小學STEAM主題課程中工程思維培養模式探究

姜 玲 李駿揚

(1.南京師范大學附屬小學 江蘇南京 210018；2.東南大學自動化學院 江蘇南京 210096)

STEAM主題課程是指以“工程主題”為導向，以培養學生針對現實工程問題，利用多學科融合、系統全面解決問題的工程思維習慣為目標而開發的主題課程[1]。每一個主題課程，同時需要考慮到教師、學生、空間、外部資源等多個維度，在每個課程的落實過程中，針對學生的特點，將以任務為主導，進而進行科學的引入，最后完成工程挑戰任務。為此，本文解讀了小學STEAM主題課程中工程思維培養的價值，并對其有效培養的模式展開了分析。

一、小學STEAM主題課程中工程思維培養的價值

（一）有利于學生形成良好的思維習慣

STEAM教育源于美國，是科學、技術、工程、藝術、數學多學科融合的綜合教育[2]。在小學STEAM主題課程實施過程中，培養學生的工程思維，是以學生的思維特點及實際學習發展需求為出發點，開展的科學、技術、工程、數學等學科相融合的項目學習活動，旨在讓學生在主動參與學習、探究、合作、創新、分享的過程中，像科學家一樣研究，像工程師一樣做產品，最終的目的是促進學生主體發展。在此過程中，需要學生對整個工程進行思考分析，提出問題、分析問題、探索問題、解決問題、總結問題等，不僅能使其形成良好的思維習慣，還可以培養學生的創新能力。

（二）有利于促進教師專業化發展

隨著素質教育理念的推進和落實，在教學中，培養創新型人才、系統型人才成為了教師教學的重要任務[3]。小學生正處于成長發展的關鍵時期，在小學科學教育中，以STEAM主題課程為抓手，培養學生的工程思維，是以一個明確的工程項目為主，針對此工程項目引導其進行探索分析，是從工程師層面進行的學習探討，教師在規劃整個工程課程時，將針對學生經歷工程的全部過程而展開，是以學生為本設計研發的項目，既可以落實人本教育理念，還可以提高教師的職業素養，促進專業化發展。

二、小學STEAM主題課程中工程思維培養模式探究

（一）創設真實情境，明確工程任務

在開展小學STEAM主題課程中，培養學生的工程思維，讓學生明白工程學習的主題是關鍵，只有讓學生了解任務、明確問題，才能使其為后續工程工作的開展制定計劃。為此，在教學時，為了激發學生自主參與的學習興趣，教師可以創設真實情境，在針對性的引導中，使學生明確任務，根據任務對整個工程開展的步驟進行規劃探索。例如，在“飛躍地平線”的主題課程中，我們的工程任務是制作一輛“極品飛車”，從6米長的軌道上滑下，并在軌道盡頭躍起，盡可能飛得遠。學生需要就如何制作一輛可以飛躍的小車進行工程實踐探索。教學時，首先為學生播放競賽和電影中不同飛躍車輛的場景，讓學生結合生活經驗，說一說車輛是怎么飛起來的。在創造真實情境的基礎上，明確工程任務，從而讓學生以“如何讓小車飛躍起來”“利用了什么原理”為工程項目的界定問題，在激發探索欲望的基礎上，讓學生做學習的主人，提出問題建設，引導其從數學、科學、工程、技術等方面進行分析。在創設情境，明確工程任務的基礎上，讓學生根據主題進行分析，從而培養學生的工程思維習慣，為工程項目的順利實施奠定堅實的基礎。

（二）搭建分項橋梁，建立學科聯系

確立主題后，要想讓學生順利完成這一工程項目，首先要引導學生從原先已有的知識和技能經驗中檢索大量與主題相關的信息，然后依據事實情況和知識技能經驗，搭建知識之間的聯系橋梁。在多學科資源融合、信息參考的過程中，引導學生從全新的角度出發，從整體上思考這些問題與材料，從而發現它們間的聯系，培養整體思維習慣。例如，在探索“飛躍地平線”工程項目時，明確了主題，接下來就要讓學生結合所學知識對其工程項目進行分析，開展電機動力、皮筋動力、空氣動力、機械彈射、電磁彈射、3D打印、車輛飛行與結構改裝、飛行角度測試與數據分析、外形設計等多個分項學習，從而建立學科間的聯系。

通過學科聯系的建立，在多學科融合的基礎上，促進思維靈活發展，然后讓學生圍繞這一工程項目進行探索，更要根據實際需求設計出最優的飛躍小車，在搭建知識橋梁的過程中，培養學生的工程思維習慣，落實STEAM教育理念。

（三）項目實施迭代，培養工程思維

有了主題和建立聯系的環節，接下來就是實施和迭代環節，是學習者探索、解決問題的一個過程。為此，在整個設計實施的過程中，隨著信息的不斷輸入與輸出，整個方案也需要調整和完善。為保證此階段順利完善，教師要發揮學生個體的價值，以合作探究為輔助，在思維碰撞、觀點碰撞的過程中，為學生提供多方案、多路徑的選擇，并給予及時的指導和反饋，提高學生的學習體驗感。例如，在實施“飛躍地平線”這一工程項目時，我們以組為單位，為學生小組提供了多樣的材料，如各種輪子、車身、金屬桿、氣球、彈簧、紙張等，以及螺絲刀、美工刀等工具。讓學生小組動用團隊的力量分工合作，就項目工程的實施進行探索，在此過程中，學生需要就工程項目的實施過程，撰寫研究報告，明確人員的任務分配及工程設計步驟，并通過合作交流，就其中的不足之處進行調整，在優化工程方案的基礎上，學生以小組為單位進行工程項目的探索實踐。小組成員需要查找有關制作小車的資料，結合日常生活實際、車的用途、車輛零件及各個零件的組裝、作用等進行搜集；需要根據收集的信息，繪制設計圖紙；需要就工程項目實施中的步驟及潛在問題進行探索、規劃；最后，開展工程項目的實施和迭代比賽。以組為單位，讓學生參與其中，通過合作完成項目，在合作的過程中，滲透STEAM教育理念，使其聯系多學科知識和技能，就工程項目進行探索，提高問題解決能力，培養工程思維。

（四）建立反饋機制，形成整體思維習慣

評價的目的是引導學生進行反思、促進學習發展。為此，為培養工程思維習慣，在開展小學STEAM主題課程時，教師可建立網絡平臺的選課系統和評價系統，讓學生根據需要選擇自己想研究的主題，與之相對應的是全過程的評價系統，每個環節都有分數等級評價，評價者不僅可以點擊相對應的分數等級，實現多個老師現場全程打分，還可以進行拍照點評。例如，點評“飛躍地平線”工程項目時，可以利用信息技術手段，對學生完成這一工程項目的參與過程進行拍照，然后在評價系統中共享，讓學生、家長、老師都可以就工程項目實施目標、學生完成目標、學生參與過程進行點評，實現小組間的自評和互評，以及教師和家長參與的全過程性和最終結果相結合的評價。學生根據評價信息的反饋，反思自己需要提升的能力點，從而提高學習的針對性和高效性。

三、結束語

STEAM課程體系將設置多個工程主題，每個課程同時需要考慮到教師、學生、空間、外部資源等多個維度。為此，在小學STEAM主題課程開展中培養學生的工程思維，教師要充分認識其培養的教育價值，并根據“明確工程主題—搭建分項橋梁—項目實施迭代—建立反饋機制”等模式展開，在層層遞進的過程中，培養學生的工程思維習慣，讓學生像工程師一樣進行設計探索與迭代完善。