中小學STEAM課程的教學體系設計與應用
——以“追風箏”地方特色課程為例

聶玉芳 李云文 首都師范大學

●研究背景

《義務教育課程方案和課程標準(2022年版)》(以下簡稱“新課標”)中指出，積極開展跨學科主題教學，注重培養(yǎng)學生在真實情境中綜合運用知識解決問題的能力，而STEAM教育旨在通過將科學、技術、工程和數(shù)學等學科融合在一起，實現(xiàn)學科知識整合，其核心是將學科知識與實踐結合起來，通過解決實際問題和實驗研究來培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和實踐能力的學生。因此，STEAM課程是踐行新課標、開展跨學科主題教學的一種重要方式。

目前，我國STEAM教育仍然處在初步發(fā)展階段，還未得到正式的應用與普及，存在缺少國家戰(zhàn)略高度的頂層設計，也沒有形成完整的系統(tǒng)性方案等問題。[1]如何構建適合學生特點、具有科學性和實踐性的STEAM教學體系，是當前STEAM教育面臨的一個重要問題。因此，本文旨在探討STEAM教育體系的設計與應用，以期為STEAM教育適配中國本土化教育發(fā)展提供有益的思路和借鑒。

●STEAM課程的內(nèi)涵

STEM一詞起源于美國，包括科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)和數(shù)學(Mathematics)四門學科。[2]后來，經(jīng)過不斷的應用與實踐，格雷特·亞克門(Georgette Yakman)等人在原有STEM教育基礎上加入藝術形成了STEAM教育，幫助學生從更多視角認識不同學科間的聯(lián)系。[3]無論是STEM還是STEAM，都打破了常規(guī)的學科界限，通過課程參與培養(yǎng)了學生的學科素養(yǎng)，以及在探索與應用中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

●中小學STEAM課程教學體系的設計

1.STEAM的教學理念設計

STEAM教育是一種通過學科整合的學習方式提升學生工程思維與創(chuàng)新素養(yǎng)的教育理念。[4]根據(jù)STEAM的基本內(nèi)涵，跨學科是STEAM教育的特點之一，強調(diào)在教學過程中跨越學科界限，綜合應用多學科知識來解決實際問題。[5]STEAM課程是實踐類課程，因此，在設計課程案例時要以實踐應用作為重要的實現(xiàn)理念之一。STEAM教育以創(chuàng)新思維的發(fā)展作為核心目標[6]，因此，STEAM教育需要以創(chuàng)新思維作為支撐點，以契合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求。綜上所述，STEAM的教學理念包括體現(xiàn)跨學科學習、重視實踐應用、實現(xiàn)創(chuàng)新思維培養(yǎng)。

2.STEAM的教學目標設計

項目引路PLTW(Project Lead To the Way)是美國為初中和高中提供STEAM教育項目的組織，以培養(yǎng)學生的批判思維、協(xié)作意識、創(chuàng)造能力、創(chuàng)新精神和問題解決能力為主要目標。[7]美國在不同培養(yǎng)層次設置了不同的培養(yǎng)目標，中等教育階段主要是以思維培養(yǎng)、技能提升和創(chuàng)新意識為培養(yǎng)關鍵要素，而高等教育則上升為研究能力和專業(yè)應用能力等高階目標，美國界定的STEAM教育培養(yǎng)目標所針對的學段不同，但二者本質(zhì)上相同，都是通過STEAM教育提升學生的多元智能和綜合素養(yǎng)。歐盟的“STEM橫向技能評估”（Assessment of Transversal Skills in STEM，簡稱ATSSTEM）項目提出，核心STEM能力分別為問題解決、創(chuàng)新和創(chuàng)造力、溝通、批判性思維、元認知技能、協(xié)作、自我調(diào)節(jié)和學科能力。該核心能力的提出使得STEM教育的發(fā)展方向更加多元化，同時也為我國STEM教學目標的設計提供豐富的參考。

2018年，中國教育科學研究院提出STEM教育的學科基礎為數(shù)學素養(yǎng)和科學素養(yǎng)、工程實踐、技術應用和STEM+。《教育信息化“十三五”規(guī)劃》提出，積極探索信息技術在STEAM教育等多類教育模式中的應用，著力提升學生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，使學生養(yǎng)成數(shù)字化學習習慣。

根據(jù)我國STEM教育基本情況與涉及STEM的不同文件規(guī)定，結合STEM教育國際化發(fā)展目標，筆者認為，我國STEAM教育培養(yǎng)目標應該包括學科能力、知識運用與遷移能力、問題解決能力、合作能力、創(chuàng)新能力、社會責任感。

學科能力是指學生通過學習獲取知識與技能，可以識記、理解、運用和分析這些知識的能力。知識運用與遷移能力是指學生掌握和運用某一學科知識和技能的能力，并且能夠?qū)⒃谝粋€領域?qū)W到的知識和技能遷移到其他領域中，解決不同領域的問題的能力。問題解決能力是指學生通過分析和思考，采用科學的方法解決問題的能力。合作能力是指學生在團隊合作中能夠有效地溝通、協(xié)商、分工，以共同完成任務的能力。創(chuàng)新能力是指學生具有創(chuàng)造性思維和行動的能力，能夠產(chǎn)生新的想法、觀點和解決方法。社會責任感是指個人對社會及成員負有責任和義務的認識與感受。

3.STEAM的教學過程設計

基于已有研究對STEAM教學過程的探討以及當前中小學實際教學狀況，筆者認為，我國中小學STEAM教學過程設計可以從以下六個方面開展，即設計問題或情境、設計跨學科內(nèi)容整合、分配團隊任務、指導實踐操作過程、展示與評估。

設計問題或情境是指教師根據(jù)課程主題創(chuàng)設具有現(xiàn)實意義和挑戰(zhàn)性的問題和情境，以促進學生的探究，提高實踐能力。跨學科內(nèi)容整合是指教師在組織教學內(nèi)容時，系統(tǒng)且有目的地將不同學科的知識有機組織和融合。分配團隊任務是指按照學生的學習情況劃分小組單位，小組按照指定任務進行小組成員分工。指導實踐操作過程是指教師在教學中提供豐富的實踐環(huán)節(jié)，在學生實踐過程中及時提供示范、引領、提示和反饋。展示與評估是指教師為學生提供作品展示與分享的機會，針對學生的表現(xiàn)及其成果進行評價，并根據(jù)具體的問題共同交流和提出解決方案。

●STEAM課程教學體系在“追風箏”課程中的應用與分析

為了更好地檢驗該設計的科學性和實用性，筆者以濰坊市著名的傳統(tǒng)手工藝珍品“風箏”作為STEAM課程設計的主題，設計了STEAM課程案例—“追風箏”，將STEAM課程和本土特色文化遺產(chǎn)相結合。

1.STEAM教學理念的應用

STEAM教學理念包括跨學科學習、實踐應用、創(chuàng)新思維，其在“追風箏”STEAM課程的體現(xiàn)如下頁表1所示。

表1

2.STEAM教學目標的應用（如下頁表2）

表2

3.STEAM教學流程

“追風箏”STEAM課程的教學過程包括導入環(huán)節(jié)、新授環(huán)節(jié)、探究過程、動手操作和展示總結五個部分。

（1）導入環(huán)節(jié)

教學內(nèi)容：（風箏的歷史）風箏最早是用木頭制作而成，經(jīng)過竹子材質(zhì)后又以紙制作。

教師活動：①播放風箏節(jié)的視頻。提問：“你對風箏的了解有多少？你知道風箏是怎么飛上天空的嗎？”②講解歷史。結合PPT用圖片展示風箏從古至今的演變過程，講解風箏的發(fā)展歷史。

學生活動：觀看視頻，思考并回答教師的提問。

設計意圖：①播放視頻，激發(fā)學生的學習興趣。②用圖片的方式，加深學生對風箏歷史背景的印象。

（2）新授環(huán)節(jié)

教學內(nèi)容：（走進風箏）了解風箏的基本結構，熟悉豐富多樣的風箏。

教師活動：①利用PPT展示豐富多樣的風箏。②引導學生觀察并回答風箏的主要結構有哪些。

學生活動：①觀看風箏圖片，找到其共同組成部分。②掌握風箏的基本結構。

設計意圖：展示風箏圖片，給學生認知風箏的結構與外形提供具象支持。

（3）探究過程

教學內(nèi)容：（風箏的秘密）探究風箏飛行原理，了解材料對其飛行性能的影響。

教師活動：①演示和動畫講解風箏飛行的動力學原理。②引導學生思考空中的風箏受到哪些力，進而進行受力分析：自身重力、風的推力和風箏線的拉力。③展示不同材質(zhì)的風箏在相同風力情況下的飛行效果。提問：“不同的材料會影響風箏的飛行效果嗎？”

學生活動：①認真聽講，理解原理。②思考風箏的受力特點。③思考并回答問題，探索材料對風箏飛行的影響。

設計意圖：演示和動畫是通過將抽象內(nèi)容形象化，轉(zhuǎn)化成學生容易接受的方式，符合學生的認知特點和發(fā)展規(guī)律。

（4）動手操作

教學內(nèi)容：（設計與實踐）設計并制作風箏。

教師活動：①演示扎風箏骨架過程。②引導學生發(fā)揮想象力，繪制豐富多彩的圖形。（提示：風箏紙面必須是左右對稱的）③指導學生找到風箏的中心位置并綁好提線。

學生活動：①模仿或者自主創(chuàng)新，保證骨架牢固，具有穩(wěn)定性。②小組交流討論，共同創(chuàng)作，設計風箏圖案。③相互合作，綁好提線。

設計意圖：①分組合作加強學生溝通交流，培養(yǎng)學生協(xié)作能力。②引導學生自主創(chuàng)作，增強學生創(chuàng)作自信心。

（5）展示總結

教學內(nèi)容：（展示與分享）展示各組成品；總結本課主要內(nèi)容。

教師活動：①鼓勵學生大膽主動展示作品、分享自己的創(chuàng)意理念。②帶領學生總結科學原理和學科知識。

學生活動：①上臺展示小組作品；②利用流程圖或者思維導圖復習鞏固各學科知識。

設計意圖：①展示優(yōu)秀作品，肯定學生成果，激發(fā)學生的創(chuàng)作才智，鼓勵學生相互學習。②及時鞏固復習，加深學生對知識的理解。

●總結

綜上所述，中小學STEAM課程是實現(xiàn)跨學科主題學習的重要路徑，同時也是踐行新課標理念的重要組成部分。通過對中小學STEAM課程教學體系的研究可以發(fā)現(xiàn)，教學體系應該是有針對性和系統(tǒng)性的，注重學生的實踐應用和創(chuàng)新思維培養(yǎng)。所以，在實踐中，教師應通過建立完整的STEAM課程教學體系，不斷地優(yōu)化和創(chuàng)新設計思路與方法，提高中小學STEAM課程實踐性和可行性，為學生的未來發(fā)展奠定堅實的基礎，同時也為社會的發(fā)展和進步貢獻更多的力量。