STEAM課程開發模型與應用

梁靈輝

摘? ?要 教育部在2017年發布的新修訂課程標準中，倡導基于STEAM的跨學科學習方式。目前對于STEAM課程整合的研究尚少，尤其是基于全學科的整合研究。STEAM課程開發模型，分析了四種課程來源，每種課程來源嵌套三種課時形態，共形成十二種基本的課程組態。該模型可對各個學科進行有效整合，并提升STEAM課程開發效率。

關鍵詞 STEAM? 課程開發? 模型

美國教育課程改革的重點就在于對STEAM課程的關注與發展，即一種以科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Mathematics）五個要素整合而成的新型課程形態。我國教育參考并開展了STEAM教育，來促進課程改革。在2017年發布的新修訂課程標準中，小學科學、高中化學、高中生物、高中信息技術、高中通用技術等均倡導基于STEM或STEAM的跨學科學習方式，培養學生面向真實情境的問題解決能力。

目前國內對于STEAM教學案例開發，以及基于全學科的STEAM課程整合等均缺乏相應研究。由于STEAM課程正處于發展的初始階段，教育工作者對課程整合方式研究尚少，有必要開展基于STEAM的課程開發模型研究。形成適合于STEAM課程開發的模型，為教師提供教學參考，可有效推進基于STEAM的課堂教學。

本文結合STEAM課程開發實踐，梳理了課程內容的四個來源：地方特色、傳統文化、科技創新、項目平移等。形成了課程實施的三種形態：以1課時為單位的微項目，以4課時為單位的短項目，以16課時為單位的長項目，如圖1所示。

一、課程開發類型

1.地方特色類

該類STEAM課程開發目標，旨在結合地方特色與地方經濟，為地方特色經濟發展起助推作用。基于產業了解對應職業的特點，培養學生的生涯規劃能力。同時培養學生解決復雜問題的能力，提高自我決策能力以及對自己未來進行規劃的意識和能力，形成較強的職業意識及職業探索興趣。

地方特色課程包含了較多的技術性課程，主要有兩方面的來源。一是基于地理位置，如臺州市第一中學，該校與椒江區職業中專僅一墻之隔，學校充分利用職業中專在技術培訓及場地上的優勢，開發了3D造型、機器人、金屬工藝等“普職融通”課程，作為學校科技教育的啟蒙項目，融入學校的STEAM教育體系。二是基于地方經濟，如溫嶺市大溪中學周邊水泵產業發達，學校開發了結合水泵的STEAM課程“泵韻”。以水泵為載體，研究水泵的運行、表面處理、水泵的進出水閥設計、外殼造型、水泵組裝與控制等知識。

2.傳統文化類

該類STEAM課程開發目標，旨在了解古代的科技發展，傳承優秀的傳統文化。同時培養學生的人文素養、探究意識和興趣，能自主制定方案，綜合運用各學科知識，解決實際問題的能力。通過項目學習了解傳統文化的發展過程，形成較強的社會責任感。

傳統文化中的各種項目具有濃厚的人文底蘊，包含了較多的技術性項目并具有一定的科學原理。主要有三方面來源：一是傳統建筑，如傳統的梁拱結構橋、亭臺樓閣、廟宇古塔等，臺州市路橋中學以傳統的梁橋、拱橋等為載體，開發了STEAM課程“橋梁欣賞與模型制作”;二是傳統手工藝，如榫卯結構、石木窗格等，臺州中學以傳統榫卯、斗拱等結構為載體，研究木結構的設計與加工過程，開發了STEAM課程“精巧木結構探究與設計”;三是傳統器具，如水車、風車、投石機等。

3.科技創新類

該類STEAM課程設置目標，旨在培養學生的創新能力、基于真實情境下的問題解決能力。同時培養學生觀察生活、善于思考、勤于動手的習慣，能運用跨學科知識解決實際問題的能力，形成較強的技術敏感性。

課程內容主要有兩個來源：一是部分學校在開展小創造小發明上積累的案例，這些項目簡單易操作，跨學科整合特征明顯，并能鍛煉學生的思維能力與動手能力，如臺州學院附中以科技創新項目為載體，形成了各具特色的STEAM項目;二是借鑒各類媒體的創造發明類欄目，如中央電視臺的《我愛發明》《小發明解決大問題》等相關欄目，這些項目經過適當提煉，均能轉化為適合在學校開展的STEAM課程資源。

4.項目平移類

該類STEAM課程設置目標，旨在借鑒國外優秀及成熟的STEAM項目，為教師開發校本化的項目提供參考，為學校的STEAM課程體系建設提供前期支撐。

課程內容主要來自美國等STEAM教育先行國家，這些國家在STEAM教育方面進行了先期探索，形成了較多體系化強、具有一定適應性的項目，這些項目通過國外專家的培訓對接，即可平移至國內學校，經過一定時間的消化吸收后，可以形成適合學校開展STEAM教學的校本化項目。如浙江省推行的中國-印第安納州STEAM項目平移工程，采用外籍教師項目分析、教學示范、平移學校參與討論等形式，利用暑假約兩個星期的時間進行項目對接，部分項目已進入中小學校的拓展課程體系。

二、課程開發形態

1.微項目課程

微項目課程為最基本的項目單元，設計為1個課時內完成。項目分為探究、設計、物化、評估四個環節，各個環節對應STEAM的五個不同維度，并按環節不同各有側重。探究環節重在了解前置知識，科學原理、人文與歷史知識;設計環節側重方案設計與篩選、數學建模等內容;物化環節主要側重技術加工、工程制作等內容;評估環節側重培養工程思維，滲透人文素養。微項目課程是STEAM課程設計中的基本單元，大部分長項目與短項目均可分解成對應的微項目。

2.短項目課程

短項目課程屬常見的STEAM單個項目形態，項目設計為4課時，項目對應的各個課時分解至STEAM的五個維度中，并按課時不同設計各有側重。探究課時重在研究項目的人文歷史特點及科學原理;設計課時重在引導技術設計及數學建模能力;物化課時重在培養工程思維及提高技術能力;評估課時重在培養產品意識及人文素養。部分短項目課程中的獨立課時，也可按微項目課程結構進行分解，對應至STEAM的五個維度中。

3.長項目課程

長項目課程設計16課時，分解為4個短項目，每個項目4個課時，各個項目及課時可參照短項目課程，分解至STEAM的五個維度中，并按載體不同各有側重。長項目課程結構的4個短項目，可采用兩種形式組織：一是遞進式結構，設計四個同一來源且關聯性較強的短項目，項目難度逐漸提升，教學過程中須按順序開展短項目的學習;二是組合式結構，設計四個同一來源但無關聯度的不同項目，每個項目構成獨立的短項目，教學過程中可單獨開展部分短項目的學習。

三、課程開發模型應用

1.長項目傳統文化類課程

“STEAM課程—橋梁模型”以傳統建筑中的各類橋梁為主體。課程采用長項目結構，參照如圖4所示的課時模型，采用遞進式長項目結構，從易至難設計梁橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋等4個短項目，每個項目設計4個課時，項目共計16個課時對應STEAM的五個維度。

橋梁模型以歷史中最早出現的梁橋作為知識探究項目，較具文化特點的拱橋作為引入項目進行教學，懸索橋、鋼架橋等橋梁則作為主體項目，后期的斜拉橋作為拓展項目開展。通過各類橋梁模型的學習過程，培養學生在產品設計過程中的責任意識。

2.長項目地方經濟類課程

“STEAM課程—設計與實踐”以臺州“七大千億”產業集群為切入點，采用無人機、新能源汽車、智能馬桶、家用縫紉機等項目，形成了適合開展STEAM的四個短項目，這四個項目形成組合式的STEAM長課程。每個短項目再采用如圖3所示的課時模型，在4個課時內整合STEAM的五個維度。如無人機項目，探究環節有基于對飛行器發展歷史等人文方面的認識，伯努利原理、無線通訊、慣性法則、作用力與反作用力等科學方面的研究;設計環節分析了無人機的結構數據、動力搭配、四軸飛行器的方向控制等;物化環節完成了激光雕刻、無人機組裝等過程;評估環節對完成的無人機進行測試，采用的測試方法包括通訊測試、力效測試、抗干擾測試等。

3.微項目科技創新類課程

北京師范大學臺州附屬高級中學以小發明項目為基礎，形成了以微項目為基礎的STEAM課程。如“老人防摔氣囊”案例，采用微項目結構，結合如圖2所示的課時模型，該項目在1個課時內整合STEAM的五個維度。探究環節有基于對超重失重原理的分析，設計環節滲透了設計草圖繪制，方案篩選等技術設計過程，物化環節采用壓力傳感器、三極管及氣囊等材料，制作成簡易的老人防摔保護裝置，評估環節還有基于工程的測試及改進過程。裝置中的壓力傳感器檢測壓力，傳感器在失重時會檢測不到壓力，此時氣囊會及時彈出，避免老年人直接摔在地面上。通過小發明與小創造載體的學習，培養學生的發散性思維及問題解決能力。

4.短項目平移項目類課程

臺州市黃巖第二高級中學以美國印第安納州的平移項目為載體，進行校本化開發后，形成了“VEX掃地機器人”的STEAM項目。該課程采用短項目結構，結合如圖3所示的課時模型，在4課時內整合STEAM的五個維度，探究環節分析了機器人所處的工作環境、本身的功能需求，研究了輪胎、齒輪、軸、梁、鏈條等機械裝置，設計環節要求學生從數學角度分析速度與機械結構、電機功率、扭矩之間的關系，設計合適的傳動裝置;物化環節采用了VEX機械套裝，讓學生在真實情境中體驗機器人搭建和程序編寫的過程;評估環節采用了三種測試手段，吸力測試、穩定性測試、避障測試等工程測試方式。通過真實世界中的問題解決，培養學生的工程素養。

本文提出了STEAM課程開發的四條途徑與三種形態，這種嵌套式二級結構，構建了十二種課程開發組態，以STEAM的各個維度為內容目標，形成了STEAM課程開發的適宜模式。該模型用于開發STEAM課程，可有效進行課程整合，開發出適合開展STEAM教學的案例，可直接與教學相結合。該模型的應用不僅能提升教師的課程開發能力，還能提高教師跨學科教學水平。采用該結構開發的STEAM課程，具有一定的指向性與操作性。

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【責任編輯? 鄭雪凌】