?基于STEAM教育理念的初中科學教學設計實踐

摘 "要 "近年來，國家越來越重視科學教育的發展。將STEAM教育理念融入教學，可以有效突破當前的教學瓶頸，培育學生的科學素養，提高學生的學習效率。結合PBL教學法，將STEAM教育理念有效地融入初中科學教學，進行初步探索與實踐，打造高質量課堂，進而提高學生的科學素養和實踐創新能力。

關鍵詞 "STEAM教育理念；PBL教學法；初中科學；教學設計；科學教育

中圖分類號：G632 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）11-0-04

1 "STEAM教育理念與科學教學的適配性

STEAM教育是集科學（Science）、技術（Tech-

nology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、

數學（Mathematics）多領域融合的綜合教育。STEAM教育起源于美國，經歷了STS（科學、技術、社會）—STEM（科學、技術、工程、數學）—STEAM幾個發展階段[1]。該教育理念是一種重實踐的超學科教育理念，它所涵蓋的五個學科并非相互獨立、簡單疊加，而是一個綜合的整體[2]，體現出課程綜合化、實踐化、活動化的諸多特征[3]。義務教育科學課程是一門體現科學本質的綜合性基礎課程，以核心素養為基礎設計課程內容，進行跨學科學習活動，強化課程育人的導向，加強學科之間的聯系，實現課程綜合化、實踐化。兩者都強調學科的綜合性與實踐性[4]。

《義務教育科學課程標準（2022年版）》要求：教學要面向全體學生，立足素養發展，從科學觀念、科學思維、探究實踐、責任態度四個方面培養學

生[4]。STEAM教育理念與傳統的教條式教學理念不同，提倡創設出基于教材、符合生活實際的情境，場景會更多元化[5]；STEAM教育理念更加注重學生的學習過程，提倡采用項目式學習的方法進行教學，注重從問題和項目中學習不同學科的創造性和現實

性[6]。兩者都注重學生學習過程，認為教師要基于學情，合理設計教學計劃，創設輕松愉悅的課堂氛圍，突出學生主體地位，加強實踐探究，推動學生全面發展，對他們進行科學評價。兩者都把培養學生的批判性、邏輯性思維和解決問題能力作為重點，鼓勵學生在問題和項目式學習中養成團結合作、溝通交流來共同解決問題的習慣。

綜上，初中科學課程理念與STEAM教育理念在學科性質、課程設計要求、學生培養方向等多方面達成一致，從理論上證明STEAM教育與初中科學教學是相匹配的。

2 "科學教學設計與實證探究

STEAM教育是在真實的問題情境中，以學科整合的方式培養學生STEAM素養的一種教育模式[7]。教師要明白，數學是基礎和先決條件；科學對培養學生科學素養起著重要作用；技術是促進學生學習和教學的工具與手段；工程是問題的解決途徑，也是STEAM教育理念的具體體現和實踐成果；藝術是促進其他領域發展的催化劑，也可以幫助學生提高軟實力。

筆者將PBL（Problem Based Learning）教學法作為整合這些學科的首選方式。PBL教學法是一種創設學習情境的方法，共分為五個環節，即提出項目/問題、制訂方案/計劃、自主實踐探究、收集反饋并糾正、公開展示項目成果并回到第一步，形成閉環。PBL教學法的關鍵在于以學生為主體的思想，對傳統教學中的滯后學習方式進行優化，鼓勵學生基于實際問題展開自主探究，充分發揮學生的創造性和潛力，團隊合作解決問題，由消極學習轉向積極學習。這種以教師為主導、以學生為主體的教學方法能夠有效地培養學生的自主學習能力和創新創造能力。

筆者基于STEAM教育理念和PBL教學法進行本次初中科學課堂教學設計與實踐，做出詳細的STEAM教育教學流程圖（圖1），并準備教學用具來豐富課堂。下面以八年級“電流與電荷”為例，對課堂教學作詳細說明，展示教學實踐成果。

2.1 "課前準備

2.1.1 "選定課題

首先，選擇課題——“電流與電荷（1）”。其次，將本次課題結合STEAM教育理念進行簡單分析。電與人們的生活密切相關，電力的發明使人們的生活品質得到很大的改善，也促進了人類文明的進步。通過學習電荷與電流，能加深學生對電力的了解，解決一些實際問題。教學中“摩擦起電的實質”“電荷間的相互作用規律”等屬于科學和數學知識；靜電應用于生活中的靜電復印機、除塵器等都涉及技術；教學中探究與紙摩擦過的吸管帶什么電荷的實踐和驗電器的制作，涉及藝術與工程。最后，可以得出“電流與電荷（1）”適合開展基于STEAM教育理念的課堂教學。

2.1.2 "教材分析

“電流與電荷（1）”節選自浙教版初中教材《科學》（八年級上冊）第四章第1節，預計分為兩個課時來完成，下面將以第一課時為主進行介紹。第四章的標題是“電路探秘”，第1小節“電流與電荷（1）”是學習電學的基礎，是探秘的第一步。教材以摩擦起電的趣味實驗現象導入，揭秘起電的實質，再通過實驗得到電荷間的相互作用規律。

2.1.3 "學情分析

八年級學生的思維能力和動手能力比七年級學生要好很多，而且八年級學生之間的熟悉度也比七年級高，有利于展開項目式實驗探究。學生都見過摩擦起電、靜電現象，所以學習這部分內容時會更加積極。學生在小學階段學習過磁的相互作用規律，有利于對電荷間相互作用規律的理解和記憶。

2.1.4 "資源準備

對“電流與電荷（1）”知識進行梳理，制作精美的PPT教學課件；提前準備好上課要用的實驗材料（吸管、碎紙屑、塑料絲、PVC塑料管、絲綢、毛皮、橡膠棒、玻璃棒等），并對實驗進行多次練習以確保成功率；做好演示失敗的可能，先提前錄制好教師實驗過程作為備選；設計好脈絡清晰的板書，一份優秀的板書就像思維導圖一樣，學生在記憶理解上會更加得心應手。

2.2 "課中實踐

2.2.1 "情境導入

基于STEAM教育，創設一個情境作為導入。教師先將塑料吸管靠近碎紙屑，讓學生觀察現象；再用毛皮摩擦塑料吸管后靠近碎紙屑，讓學生觀察現象。學生會發現在第二次靠近時，碎紙屑吸附到吸管上。新知導入：摩擦起電，摩擦過的物體具有吸引輕小物體的性質。

2.2.2 "自主探究

以PBL教學法展開實踐探究：提出項目/問題→制訂方案→自主實踐探究→收集反饋并糾正→公開展示項目成果。

1）科學需要實踐。讓學生從自己身邊尋找物體進行實踐“找電”，四分鐘后匯報實踐成果，看看哪些物體之間摩擦后會吸附紙屑？

2）科學需要動手。教師組織學生對學生實驗用具里面的橡膠棒、毛皮、絲綢、玻璃棒進行摩擦，并用驗電器進行檢測（看使用說明）。實驗結果證明有靜電產生，提問：電是憑空產生的嗎？

3）科學需要查找。

問題1：沒有摩擦時，物體為什么不顯電性？

問題2：能自由移動的微粒是什么？它帶什么電性？

問題3：摩擦后的物體為什么帶電性？

4）學生要獨立思考，學會信息提取，得到問題答案。為使學生的理解更完整，教師應該在最后補充知識。

5）科學需要表達。在觀看視頻后，學生知道：毛皮摩擦過的橡膠棒帶的是負電，絲綢摩擦過的玻璃棒帶的是正電。給學生兩分鐘時間組織語言，用電子得失的觀點來解釋現象。

6）科學探究活動。兩人為一組根據導學案探究電荷間的相互作用規律：同種電荷相互吸引，異種電荷相互排斥。

學生匯報實驗成果后，教師拿出有色塑料絲、PVC塑料管、毛皮，向學生提問：用毛皮分別摩擦塑料絲和水管后，將兩者放在一起會出現什么想象？你的理由是什么。

預設答案為相互排斥，根據同種電荷間相互排斥的規律。教師演示“靜電章魚實驗”。

運用所學知識，請學生自行設計實驗探究：塑料吸管與紙巾摩擦會分別帶什么電荷？教師可以帶著學生一起回顧玻璃棒與橡膠棒摩擦后的帶電情況和電荷間的相互作用規律等，引導學生進行實驗探究，及時收集反饋并糾正操作不當之處。最后邀請學生上講臺公開展示成果。

通過兩個簡單的實驗探究，筆者發現枯燥的知識在學生的動手操作下變得生動，親眼所見的現象會讓知識理解得更為透徹。

7）科學與生活。對靜電進行定義，并列舉靜電在生活中的應用，如靜電復印機、靜電除塵器等；講解靜電給生活帶來的不便和危害，以及人們的智慧處理。

2.2.3 "匯報交流

新課小結，暢談收獲。

2.3 "課后反思

實驗探究式教學可以有效地激發學生的學習興趣，但是也有不少弊端，比如紀律松散和實驗效率低。教師在給學生一定的時間進行自主探究時，要扮演指導者和監督者的角色，學生在課堂上做與教學無關的事情時要及時制止，將學生的注意力轉移到實驗中。針對實驗效率低的問題，教師應該在一些較為復雜的實驗探究前給學生設計分發導學案，引導實驗探究進行得更為順暢，避免出現無目的實驗，真正實現“從做中學”。

3 "學生課堂教學反饋研究

科學課堂的教學對象是學生，他們的教學反饋對提升課堂質量起著重要作用。為了解學生對STEAM教育下初中科學課堂的體驗感，筆者利用課后問卷的形式從學生那里獲得反饋信息，對教學效果進行分析與評價。

3.1 "問卷的設計

問卷以單選題形式呈現，選擇紙質版問卷收集，最后將數據進行整理和分析。

3.2 "問卷調查的對象

以授課班級為整體進行抽樣。

3.3 "問卷的發放與統計

共分發145份，收回145份，有效問卷145份。

3.4 "研究數據并分析

3.4.1 "你喜歡以問題為導向進行實驗探究的學習方式嗎

據統計，有91.0%的學生滿意（含很喜歡46.9%、喜歡44.1%）以問題為導向進行實踐學習的教學方式；有7.59%的學生對這種學習方式表示一般；另外有1.38%的學生表示不喜歡。通過訪問，不喜歡的學生認為是自己的動手操作能力太弱，跟不上教師節奏，實驗往往得不到結果，所以更喜歡知識性講授。總體來說，大多數學生是喜歡這種授課方式的，而這種授課方式正是STEAM教育理念的體現。

3.4.2 "你的注意力在這種授課形式下更集中了嗎

據統計，有88.3%的學生覺得在這種授課形式下自己的注意力更集中；有10.3%的學生還不確定自己在課堂的注意力是否更加專注；另外有1.38%的學生覺得自己的注意力沒有更集中。這需要教師在今后的教學中多加注意，努力把這少部分學生拉進大部分學生的陣營。總體來說，STEAM教育理念下的初中科學課堂可以提升大部分學生的注意力。

3.4.3 "這種授課形式對你的學習更有幫助嗎

據統計，有87.6%的學生覺得STEAM教育理念下的初中科學課堂對自己的學習有益；有8.28%的學生表示還不確定；另有4.14%的學生認為并沒有幫助。總體來說，STEAM教育理念下的初中科學課堂是對學生學習科學知識更有益。

3.4.4 "如果有幫助，你覺得幫助體現在哪些方面

在前一問，授課形式對學生學習是否有幫助，有6名學生填否，12名學生填不確定，所以默認不用選擇。據統計，在145名學生中，有85.5%的學生覺得這種授課形式有利于提升學習興趣和科學素養；有51.0%的學生覺得這種授課形式有利于提升解決問題的能力；有69.7%的學生覺得這種授課形式有利于增強團隊合作能力；僅有41.4%的學生認為這種授課形式可以增強語言表達能力；有86.2%的學生認為能夠通過課堂培養創新精神和實踐、獨立思考的能力；有74.5%的學生覺得這種授課形式可以加深對知識的理解。

3.4.5 "你支持/希望以后繼續以這樣的方式進行授課嗎

據統計，有95.9%的學生支持STEAM教育下的初中科學課堂，有4.14%的學生暫時還不確定自己的想法，但是沒有學生對此持否定態度。由此可見，學生還是支持STEAM教育下的初中科學課堂的。

根據本次問卷調查分析，發現學生對STEAM教育下的初中科學課堂反響不錯，認為可以集中注意力，激發學習興趣，提升多方面的能力，培養創新創造能力，可以有效地提高教學質量。

4 "結束語

STEAM教育理念與科學課堂的融合可以提高教師的科學素養和教學質量，可以培養學生的創新精神和實踐探究能力。國內學者的研究較少涉及將理念融入科學課堂的探究過程，對于教學經驗較少的師范生而言，他們更需要詳細的STEAM教育下的科學課堂案例作參考。本次研究不僅可以推動STEAM教育理念與科學課堂融合，還可以為科學教育相關專業的教師提供STEAM課堂教學參考。

5 "參考文獻

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