STEAM 理念引領下發展學生核心素養的初中科學教學研究

浙江省杭州市大成實驗學校 嚴飄飄

一、核心素養概述

2016 年發布的《中國學生發展核心素養》指出，學生發展核心素養，主要是指學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。根據國家人才發展的要求，提出了人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新這六大核心素養。學科核心素養教育是目前理論研究和實踐研究的熱點，這需要一個從理論到實踐的過程，因此十分有必要進行一些教學上的嘗試。

目前，普通高中各學科的課程標準都明確了各學科的核心素養，例如化學核心素養包括變化觀念與平衡思想、宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任；物理核心素養包括物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任；生物核心素養包括生命觀念、理性思維、科學探究、社會責任；地理核心素養包括人地協調觀、區域認知、綜合思維和地理實踐力等。

而初中科學尚未確定學科核心素養。初中科學是一門集合化學、物理、生物、地理的綜合學科，力圖超越學科的界限，統籌設計，整體規劃，強調各學科領域知識的相互滲透和聯系整合。從普通高中各學科核心素養的內涵中，我們嘗試概括初中科學的學科核心素養，即包括科學態度、社會責任、實驗探究、創新意識、科學思維、科學觀念等。

二、STEAM 教育概述

STEAM 教育是集科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）、數學（Mathematics）于一體的綜合教育。STEAM 不是科學、技術、工程、藝術和數學知識的簡單疊加，而是將多學科融合，教師以整合的方式進行課堂教學，學生能靈活地遷移知識從而解決實際問題，這與初中科學合科教學十分吻合。

學科之間不再有明顯的知識界限，學生面對的問題更加整體，思考的方向更加寬廣，評價的標準更加多元。這樣的課堂既能提高學生的思維能力，又能強調知識的內在聯系，從而加深學生對知識的理解與應用。STEAM 教育注重學習的過程，結合小組合作模式，有利于發揮每一個學生的優勢；通過合作與探究，學生的主觀能動性增強，充分激發了學生的潛能。STEAM 教育旨在達到培養綜合性人才的目標，這一理念與我們所倡導的學生核心素養不謀而合，因此STEAM 理念為我們探索發展學生核心素養提供了一定的指導方向。

三、教學設計思路

各個國家和地區的STEAM 教育各有特色，但是大家都普遍認為學科課堂是STEAM 教育不可或缺的主要途徑。那么，如何在科學學科課堂中實施STEAM 教育，更好地發展學生的核心素養？鑒于此，在理解初中科學核心素養的基礎上，筆者嘗試以STEAM 理念為引領，對“汽化與液化”第一課時進行了教學設計與實踐，學生在科學態度、社會責任、科學探究、實驗探究、創新意識、科學思維等方面獲得了一定的發展。

“汽化與液化”內容選自浙教版七年級上冊第四章“物質的特性”中的第六節。在本節內容之前，學生已經學習了“熔化”和“凝固”兩種物態變化，知道物質在固態和液態之間是可以相互轉化的。這節課接著學習“汽化”，其中蒸發內容在小學科學中已有學習，所以本節課應加深學生對蒸發的理解，也進一步深入解釋一些生活現象，提高學生利用知識解決實際問題的能力。

本節課的教學主要圍繞以下四個基本環節展開。一是聚焦貼近生活的核心問題。本節課主要目標為解決陰雨天衣物不易干的煩惱，你能自制一個簡易的衣物烘干機嗎？二是設計與制作。（1）方案設計：選擇器材，設計一個簡易的衣物烘干機，畫出設計圖并配文字以簡要說明。（2）產品制作：利用現場提供的材料，動手制作一個簡易的衣物烘干機。三是測試與評價。用自制的衣物烘干機來烘干衣物，并評估其優缺點。四是改進與完善。基于產品的評估，提出改進該產品的具體措施。

四、教學過程

（一）創設情境，引入新課

提出問題。（1）曬衣服時，衣服上的水變干的過程中，水的物態發生了怎樣的變化？曬干衣服其實是濕衣物中的水分蒸發的過程，蒸發是汽化的其中一種方式。（2）冬季杭州陰雨綿綿，衣物不容易干，你有什么方法加快衣物變干？

（二）師生互動，探索新知

1.探索衣物烘干機的制作原理

提出問題。（1）生活中你有什么方法加快衣物變干？家庭中常用的方法：利用電吹風機、放于空調出風口附近、夏天用電風扇、使用衣物烘干機……今天的課堂目標是制作一臺衣物烘干機，解決陰雨天衣物不易干的煩惱。（2）聯系生活中電吹風機吹干頭發的方法，衣物烘干機的原理可能是什么？可以通過溫度升高、液體表面空氣流速加快的方法加速衣物中的水分蒸發。

圖片展示衣物展開晾曬與衣物折疊晾曬兩種方法，應該選擇何種方法晾曬？可見液體表面積越大，衣物中的水分蒸發越快。

2.活動：設計衣物烘干機

提供以下兩組材料，任選下列的一組材料進行小組合作設計，并畫出設計示意圖。

甲組材料：加熱片兩片、風扇、圓鐵片、小紙杯、大紙盒（可用小刀裁剪）。

乙組材料：酒精燈、風扇、圓鐵片、小紙杯、大紙盒（可用小刀裁剪）。

材料介紹：加熱片可防水，usb 接口，可用充電寶供電，長約10 厘米，寬約8 厘米；圓鐵片直徑約10 厘米；小紙杯杯口直徑約7.5 厘米，杯底直徑約5.5 厘米，高約9.2 厘米；大紙盒盒底直徑約12 厘米，盒頂直徑約13 厘米，高約8 厘米。

材料數量說明：小紙杯2 個、大紙盒2 個，小組按需選取。

小組內先交流自己的想法，互相吸納想法與建議，設計方案，并以圖文結合的方式呈現。小組展示并匯報衣物烘干機的設計方案，從設計原理與設計意圖的角度詳細介紹其設計的優點與亮點。其他小組聆聽并分析不足，同時給出建議。

3.活動：制作衣物烘干機

利用所給材料，結合設計方案，制作過程中提供小刀、膠帶、充電寶等材料。小組展示成品，其他小組聆聽并分析不足，再次給出建議。

4.活動：使用衣物烘干機

選擇衣物的模擬材料：酒精棉片、濕紙巾。使用自制的衣物烘干機，體驗使用的過程。

（三）課堂小結

1.課后思考如何改進衣物烘干機

優化方案，繼續完善衣物烘干機的制作。查閱文獻可知，設計衣物烘干機的廠家常關注以下幾點：外殼的材料無毒、便宜、保溫效果好最佳；產品方便輕巧則更好；可調溫可調風速；對衣物無損害；外觀美觀等。

2.課后展示自制的衣物烘干機

可以實物或者手抄報、實驗分析報告等形式展現，組織學生、教師進行打分評比，給予鼓勵。

五、教學設計反思

（一）課堂中貫穿STEAM 理念

課堂中學生準備了直尺等數學工具對材料進行比對與測量，精準分析材料之間的連接與組合、對稱與穩定，很好地將數學知識運用到了科學課堂中。方案設計中追求產品外觀的美觀度以及使用的舒適度，課后以手抄報的形式展示成果，有效地將藝術與科學結合起來。課堂中結合STEAM 理念，通過設計衣物烘干機，學生對改變蒸發速度的方法更加熟悉。通過對衣物烘干機的制作、使用以及評價，學生能優化自制的衣物烘干機，將科學知識融合到工程技術中。

本節課中學生動腦動手進行實踐，完成了科學探究與工程設計的活動。課堂中，學生既可以像科學家一樣開展科學理論與科學建模的探究活動，也可以像工程師一樣為滿足某一需求進行工程設計與工程建造的設計活動以及操作活動。

學生自制的衣物烘干機，貼近生活并能解決生活中遇到的煩惱，啟發我們以后也可以多鼓勵學生進行小制作、小發明等，例如學生自制密度計、浮力計、酸堿指示劑、小孔成像、潛望鏡等實踐活動；也可以通過撰寫小論文或者撰寫實驗報告等提高學生的人文素養。制作、發明與實踐的過程加深了學生對科學概念、科學原理、科學規律的理解，也培養了學生的動手能力。結合STEAM 理念，激發學生自主思考的能力，將生活中出現的問題與科學知識緊密地聯系在一起，能提高學生的實踐能力，培養學生的科學探索精神。

（二）以發展核心素養為目標

教學過程發展了學生的科學精神、科學探究、理性思維、實踐創新等核心素養。課堂上設計方案的過程中，繪制設計圖的環節培養了學生的審美情趣，其經歷畫圖的創作過程，感受到產品設計圖紙的精準與細致以及數據的嚴謹。以生活中最常見的曬衣服作為引入，緊扣曬衣服情境以及杭州的冬天經常陰雨綿綿的現狀，應景地提出最近總是下雨，經常出現的衣物不容易干的困擾，貼近學生的生活。通過引導學生回憶生活中解決衣服快速干的方法，引出設計衣物烘干機的原理，以及查找社會對制作烘干機的要求，都能引導學生對周圍生活的關注，培養一定的社會責任與信息意識。

通過對烘干機原理的探索、對烘干機的設計、制作以及應用，發展了學生的理性思維、勇于探索、問題解決、實踐創新、技術應用等方面的核心素養。通過對烘干機的改進與優化，發展了學生樂學善學、勤于反思等核心素養。

通過學生的制作成果評估學生的學習過程與結果，有利于培養學生的創造意識、交流合作等綜合能力。在評價內容中，不僅應關注學生對學科知識的深度理解、科學原理及其遷移運用，還應關注學生的審美情趣、勞動意識、技術運用等素養是否得到提升。鼓勵學生使用多媒體展示自己的產品，并鼓勵學生開展自評與互評，有利于促進學生勤于反思、樂學善學、自我管理、批判質疑、勇于探究等核心素養的發展。