“空氣”單元STEAM項目式設計與實施

◇何建紅（浙江：湖州市愛山小學教育集團）

小學科學是一門綜合性十分突出的學科，其課程內涵與自然科學、技術、工程、環境等認知有著密切的聯系。而STEAM 教育是以工程設計為基石，基于項目式學習，學生用他們在科學、技術、工程、藝術、數學各個領域的知識來解決真實世界中有意義的問題，同時也加強了學生團隊協作、與同伴溝通、解決問題、自主學習的能力。因此小學科學課程與STEAM 教育理念，具有較強的適合度。作為一線科學教師，需要對教材資源進行整合、對教學引導方式進行優化、對學科訓練進行升級，為學生創建STEAM 活動項目，以提升學生的科學核心素養。本文通過梳理教材，挖掘能整合成項目的課程內容，以教科版科學三上“空氣”單元為例，構建STEAM 項目式活動，而后落實在具體的課程教學中，通過搭建各種平臺，充分開發和實施STEAM 項目的課程內容。

一、扎根教材，融合理念

在今天科技教育的大環境下，STEAM 項目式活動在各個領域蓬勃開展。不僅僅在校內搭建教育平臺、學生開展學習項目、校本課程開發應用等方面都取得了一定的業績和成果，隨著學校STEAM 教育的發展，在校外也不斷涌現出樂高、機器人、信息技術等STEAM 項目活動。由此看來，STEAM 項目式教育是當前科學教育界教學改革的方向和必然趨勢。筆者梳理了現行的科學教材，發現不少STEAM 教學理念的影子，特別是新改版的教科版科學，幾乎每個單元都安排有項目式課程，如，三年級下冊的《我們的過山車》、五年級下冊的《設計我們的小船》、六年級下冊的《搭建塔臺》等。這些課程都或多或少地涉及技術、工程和數學的問題，從貼近學生的生活情境出發，從現實的生活中發現科學問題，引導學生通過觀察探尋，然后設計搭建、檢測評價、改進完善。通過這一系列的項目活動，促進學生在解決問題中學習科學知識，加強學生對各學科知識的融合與聯系，提高學生的創新能力和動手操作能力，從而提升學生的綜合核心素養。因此，將STEAM 五要素融入小學科學，理念上進行整合統一，在教學活動的過程中培養學生善于觀察、勇于探索的科學態度和創造精神，是STEAM 教育理念和小學科學課程整合的核心價值，兩者是相輔相成的。這樣的嘗試不僅是對小學科學教育模式的一次創新，更是對STEAM 教育能提升學生綜合素養的一種認可。

二、打破框架，重組項目

在謀求統一的同時，我們也要清醒地認識到：現在使用的教科版小學科學教材在內容方面囊括物質世界、生命世界、宇宙以及科學、技術與工程的相關知識。相較于最早的教學強調“是什么”，現階段的教學也注重“為什么”“做什么”的探究任務，但它還是不能完全滿足STEAM 教育“如何做”的實際需求。我們在教學活動中更多關注學生在課題上的思考與表達，卻很難關注學生綜合應用能力的培養。而科學教材的編排也是每個單元對應于一個學科領域，教師在開展STEAM 活動設計時，或多或少會受到學科和內容的限制。

要將兩者完美融合，必須打破原有的科學教材框架體系的壁壘，對原有的課程安排進行架構重組，通過調整合編等方式，把科學知識體系拓展成一個各科綜合的統一整體，在科學與現實生活之間建立聯系，在科學與其他學科之間建立聯系，讓學生在項目活動中體會“生活即科學”的真諦。學生在課堂上互相討論、分組合作，不斷拓展自己的知識儲備，教學過程也變得更加豐富有趣，可操作性更強，以此培養學生的實踐創新能力和團隊合作的綜合素養。當然，教材的編排要以學情為基礎，針對不同階段學生的思維方式，選擇不同的教學手段。例如，新教科版三上“空氣”單元，筆者嘗試加以改編對比。如圖：

以其中的《壓縮空氣》一課為例，具體的實施過程如文后附表。

三、搭建平臺，開發實施

基于科學課課時的有限，架構重組后的“玩轉空氣”STEAM 項目式活動不能全部在科學課堂上開展，所以我們科學教師要充分挖掘其他可利用的時間，搭建有效平臺，給學生提供更多的活動空間和時間。

教師可以搭建班級平臺，積極開發利用教材資源。比如，在上《壓縮空氣》這一課的時候，就讓學生利用課余時間先制作針筒氣槍，然后嘗試用不同的材料去做子彈，在小組內先選出射得又遠又準的針筒氣槍。在科學課堂上，學生按照組別，把選好的針筒放在展臺上展示，每個作品都配備一名講解員現場講解。其他的學生互動交流，及時點評和發表意見。學生在這次活動中不單學到了課本中的知識，還培養了自學課外知識、動手操作等綜合能力。

科學教師也可以充分利用每周的繽紛社團課，每學期可以研究3 個STEAM 項目的內容。例如，在三年級的社團課上，學生可以在制作“橘子皮氣槍”的STEAM 項目中，認識到橘子皮、橙子皮、柚子皮質地的不同都會影響氣槍的射程和準度。在模型熱氣球的試飛過程中，學生可以不斷嘗試蠟燭的大小重量和正確放飛的手法。學生在實踐活動中切實體會到熱氣球從制作到飛行整個過程的不易，也能充分感受到科技的力量。利用學校的科技節，舉辦“制造大風”的創意比賽。前期學生查找大量的相關資料，了解風形成的原理，并把所學的科學知識和工程設計思想融入其中，認真分析和研究每一種材料的可行性、實用性和創新性。學生最后選擇的材料讓人意想不到，只能感嘆學生的想象力真是無窮的。

平臺的搭建給學生提供了施展才干的空間，STEAM 科學教育理念給學生提供了學習的動力。在STEAM 理念的引領下，把教學與實際充分融合，完善STEAM 課程，豐富課程資源。這不僅能促使學生養成創新精神和實踐能力，也能促使教師伴隨著課程建設而共同成長。

STEAM 教育倡導跨學科教育，注重對學生創新能力、解決問題能力的培養。本文以原小學科學教材為基點，打破現行科學課程知識體系，建構了適用于小學校園開展的STEAM 項目活動，并依據案例在校內進行了應用實踐。

附表課例實施過程《壓縮空氣》【教學目標】科學概念：1．知道空氣占有一定的空間，占據的空間可被壓縮。2．知道壓縮的空氣是有彈性的，會產生彈力。科學探究：1．會使用對比實驗的方法，進行觀察。2．會運用繪畫等形式記錄實驗結果。科學態度：1．在科學事實的基礎上進行預測和解釋。2．體會多次實驗能提高實驗結果的可信度。科學技術、社會與環境：1．了解科技對生活的影響，壓縮的空氣可以制成救援的氣墊、玩具氣槍等。2．了解人的需求是影響科技發展的關鍵因素。【教學準備】注射器、活動手冊、記錄紙【教學過程】一、聚焦：揭示課題1．出示氣泡圖，提問回顧。2．過渡：今天我們將繼續來研究空氣的另外特征。二、探究：空氣能否被壓縮1．演示用注射器推拉活塞。問題：空氣能不能壓縮？壓縮的程度怎么樣？2．如果把空氣換成同樣多的水呢？再預測。3．學生感受空氣能否被壓縮。三、研討：發現以及解釋原因1．學生交流，小結：空氣可以被壓縮，壓縮的空氣有彈性。2．為什么空氣容易被壓縮呢？3．教師解釋：模擬空氣微粒的運動，解釋原因。四、拓展：知識應用1．補充單元氣泡圖。2．空氣壓縮在生活中的應用。3．小游戲：空氣壓縮槍。《我們的橘皮氣槍》【教學目標】科學（S）1．知道空氣占有一定的空間，占據的空間可被壓縮。2．知道壓縮的空氣是有彈性的，會產生彈力。技術（T）1．掌握調節空氣彈力大小的方法，并以此調節氣槍射程的遠近。2．能通過不同材料的介入，對橘皮氣槍進行改進，使其射擊距離更遠。工程（E）1．能按照設計圖紙完成橘皮氣槍的改造。2．學會測試橘皮氣槍的效果并進行最優化設計。藝術（A）1．提升學生的審美能力，氣槍設計圖需要美觀、科學、合理。2．培養學生準確的語言表達能力。數學（M）測量射程遠近，并統計數據。【教學準備】注射器、橘子皮、柚子皮、橙子皮、記錄紙【教學過程】一、認識、了解空氣壓縮在生活中的應用。提問:你能用注射器和橘皮做個玩具嗎？二、討論、設計1．學生討論交流：做一個橘皮氣槍。2．制定設計方案，畫好設計圖紙。三、闡述、制作images/BZ_70_1596_2258_1912_2510.png1．各小組闡述設計方案。2．評價，完善設計圖。3．領取材料，分工制作。4．組內測試效果。（安全提醒：槍口不可對著同伴）四、班級展示、評比1．各小組選取2個作品進行展示評比。2．優秀作品介紹交流制作心得。五、拓展提升觀看“氣釘槍”的視頻，了解它的工作原理。融合新生在這樣的項目設計中，STEAM 教育理念與小學科學實現了教學實踐的重組，兩者相輔相成，一個作為理論基礎，一個運用于實踐，在提高學生問題解決能力的同時，形成新的STEAM項目。

實踐證明，依據新教科版小學科學課程標準重構的STEAM 項目活動，不僅能提升學生綜合能力，也促進了STEAM 教育在學校的推廣普及，效果明顯。當然，這樣的課程結構重新整合不是某個教師或某個教研組所能解決的事情，它需要更多教育同行的努力，在STEAM 教育理念下，帶來新的教學方式、新的課程編排，讓學生整體素養得到更好提升。