STEAM項(xiàng)目模型的構(gòu)建與應(yīng)用

梁靈輝

[摘? ?要]新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)基于STEAM的跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式。 “一核四環(huán)”的STEAM項(xiàng)目模型，核心指向真實(shí)情境下的問題解決過程，并把STEAM項(xiàng)目的實(shí)施分解為引入、設(shè)計(jì)、物化、評(píng)估四個(gè)環(huán)節(jié)。該模型可用于優(yōu)化跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)、規(guī)范項(xiàng)目開發(fā)、提升項(xiàng)目整合度，對(duì)于STEAM項(xiàng)目的開發(fā)與實(shí)施提供指導(dǎo)與參考。

[關(guān)鍵詞]STEAM;跨學(xué)科;項(xiàng)目模型

STEAM教育作為跨學(xué)科融合的教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生面向真實(shí)情境的問題解決能力為目標(biāo)。是對(duì)傳統(tǒng)分科教學(xué)的有益補(bǔ)充，符合深化課程改革的方向，有利于發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，對(duì)培養(yǎng)面向21世紀(jì)的擁有跨學(xué)科視野與國際競爭力的學(xué)生具有重要的價(jià)值。

一、對(duì)STEM模式的探索

趙呈領(lǐng)將美國生物學(xué)課程研究會(huì)（BSCS）提出的5E模式置于STEM 教育背景下，以科學(xué)課教學(xué)設(shè)計(jì)了面向STEM 教育的5E 探究式教學(xué)模式[1]。黃樺將教學(xué)情境、整合“科學(xué)探究”和“工程設(shè)計(jì)”的教學(xué)模式、教學(xué)評(píng)量確定為STEM 教育深度融入科學(xué)課程教學(xué)的三條主要實(shí)踐路徑[2]。高丹陽探索了STEM的教學(xué)模式融入信息技術(shù)學(xué)科，研究了BOPPPS教學(xué)模式在小學(xué)STEM課程的應(yīng)用[3]。上述教學(xué)模式均以科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)科為主體，在以下方面存在不足：一是未能從多學(xué)科融合的角度研究STEAM教學(xué)模式;二是缺少對(duì)工程與技術(shù)維度的探索，難以形成物化結(jié)果，因此未能指向?qū)W生工程思維及創(chuàng)新設(shè)計(jì)等能力的培養(yǎng);三是項(xiàng)目構(gòu)建雖以任務(wù)驅(qū)動(dòng)，但與新一輪課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的基于高階思維的學(xué)習(xí)還有一定距離。由此，STEAM項(xiàng)目模型的構(gòu)建應(yīng)著力解決這三個(gè)方面的問題。

二、STEAM項(xiàng)目模型的構(gòu)建

STEAM項(xiàng)目模型的構(gòu)建，應(yīng)體現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)多學(xué)科的融合，面向真實(shí)情境下的問題解決過程，并體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)及主動(dòng)學(xué)習(xí)的過程。該模型可概括為“一核四環(huán)”：“一核”是指項(xiàng)目模型設(shè)計(jì)的核心，即要指向真實(shí)情境，培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境下解決復(fù)雜問題的能力;“四環(huán)”是指一個(gè)STEAM項(xiàng)目包括引入（Engage）、設(shè)計(jì)（Design）、物化（Materialize）、評(píng)估（Evaluate）四個(gè)環(huán)節(jié)。在評(píng)估后，可結(jié)束學(xué)習(xí)或重復(fù)這一循環(huán)過程（見圖1）。

引入環(huán)節(jié)是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的開端，包括面向真實(shí)情境下的科學(xué)知識(shí)探究，在問題背景下對(duì)人文、歷史知識(shí)的學(xué)習(xí)，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行分析與建模，建立數(shù)學(xué)模型并計(jì)算最優(yōu)解等。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)圍繞問題情境提出解決方案，通過對(duì)多個(gè)方案的比較與篩選，形成問題解決的合理方案及設(shè)計(jì)草圖，并以技術(shù)手段完成相應(yīng)的平面設(shè)計(jì)圖、三維圖形造型設(shè)計(jì)等。物化環(huán)節(jié)是把設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的抽象學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化成具象模型的過程，可運(yùn)用傳統(tǒng)或現(xiàn)代的技術(shù)手段制作組件，包括各種現(xiàn)代加工工具的運(yùn)用，如用3D打印進(jìn)行立體造型，用激光切割機(jī)進(jìn)行平面加工;零件加工完成后進(jìn)行組裝并解決組件之間的配合問題。即物化環(huán)節(jié)是將設(shè)計(jì)變成真實(shí)模型的過程。評(píng)估環(huán)節(jié)則在工程模型建立的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品意識(shí)。這一環(huán)節(jié)會(huì)運(yùn)用系統(tǒng)的方法對(duì)產(chǎn)品各個(gè)部分進(jìn)行協(xié)調(diào)，采用類似工程的方法對(duì)模型進(jìn)行測試，通過不斷迭代升級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的優(yōu)化。

在“一核四環(huán)”項(xiàng)目模型的四個(gè)環(huán)節(jié)，可有效融入多學(xué)科的核心知識(shí)，且各環(huán)節(jié)之間存在有機(jī)聯(lián)系。該模型既可用于單個(gè)STEAM項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，也可用于多個(gè)STEAM項(xiàng)目之間的整合。多個(gè)STEAM項(xiàng)目之間有兩種整合形式。一是平面循環(huán)整合。在經(jīng)歷了一個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)后，可能存在不符合設(shè)計(jì)要求，不能通過工程測試等情況，需要在該項(xiàng)目中重復(fù)學(xué)習(xí);或因項(xiàng)目無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，需另行選擇類似難度的項(xiàng)目。二是螺旋循環(huán)整合。在完成其中一個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)后，再進(jìn)入一個(gè)更高難度的項(xiàng)目任務(wù)。通過這樣的項(xiàng)目循環(huán)，學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)不再只是簡單地重復(fù)或機(jī)械化地訓(xùn)練，而是會(huì)進(jìn)入深度學(xué)習(xí)。

三、STEAM項(xiàng)目模型的應(yīng)用

1.優(yōu)化STEAM教學(xué)設(shè)計(jì)

如《系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》為2019年浙江省課堂教學(xué)評(píng)比的指定內(nèi)容之一，參賽教師擬采用微型STEAM項(xiàng)目[4]實(shí)現(xiàn)教學(xué)，教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)以各種機(jī)器人、循軌小車為載體，以此體現(xiàn)整體規(guī)劃、迭代設(shè)計(jì)等思想。但是在試教中發(fā)現(xiàn)存在脫離真實(shí)情境、項(xiàng)目指向不明、學(xué)習(xí)內(nèi)容碎片化等問題，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)相關(guān)概念的掌握不夠透徹，無法提升問題解決能力。于是教師用“一核四環(huán)”項(xiàng)目模型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，圍繞“如何設(shè)計(jì)一輛簡易的月球車模型”這一真實(shí)問題情境，按學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑展開教學(xué)。在引入環(huán)節(jié)探索月壤特性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等科學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)探月工程發(fā)展歷史;在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)月球車模型承載系統(tǒng)，并考慮不同承載底盤的影響;在物化環(huán)節(jié)對(duì)車輛的承載系統(tǒng)進(jìn)行安裝，對(duì)車輛運(yùn)行距離進(jìn)行測量，并結(jié)合數(shù)學(xué)運(yùn)算選擇合適的輪胎;在評(píng)估環(huán)節(jié)關(guān)注基本的承載系統(tǒng)能否滿足后期擴(kuò)展，并對(duì)車輛的清障能力進(jìn)行優(yōu)化。

在這一課中，教師運(yùn)用了同一個(gè)載體，結(jié)合STEAM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的路徑，設(shè)計(jì)了承載系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、清障系統(tǒng)三個(gè)難度遞增的學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生在自主設(shè)計(jì)清障系統(tǒng)的過程中，提出了多種解決方案。這種由開放式任務(wù)引導(dǎo)的問題解決過程，使學(xué)生的思維更發(fā)散，參與度更高，任務(wù)完成度也更高。因此，學(xué)生進(jìn)入了一種循環(huán)提升的學(xué)習(xí)狀態(tài)。最后，該課例獲得了2019年浙江省通用技術(shù)課堂教學(xué)評(píng)比一等獎(jiǎng)。

2.規(guī)范STEAM項(xiàng)目開發(fā)

新課標(biāo)的發(fā)布促進(jìn)了STEAM項(xiàng)目的開發(fā)，但是在項(xiàng)目開發(fā)中也存在一些問題。一是開發(fā)內(nèi)容混亂，項(xiàng)目設(shè)置目標(biāo)不明確。有些學(xué)校把原來的校本課程重新包裝，推出了“STEM+體育”“STEM+音樂”等所謂的STEM課程，但并未考慮以工程技術(shù)為主的跨學(xué)科特性;二是項(xiàng)目融合度低，更多地導(dǎo)向?qū)W生的模仿學(xué)習(xí)能力。有的學(xué)校不能對(duì)資源進(jìn)行有效整合，只以學(xué)科教師為主進(jìn)行開發(fā)，如科學(xué)教師開發(fā)的項(xiàng)目以科學(xué)探究為主，信息技術(shù)教師開發(fā)的項(xiàng)目則以信息技術(shù)為主，缺少與數(shù)學(xué)、工程等學(xué)科的融合。