科學課STEAM教學中材料清單的重要性

黃仁松 何夢華

一、基于小學科學課STEAM教學的研究背景

習總書記指出：科技創新對于國家健康良性發展具有至關重要的作用。要在創新實踐中發現人才、在創新活動中培育人才、在創新事業中凝聚人才，必須大力培養造就規模宏大、結構合理、素質優良的創新型科技人才。當今的教育，就要以培養具有創新精神和創新能力的新型人才、推動社會發展和進步為使命。STEAM教育通過整合Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Arts（人文藝術）、Mathematics（數學）領域內容指引教學和學習的途徑和方法。它并不是將這五門課程知識的簡單疊加，而是要將多學科內容交叉融合，形成有機整體，倡導問題解決驅動的跨學科教育，旨在培養學生的問題解決能力、團隊合作能力、設計能力和實踐創新能力。“基于小學科學教材的STEAM創新實踐研究”就是解決學生在體系化知識前提下，綜合運用知識解決實際問題的能力，解決常規科學課堂中進行可操作、可復制、可延續的STEAM教育的問題，解決由單一學科的科學教師轉化為復合型教師的問題。

《磁鐵玩具》是三年級學生在學習《磁鐵》課后，初步認識到磁鐵有各種各樣的形狀，磁鐵能吸引鐵制的物體，磁鐵隔著一些物體也能吸鐵，磁鐵有兩個磁極，磁鐵有同極相互排斥、異極相互吸引等性質，當兩個或多個磁鐵吸在一起，磁力大小會發生改變（科學）;學生在了解《磁鐵玩具》任務的基礎上，積極思考，小組交流并表達創意，利用已經選擇好的材料完成磁鐵玩具的制作，比如輪子的組裝、磁鐵位置的固定等（技術）;依據科學原理繪制設計示意圖并創作出磁鐵玩具，解決技術應用的難題（工程）;初步形成創新和欣賞美的意識（人文藝術）;材料選擇的多少、個數以及人民幣中小數加減法的計算（數學）。在這些學科知識點的基礎上，以學生自己設計創作磁鐵玩具為依托，采用問題學習的形式，以STEAM教育思想為導向，以激發學生學習興趣、貼近學生生活為出發點，進行課程的設計與實踐。

二、材料清單在STEAM教學中的重要性

（一）提供材料的數量和種類要充足，體現學生的自主探究能力

在STEAM課例中材料的提供就顯得尤為重要，它是培養學生設計能力和實踐創新能力的基礎。不限定材料在一堂課中是沒有辦法完成項目實施的，要選擇具有典型性的材料，才能讓學生思維清晰地完成項目。在《磁鐵玩具》一課中，學生完成的任務是制作一個能動起來的磁鐵玩具。考慮學生學習到了磁鐵性質的相關知識，那就需要提供條形磁鐵、U形磁鐵、環形磁鐵、鐵片等。同時又考慮科學源于生活，我們選取的材料要貼近生活，要與學生的現實生活有緊密的聯系。于是我們提供了學生經常玩耍的球形磁鐵和圓錐形磁鐵，提供了泡沫塊和紙盒，這是給學生創作玩具構建“玩具身體”的材料，期望學生能利用泡沫塊輕便且容易造型的特點，紙盒能用來做房子、車身、船體等。雪糕棒、卡紙、吸管等材料是讓學生對自己的作品進行造型、美化和優化用的;提供輪子（帶軸）是預設學生會想到做磁鐵小車。

（二）制訂材料清單，滲透工程造價意識

提供合理多樣的材料是為了開放學生的思維，讓學生有意識地進行選擇，發展學習的自主性，讓學生自主探究。提供材料清單，可以方便學生進行材料的選擇。教師在清單上備注材料的價格，可以讓學生樹立成本意識，進一步了解工程思維。

在試教過程中發現學生不知道球形磁鐵和圓錐形磁鐵的磁極在哪里，增加了教學的難度。雖然材料的開放性利于學生的探究和創作，但還應突出材料的典型性。教師通過試教，去掉了球形磁鐵和圓錐形磁鐵，增加了鐵片;發現回形針太輕，沒法利用其進行磁鐵吸引鐵一類的物體來帶動玩具運動。學生的工程造價意識薄弱，在材料選擇上沒有進行取舍，把教師提供的所有材料都用了。

（三）提供繪制設計示意圖的范本，突破教學難點

在STEAM教學活動中，如何利用設計圖完整地表現出自己的想法，也是教學中的一個難點。工程設計過程有兩個特點，一是工程師及相關專業人員為真實世界問題構建創新解決的方案;二是為解決具有創新性的復雜問題提供了組織性的方法。在STEAM課例中由工程設計過程引導，根據設計圖讓學生動手探究與開放式探索，設計圖繪制的準確性顯得極為突出。三年級的學生在繪圖能力上顯得較為薄弱，考慮到這些因素，教師在材料清單上設計“示意圖”一欄，可以規范學生繪圖，減小繪圖難度，突破教學難點。

（四）選擇具有典型性的材料，使學生思維清晰

《磁鐵玩具》一課材料較多，而三年級學生對于材料分類的能力不強，在材料選擇上漫無目的地隨意選擇組織材料，這樣就容易造成學生創作失敗。而如果教師提供的材料過于單一，又容易使得學生最后得到的成品千篇一律。因此在材料的提供上，教師將同一類別的材料放在一組，讓具有典型性的材料可以產生“一材多用”的效果。這樣既可以讓學生放開思維進行創作，又可以明確原理及部件作用，最終得到具有個性化的成品。

三、材料引發有趣學習，材料引起有效活動

優秀的STEAM課例應具有以下特征：聚焦真實世界的問題，由工程設計作為過程引導，學生沉浸于動手探究與開放式探索中;讓學生參與高效的小組合作，不斷優化方案并改進作品，從而讓學生理解迭代設計的價值和作用。

為學生的學習提供有效的材料清單，可以幫助學生很好地解決工程問題;能依據特定情境和具體條件，選擇制訂合理的解決方案，提高學生的工程思維;是將創意和方案轉化為有形物品，或對已有物品進行改進與優化的基石。為了讓學生保持對科學探究的濃厚興趣，讓學生在玩中學、做中學、做中思，在課程設計時，我們要更多地思考如何在課堂教學中把學生培養成為有深度思維、有創造力的設計師與工程師，這是我們需要不斷思考和追求的目標。