基于STEAM教育理念設(shè)計(jì)項(xiàng)目式科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)

曹義平

STEAM涵蓋科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多領(lǐng)域知識(shí)技能，要求學(xué)生交叉融合跨學(xué)科的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造性地解決實(shí)際問(wèn)題。老師基于STEAM理念，設(shè)計(jì)項(xiàng)目式科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的綜合性、發(fā)展性、開(kāi)放性、自主性，引導(dǎo)學(xué)生在富有思考性與趣味性的假設(shè)、構(gòu)想、創(chuàng)造、展示、交流中，深刻認(rèn)清科學(xué)本質(zhì)與概念原理，有效實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維、科學(xué)精神與創(chuàng)造實(shí)踐能力的綜合發(fā)展。

一、設(shè)置項(xiàng)目任務(wù)，討論設(shè)計(jì)方案

STEAM理念主張將科學(xué)問(wèn)題與技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行融合，由學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)腦，聯(lián)系整合多學(xué)科的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，解決問(wèn)題，完成科學(xué)素養(yǎng)與知識(shí)技能的積累。老師基于STEAM理念，開(kāi)展項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)，要充分考慮學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、興趣、能力，組織學(xué)生在特定條件與主題框架中，相互協(xié)作，綜合應(yīng)用知識(shí)、技能、工具，提出構(gòu)想，自主制訂、改進(jìn)計(jì)劃方案。

例如，四年級(jí)的學(xué)生已經(jīng)完成“物體的運(yùn)動(dòng)”和“常見(jiàn)的力”兩個(gè)單元的學(xué)習(xí)，也具備一定程度的邏輯運(yùn)算能力，因此，老師要明確項(xiàng)目任務(wù)是制作簡(jiǎn)易的潛艇，利用學(xué)習(xí)情境，輔助學(xué)生在頭腦中形成設(shè)計(jì)方案。老師：“觀察潛艇的外形，分析潛艇在水中上浮、潛、停留時(shí)的原理。”材料：風(fēng)葉、氣球、橡膠塞、注射器、水瓶、導(dǎo)線……設(shè)計(jì)目標(biāo)：外形設(shè)計(jì)美觀，讓“潛艇”在水中自由沉浮、游動(dòng)。明確任務(wù)后，組織學(xué)生討論方案，整理材料，讓學(xué)生把學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到科學(xué)實(shí)踐中。老師：“潛艇怎樣實(shí)現(xiàn)上浮和下沉？”激發(fā)學(xué)生邏輯思維潛能，組織學(xué)生以小組為單位，協(xié)作創(chuàng)新，運(yùn)用已有的經(jīng)驗(yàn)、工具，設(shè)計(jì)外形，選取材料，制作潛艇。讓學(xué)生在方案討論、思考、設(shè)計(jì)、制作、改進(jìn)中，拓展知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，深入探索物體浮沉的條件，鞏固強(qiáng)化對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的理解。

二、拓展合作延伸，實(shí)踐探究釋疑

老師在項(xiàng)目任務(wù)教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生辨別不同技術(shù)的用途，讓他們?cè)趨f(xié)作互動(dòng)、測(cè)試改進(jìn)的實(shí)踐操作中，發(fā)揮自身的思維潛力和創(chuàng)新精神，了解物體在上浮、下沉?xí)r，浮力與重力間的關(guān)系。在本次設(shè)計(jì)中，學(xué)生不僅要考慮潛艇的外形、風(fēng)格、性能、顏色，以及物體在水中的沉浮規(guī)律，還要運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解釋浮、沉的科學(xué)道理，讓學(xué)生像科學(xué)家、工程師一樣具備管理、理解技術(shù)的能力。

老師：“什么是浮力？”“你們可以結(jié)合浮力的定義，判斷浮力的方向嗎？”“想一想做過(guò)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，為什么鐵釘會(huì)下沉？木頭會(huì)上??？”四年級(jí)學(xué)生雖然已經(jīng)了解質(zhì)量、體積對(duì)物體沉浮的影響，但沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)二力平衡的條件，老師在這里要發(fā)揮合作者的作用，突破學(xué)科與知識(shí)的局限性，根據(jù)阿基米德定律，向?qū)W生明確浮力的表達(dá)。這一方面拓展學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，另一方面，為其今后的學(xué)習(xí)做好鋪墊.

老師：“觀看視頻，觀察魚的浮沉、魚體內(nèi)魚鰾的變化?！崩蠋熇脛?dòng)畫演示，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合浮力的計(jì)算公式，明確“魚鰾變大縮小，改變了自身體積，浮力跟著發(fā)生了變化”，“觀測(cè)、記錄空玻璃瓶、半瓶水、裝滿水后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”，引導(dǎo)各小組學(xué)生在充分掌握科學(xué)原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程技術(shù)，調(diào)整方案，選取橡皮塞兒、玻璃瓶、易拉罐、彩帶、防水黏土、吸管、膠管、氣球、鋼尺等合適的材料，設(shè)計(jì)出潛艇自由上升、下潛、懸浮、漂浮的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

三、交流反思評(píng)價(jià)，制訂改進(jìn)方案

在STEAM理念下，要將評(píng)價(jià)、啟發(fā)、提問(wèn)貫穿于課程始終，引導(dǎo)學(xué)生在持續(xù)的反思、探究中完成知識(shí)技能的積累內(nèi)化。例如，老師在“潛艇”制作過(guò)程中，提示學(xué)生增加螺旋槳、潛望鏡的設(shè)計(jì)，外觀造型要新穎、富有科技感;啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用技術(shù)思維分析問(wèn)題，主動(dòng)考慮潛艇的外觀設(shè)計(jì)、靈敏性;讓學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中，能綜合運(yùn)用藝術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科知識(shí)，精準(zhǔn)計(jì)算尺寸、比例，分析數(shù)據(jù)，增強(qiáng)邏輯推理和敏銳的觀察能力。

在作品完成后，老師組織學(xué)生相互展示、評(píng)價(jià)，指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐、點(diǎn)評(píng)中，像工程師一樣運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，對(duì)“潛艇”性能進(jìn)行測(cè)試、反思，查找問(wèn)題，改進(jìn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在富有趣味、挑戰(zhàn)和競(jìng)技精神的項(xiàng)目實(shí)踐中，相互分享，相互鼓勵(lì)，共同商定出最佳設(shè)計(jì)方案。例如，有些小組可以精確調(diào)節(jié)控制潛艇的沉、浮狀態(tài)，但外觀設(shè)計(jì)較差;有些小組的作品雖然很有設(shè)計(jì)美感，但材料、數(shù)據(jù)、尺寸不精確、不嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致“潛艇”性能較差。因此，老師要引導(dǎo)學(xué)生的思維走向，鼓勵(lì)學(xué)生從工程、技術(shù)、科學(xué)、性能等多個(gè)方面，相互點(diǎn)評(píng)，分享經(jīng)驗(yàn)，逐步加強(qiáng)對(duì)多學(xué)科知識(shí)的理解，形成良好的工程技術(shù)應(yīng)用意識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神與實(shí)踐創(chuàng)新能力。

總之，老師在STEAM理念下開(kāi)展項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)，要注重對(duì)學(xué)生思維能力和問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生在自由、協(xié)作、寬松的學(xué)習(xí)氛圍中，靈活運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)技能，自主設(shè)計(jì)解決方案，親身經(jīng)歷猜想、探究、假設(shè)、驗(yàn)證等一系列思維活動(dòng)。老師設(shè)計(jì)各個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)，要從學(xué)生身心發(fā)展角度入手，有效整合科學(xué)與工程技術(shù)特點(diǎn)，使學(xué)生在富有挑戰(zhàn)性、思考性和創(chuàng)造性的實(shí)踐體驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維與創(chuàng)造實(shí)踐能力的發(fā)展與提升。