的探究。同時，學生能夠小組合作、頭腦風暴進行創意設計、制作具備小組特色的走馬燈。這不但培養學生的發散思維能力，還促進提高學生的創新能力。

雖然STEM教育和綜合實踐活動課程存在很多共同點，但是在課程的設計、開展、實施方面仍需繼續融合。以下是對課程的未來期望：

1.如何基于《小學綜合實踐課程標準》深入地將STEM教育與綜合實踐活動課進行更好的融合，使得學生在課程當中能夠更為大膽地進行思考、嘗試實際、動手創造。

2.是否可以融合其它學科對應年級的學習內容，進行主題深化設計，使得學生在課程學習中能夠同時從其它學科學習對應的知識與技能，構建連貫的知識結構。

參考文獻：

[1]郭小娜. 基于STEM教育理念的小學綜合實踐活動課程設計研究[D].溫州大學，2019.

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