STEAM教育理念下校本課程開發與實施策略分析
--以合肥四中科技類校本課程為例

朱婷婷 牛亞茹

(合肥市第四中學 安徽合肥 230000)

教育部發布的《普通高中課程方案和語文等學科課程標準(2017年版)》中明確提出高中課程分為必修、選擇性必修和選修,其中選修課程包括校本課程。新課標強調圍繞發展學生核心素養,精選和設計課程內容,設置“跨學科主題”學習活動,建議跨學科活動占本學科總課時的10%,強化學科間的相互關聯,增強課程的綜合性和實踐性。這是當前我國基礎教育積極推行STEAM教育理念的重要體現。基于新課標的要求,我校多學科骨干教師聯合成立STEAM教育研究課題組,通過實踐活動,特別是校本課程的開發與跨學科項目化教學的實施,在教學中不斷總結經驗,從而加強學校課程體系建設,促進教師隊伍發展,培養學生的創新精神和實踐能力。

一、STEAM教育概述

STEAM是科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)、藝術(Arts)和數學(Mathematics)的合稱。STEAM教育是圍繞以上不同學科實行的基于項目化教學開展的跨學科學習,強調學生在實踐活動中開展學習,強調問題的解決過程中多學科有機融合,注重培育工程思維、創新精神,是學生核心素養發展的重要途徑。

STEAM教育理論的提出源于Yakman教授對綜合學習本質的思考和使學生享有全面接觸所有學科機會的愿景。2016年底,教育部頒布《教育信息化“十三五”規劃》,明確提出要加強信息技術在眾創空間、跨學科學習(STEAM教育)中的應用。隨后,STEAM教育理念在各國以多元實踐的方式迅速傳播開來。STEAM教育趨于統整的創新人才的培養,這也是我國本土化實踐中跨學科學習多指STEAM教育的重要依據。

二、STEAM教育理念下校本課程開發與實施策略

(一)充分考慮實施條件

校本課程作為高中課程體系重要組成部分,是對學科課程的有效拓展和延伸。基于STEAM教育理念的校本課程主要是以工程學為核心,以項目式學習方式開展,引導學生運用跨學科知識,通過合作、設計、建構來發現、解決真實情景中的問題,目的是發展學生的核心素養。

STEAM教育理念下校本課程的開發目標宏大、意義深遠,是一個循序漸進,需要不斷打磨優化的過程。課程開發要基于學校現實的師資力量和硬件,還要充分考慮學情、校情。此外,還要考慮校園文化和地域優勢等外部資源的有效利用。

課程開發前先要充分了解學校師資情況。STEAM教育對應中學階段主要包括信息技術、通用技術、數學、物理、化學、地理、生物等自然學科學習內容,因此首先應充分發揮各學科骨干教師的專業能力,成立跨學科教研團隊,開展STEAM教育課題研究。課程開發之初可能會遇到各種困難,但團隊多次交流合作,可以在思維碰撞中激發靈感,還可以引發對于跨學科教學的思考,積極借鑒他人案例成果進行設計。我校2020年申報的課例“半自助型細胞器結構展示模型的設計與制作”榮獲市級一等獎。該案例就是信息技術學科教師在教學生3D打印技術時和生物學科教師相互交流產生的設計靈感。

STEAM課程側重于科學探究和科技創新實踐活動,對于硬件有較大依賴。有條件的學校可以結合教學目標的要求升級學校硬件設備。我校建設之初和很多學校一樣建有計算機教室、通用技術活動室以及機器人創客教室等。為進一步豐富科技活動課程,有效開展STEAM理念下科技教學活動,我校陸續申報新建智能造物創客教室、人工智能教室和無人機創客實驗室等多個項目。實驗室建成后,我校教師結合全國青少年信息素養大賽和青少年無人機大賽等比賽相關主題項目積極開展教學。學生在智能造物活動中借助開源電子套件設計制作智能小車,在實際活動中有效學習計算機編程、物理元器件認知、三維模型設計等多學科多領域知識和技能。

(二)采用多樣化教學方式

在STEAM教育中,學生是主體,教師要充分保障學生的主體地位,要摒棄傳統課堂“灌輸式”教學方式,在充分調研學情的基礎上合理設計教學內容和教學活動,還要有效開展教學評價。教學內容要契合學生各學科學習內容,教學難度更要符合不同階段學生學習特點。比如同樣是學習3D打印技術,小學和初中階段學生更多以模仿為主,一步步參照教師演示或者步驟提示去完成作品設計;但在高中階段的學習中,教師應該結合STEAM教育理念,強調3D打印是近年來流行的三維模型設計的有效手段,可以個性化設計和制作模型作品。教學中教師應該以實際問題的解決為出發點設計課程,激發學生學習3D打印技術的動力。在我校,教師先后開展多功能筆筒設計、多肉植物花盆設計、剝橙器設計、手機支架設計以及分子結構模型制作等多樣化設計活動,從實際問題入手,充分激發學生學習內驅力。

教師還可以結合學校文化和地域特點開展活動設計。以我校開展的“校園植物認知和標牌制作”活動為例,先由生物學科教師帶領學生認識校園植物外觀和生理特點,再由地理教師指導學生分析校園植物分布和地域環境關系,隨后由語文學科教師指導學生學習和植物有關的古詩詞,然后由美術教師指導學生手繪校園植物,最后由通用技術學科教師帶領學生選取合適木板,使用激光雕刻機制作植物標牌并進行懸掛。一系列實踐過程,讓學生在觀察實踐的基礎上充分了解了校園植物種類和特點,學生帶著設計任務學習了激光雕刻機的基本操作,感受到激光雕刻機細膩的雕刻效果。多樣化的教學形式、不同的任務活動有效激發不同特長學生的學習興趣,充分提高學生參與度,從而極大增強學生的成就感和對校園文化的認同感。地理學科教學涉及資源與能源的開發與利用,于是我校教師利用校本課程帶領學生前往附近城市的煤礦電廠開展實地調研,實地走訪當地居民和行政管理人員,撰寫調查報告。此外,教師還帶領學生到附近景區觀察古代水車,隨后設計制作發電水車模型,有效融入數學中有關三角函數的知識,充分激發學生學習興趣并提高其對知識的掌握程度。

(三)合理安排教學時長

按照新課程標準中學分認定相關要求,高中生需要獲得144個學分,其中必修學分88學分,選擇性必修學分不少于42學分,選修學分不少于14學分。新課程改革后,各地各校高度重視學分管理,校本課程作為選修課程的重要組成部分自然成為學生獲取選修學分的有效途徑。各校情況不同,如我校校本課程面向高一高二年級開設,每周三下午開設2課時,每學期每門課程共開設18課時,學生完成學習并通過考核后可以被認定獲得2個學分。每一個學期STEAM課程作為選修課程之一,18課時可以安排2或3個教學項目,每個項目根據教學需求安排6～9課時。從高一到高二循序漸進,學生可以開展8～12個教學項目的學習。此外,一些比賽項目,例如人工智能比賽、機器人比賽、青少年無人機大賽等本身就是很好的STEAM教育資源,這需要師生投入更多的課余時間。

(四)詳細制定項目內容

基于以上因素考慮,各校可以逐步設計一系列STEAM教學項目。我校目前所設置的STEAM校本課程按項目內容的主要特點劃分為創意設計和智能造物兩大類,每個類別中又包含不同項目內容。目前我校已開發的教學項目內容及課時安排如下表所示:

類別項目名稱主要涉及知識領域課時難度創意設計3D打印制作多功能筆筒3D打印技術、工程學、結構力學、數學、美學6容易3D打印設計制作手機支架3D打印技術、工程學、結構力學、數學、美學6中等3D打印設計制作剝橙器3D打印技術、工程學、結構力學、數學、美學6中等分子結構三維模型的設計與制作化學、3D打印技術、工程學、結構力學、數學、美學6中等半自主性細胞器模型的設計與制作生物學、3D打印技術、工程學、結構力學、數學、美學9較難校園植物認知及校園植物標牌制作生物學、地理學、3D打印技術、文學、電子信息加工、數學、美學6中等激光雕刻設計制作創意夜燈3D打印技術、電子信息加工、數學、美學、電學、材料學6中等桌面多功能書架的設計與制作木工加工工藝、結構力學、美學、材料學6較難橋梁承重結構模型的設計與制作木工加工工藝、結構力學、美術、材料學、數學9較難無人機編程舞蹈設計圖形化編程、音樂、物理學、文學9較難創意燈具設計材料學、美術、物理學、結構力學9較難發電水車模型制作物理學、結構學、數學、美學9較難智能造物避障小車的設計與制作圖形化編程、人工智能、物理學、3D打印技術6容易智能分類垃圾桶的設計與制作圖形化編程、人工智能、地理學、傳感技術6中等智能指示燈的設計信息技術、通用技術、美學6中等智能餐飲送餐機器人設計圖形化編程、人工智能、傳感技術9較難無人駕駛小車的設計圖形化編程、人工智能、傳感技術9較難智能門禁系統的設計圖形化編程、人工智能、傳感技術9較難

三、STEAM教育理念下校本課程評價策略

校本課程的設計與實施是否實現預期教學目標,需要教師和學生進行及時有效評價。合理的評價是對教學過程的反思,是對教學效果的檢測。新課程改革強調“教、學、評”一體化發展,教師要調動學生學習的主動性,就需要采用多種方式對學生進行合理評價。教師可以在教學中對學生進行口頭評價,也可以利用文字、圖片以及實物等各種手段開展評價。STEAM教育常常以活動形式開展,強調發揮學生在學習過程中的主體性,因此教師應加強對學生學習過程的評價,同時要采用多種有效方式對學生學習的結果進行評價。

評價主體可以不同,包括學生自我評價和同學、老師甚至家長評價。評價的方式有多種,設置評價維度進行量化打分是比較常用的方式,還可以通過舉辦STEAM課程作品展示、進行作品性能測試等多種方式對學生學習效果進行評價。下面為我校在作品創意設計類校本課程中常用的過程性評價表,供大家參考。

STEAM教育理念對全球教育發展有著突出的作用,有助于學生在真實情境或真實問題中學習,調用多種感官開展實踐探究活動,提高分析和解決問題的能力,提高工程思維和創新設計的能力。伴隨人工智能技術的快速發展,STEAM教育理念必將深度融入各階段各學科教學中。每位教師都需要以STEAM教育理念為指導,參與設計校本課程并開展跨學科項目化教學,優化教學形式,融合多學科教學資源,從而更好地達成教學目標,落實立德樹人的根本任務。