STEAM理念下項(xiàng)目學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

徐莉莎

STEAM教育以一種獨(dú)立新型的姿態(tài)出現(xiàn)在我國(guó)中小學(xué)中，它承載著點(diǎn)燃學(xué)生創(chuàng)新思維和培養(yǎng)未來(lái)創(chuàng)新型人才的責(zé)任。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，進(jìn)行STEAM項(xiàng)目開(kāi)發(fā)并開(kāi)展STEAM活動(dòng)，已成為一線科學(xué)教師及科技工作者特別關(guān)注的問(wèn)題。筆者從教學(xué)目標(biāo)、基本架構(gòu)、建議課時(shí)、教學(xué)準(zhǔn)備、實(shí)施流程和教學(xué)評(píng)價(jià)六個(gè)方面，設(shè)計(jì)與“投擲器”有關(guān)的STEAM項(xiàng)目化活動(dòng)，希望能為教師開(kāi)發(fā)STEAM項(xiàng)目活動(dòng)提供一定的參考。

搭建項(xiàng)目的基本架構(gòu)

南京市玄武區(qū)教師發(fā)展中心的馮凌老師，在《實(shí)踐STEM教育的“玄武路徑”》中提到STEAM項(xiàng)目活動(dòng)的基本教學(xué)流程，即“引入問(wèn)題與確定需求—調(diào)查研究與學(xué)習(xí)支持—分析觀點(diǎn)與建立模型—測(cè)試優(yōu)化與解決問(wèn)題”四個(gè)階段。筆者將其簡(jiǎn)要地定義為八字，即“一引二研三建四優(yōu)”，將《投擲器》STEAM項(xiàng)目劃分為4個(gè)階段和9個(gè)章節(jié)（如表1）。

明確項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是關(guān)于教學(xué)將使學(xué)生發(fā)生何種變化的明確表述，是指在教學(xué)活動(dòng)中所期待得到的學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。在教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)目標(biāo)起著十分重要的作用。教學(xué)活動(dòng)以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，且始終圍繞實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)開(kāi)展?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定分別從“科學(xué)知識(shí)”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度”和“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境”四個(gè)方面闡述教學(xué)的具體目標(biāo)。筆者認(rèn)為，STEAM項(xiàng)目活動(dòng)的教學(xué)目標(biāo)，可以有別于小學(xué)科學(xué)單門(mén)學(xué)科，從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五門(mén)學(xué)科的不同領(lǐng)域，去具體闡述整個(gè)項(xiàng)目的教學(xué)分科目標(biāo)（不強(qiáng)制要求每項(xiàng)活動(dòng)均要涉及五門(mén)分科目標(biāo)），這樣更有利于教師選擇STEAM項(xiàng)目活動(dòng)、把握教學(xué)目標(biāo)和開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。比如，本項(xiàng)目活動(dòng)蘊(yùn)含著學(xué)生所需掌握的五門(mén)教學(xué)分科目標(biāo)（如表3）。

當(dāng)然，針對(duì)項(xiàng)目活動(dòng)的每課時(shí)，可以制定與之對(duì)應(yīng)的課時(shí)目標(biāo)，這樣利于教師對(duì)課時(shí)教學(xué)目標(biāo)和課時(shí)內(nèi)容的把握，明確本課時(shí)學(xué)生所需要掌握的內(nèi)容。比如，本項(xiàng)目活動(dòng)第一課時(shí)，即《1.1認(rèn)識(shí)與了解》和《2.1體驗(yàn)穩(wěn)定性》兩節(jié)內(nèi)容的課時(shí)目標(biāo)如表4。

表4 ?第一課時(shí)的課時(shí)目標(biāo)

[第一課時(shí) 《1.1認(rèn)識(shí)與了解》+《2.1體驗(yàn)穩(wěn)定性》 課時(shí)目標(biāo) 1.用畫(huà)圖或文字的形式記錄對(duì)投擲器的初步認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)用語(yǔ)言描述對(duì)投擲器工作原理等的認(rèn)識(shí) 2.激起學(xué)生對(duì)杠桿原理和彈力原理等在投擲器中的應(yīng)用的興趣 3.通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)，了解形狀和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)制作投擲器的重要性 4.每次活動(dòng)后，能習(xí)慣性地對(duì)團(tuán)隊(duì)的表現(xiàn)進(jìn)行真實(shí)和及時(shí)性的評(píng)價(jià) ]

落實(shí)教學(xué)準(zhǔn)備

1.備課階段精心落實(shí)

動(dòng)人心者，莫先乎情。情，不僅要體現(xiàn)在課堂上，更要體現(xiàn)在課前，即為上課準(zhǔn)備的備課階段。在備課的過(guò)程中，我們要充分考慮到大多數(shù)學(xué)生的學(xué)情，有效地把握教學(xué)目標(biāo)，并設(shè)計(jì)出符合學(xué)生學(xué)情的教學(xué)設(shè)計(jì)，來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。備好一堂課是上好一堂課的前提。因此，課前教師要精心落實(shí)每一堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)。

比如，以本項(xiàng)目第一課時(shí)（《1.1認(rèn)識(shí)與了解》+《2.1體驗(yàn)穩(wěn)定性》）為例。課前要把握課時(shí)目標(biāo)，在考慮學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上，做好教學(xué)設(shè)計(jì)，并做好教師預(yù)設(shè)。如果課堂中出現(xiàn)與預(yù)設(shè)目標(biāo)差異較大的環(huán)節(jié)，需要教師在課后第一時(shí)間考慮并調(diào)整教學(xué)方案，在不斷反思糾正的過(guò)程中，設(shè)計(jì)出最佳教案。

2.材料準(zhǔn)備落實(shí)到位

一堂優(yōu)質(zhì)的、有意義的STEAM課具備這些特點(diǎn)：在活動(dòng)中進(jìn)行科學(xué)探究、數(shù)據(jù)分析和工程設(shè)計(jì)等，要實(shí)施到位就離不開(kāi)活動(dòng)材料的充分準(zhǔn)備，要選擇有結(jié)構(gòu)、有創(chuàng)意的材料，同時(shí)還要貼近學(xué)生的日常生活，使學(xué)生運(yùn)用簡(jiǎn)單的活動(dòng)材料不斷提高STEAM素養(yǎng)，鍛煉創(chuàng)新思維與能力。

以本項(xiàng)目第二課時(shí)《2.2體驗(yàn)杠桿》為例。教學(xué)中設(shè)計(jì)了“用力點(diǎn)距離支點(diǎn)遠(yuǎn)近與用力大小的關(guān)系”的探究實(shí)驗(yàn)，這個(gè)探究杠桿原理的測(cè)力實(shí)驗(yàn)裝置需要教師自行準(zhǔn)備，在不斷的嘗試和摸索中，最后用鐵架臺(tái)、杠桿尺、回形針、鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)組裝，在下水實(shí)驗(yàn)成功后在課堂中使用，效果頗好（如圖2）。

又如，教師明確活動(dòng)任務(wù)后，在設(shè)計(jì)與制作前為學(xué)生準(zhǔn)備的活動(dòng)材料，需要反復(fù)斟酌，不僅要考慮材料準(zhǔn)備的便利性，還要考慮材料的結(jié)構(gòu)性、創(chuàng)新性和安全性，最后在確定材料單價(jià)時(shí)，還需考慮到是否能正確地引導(dǎo)學(xué)生建立控制工程成本的意識(shí)等（如表5）。

確定具體實(shí)施流程

1.引入問(wèn)題與確定需求

通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境（如播放視頻、圖片等）的方式，將學(xué)生帶入情境，啟發(fā)學(xué)生回憶相關(guān)的舊知識(shí)、前概念或初認(rèn)知，引起學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的關(guān)注，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而引出項(xiàng)目研究中需要關(guān)注和掌握的重難點(diǎn)。

比如，本項(xiàng)目的導(dǎo)入，是通過(guò)張藝謀導(dǎo)演的影片——《長(zhǎng)城》片段進(jìn)行的，影片中城墻內(nèi)士兵用投擲器投射巨大火球的場(chǎng)景讓人印象深刻，這種震撼足以讓人有穿越到戰(zhàn)場(chǎng)上的沖動(dòng)，不是因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)面的浩瀚，而是因?yàn)楣湃说膫ゴ笾腔?。如此震撼的?chǎng)面能激起學(xué)生腦洞大開(kāi)，向往著模仿古人一步步完成戰(zhàn)爭(zhēng)武器的發(fā)明創(chuàng)造。

又如，本項(xiàng)目的需求，是通過(guò)初步了解學(xué)生對(duì)投擲器的認(rèn)識(shí)完成的;教師介紹投擲器的發(fā)展歷史和用途原理;出示各種投擲器圖片，讓學(xué)生觀察比較;小組討論完成下表（如表6）;然后師生交流、小組評(píng)價(jià);最后指導(dǎo)學(xué)生思考找出一架投擲器的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)的方法等。最終引導(dǎo)學(xué)生確定需求和限制因素（即三角形穩(wěn)定性、杠桿原理、彈力原理、比較韌性），解決問(wèn)題所需的知識(shí)、技能和方法。

2.調(diào)查研究與學(xué)習(xí)支持

通過(guò)調(diào)查了解已有的做法，通過(guò)探究讓學(xué)生理解相關(guān)概念，通過(guò)操作習(xí)得思維方法，學(xué)會(huì)正確使用工具?？傊磺芯菫榻鉀Q項(xiàng)目活動(dòng)中的問(wèn)題做好知識(shí)、技能和方法的準(zhǔn)備。比如，本項(xiàng)目主要的四項(xiàng)體驗(yàn)活動(dòng)，即體驗(yàn)穩(wěn)定性、體驗(yàn)杠桿、體驗(yàn)彈力和體驗(yàn)韌性，都是為制作出一款發(fā)射得“既遠(yuǎn)又準(zhǔn)”的投擲器做準(zhǔn)備。

其中，體驗(yàn)穩(wěn)定性是為了讓學(xué)生深刻地認(rèn)識(shí)到“三角形具有穩(wěn)定性和四邊形不具有穩(wěn)定性”的概念，通過(guò)“判斷圖形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性”的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，為搭建質(zhì)量好、穩(wěn)定性高的投擲器做最初的地基準(zhǔn)備（如表7）。

又如，體驗(yàn)杠桿和彈力是為了讓學(xué)生掌握投擲器的動(dòng)力來(lái)源，而其中的科學(xué)探究是為激發(fā)學(xué)生尋找投擲更遠(yuǎn)的方法，如體驗(yàn)杠桿中探究“投擲距離與投擲角度的關(guān)系”和體驗(yàn)彈力中探究“投擲距離與橡皮筋纏繞圈數(shù)的關(guān)系”。

3.分析觀點(diǎn)與建立模型

引導(dǎo)學(xué)生采用頭腦風(fēng)暴的方法，列出各種可能的解決方案，再運(yùn)用分析、綜合、類(lèi)比的方法分析每個(gè)觀點(diǎn)所包含的一切風(fēng)險(xiǎn)和利益，評(píng)估出操作的可行性，同時(shí)在控制工程成本的前提下，根據(jù)評(píng)價(jià)量表，設(shè)計(jì)出最終解決問(wèn)題的產(chǎn)品模型圖，并按照模型設(shè)計(jì)圖制作成品。比如，本項(xiàng)目的投擲器設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生基于現(xiàn)有的材料，組團(tuán)分工合作，在思考、討論和交流的過(guò)程中，設(shè)計(jì)出一套屬于團(tuán)隊(duì)自己的設(shè)計(jì)方案，引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范繪制設(shè)計(jì)圖，讓他們知道設(shè)計(jì)圖就像是導(dǎo)航路線一樣，如果設(shè)計(jì)時(shí)有失誤，會(huì)直接影響工程師制作成品。而且不同團(tuán)隊(duì)的個(gè)性化方案能最大限度地調(diào)動(dòng)起學(xué)生用心制作的積極性。

而《量化評(píng)價(jià)表》可以作為檢測(cè)成品效果和學(xué)科目標(biāo)達(dá)成度的依據(jù)，共分為6個(gè)方面（即“誰(shuí)最省錢(qián)”“誰(shuí)最相似”“誰(shuí)最堅(jiān)實(shí)”“誰(shuí)最美觀”“誰(shuí)投得更遠(yuǎn)”和“誰(shuí)介紹最好”），分別涉及“S-T-E-A-M-+”不同的學(xué)科（如表8）。

在開(kāi)展匯報(bào)會(huì)時(shí)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)圍繞設(shè)計(jì)理念、團(tuán)隊(duì)分工、執(zhí)行任務(wù)時(shí)遇到的困難及其解決方法對(duì)自制投擲器進(jìn)行介紹和展示?，F(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)時(shí)，一小組介紹，其他小組和教師作為評(píng)委對(duì)投擲器從相似度、堅(jiān)實(shí)度、美觀度和介紹情況等方面進(jìn)行排序。最終，依據(jù)“評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”中的團(tuán)隊(duì)總得分，來(lái)測(cè)試各團(tuán)隊(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)（和語(yǔ)文）學(xué)科的目標(biāo)達(dá)成度。

4.測(cè)試優(yōu)化與解決問(wèn)題

在所有可能的條件下對(duì)模型成品進(jìn)行闖關(guān)式測(cè)試，記錄測(cè)試時(shí)的各種現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步找出和分析不足的原因，嘗試為實(shí)現(xiàn)更理想的效果而不斷改進(jìn)方案，制作出最佳的模型成品，形成最終的解決方案，總結(jié)整個(gè)過(guò)程中所取得的收獲，同時(shí)反思存在的不足。

比如，本項(xiàng)目有闖關(guān)式的測(cè)試，即“比一比誰(shuí)更遠(yuǎn)”和“比一比誰(shuí)更準(zhǔn)”的PK，兩場(chǎng)PK間存在著一定的遞進(jìn)和提升?！氨日l(shuí)更遠(yuǎn)”只需學(xué)生運(yùn)用好前階段所掌握的三角形穩(wěn)定性、杠桿原理、彈力原理和韌性即可。而“比誰(shuí)更準(zhǔn)”的測(cè)試難度就大一些，對(duì)學(xué)生的要求更高，不僅要求投擲器的投擲效果好，還需要他們通過(guò)調(diào)節(jié)投擲器來(lái)控制最終的投擲位置。整場(chǎng)比賽讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主角，更能讓他們獲得成就感。

又如，在每項(xiàng)活動(dòng)后，教師都會(huì)支持成功團(tuán)隊(duì)分享比賽的成果，如投擲器的優(yōu)點(diǎn)、投擲距離遠(yuǎn)和投中率高的原因，讓學(xué)生盡情發(fā)揮，分享活動(dòng)成果，體驗(yàn)成功者的喜悅，這不僅是對(duì)自己的一種隱形的獎(jiǎng)勵(lì)，也是對(duì)其他學(xué)生的一種激勵(lì)。當(dāng)然，也需要讓暫時(shí)失敗的團(tuán)隊(duì)總結(jié)失敗的原因和不足，最終找出解決問(wèn)題的方法，進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)模型。

評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)項(xiàng)目

教學(xué)評(píng)價(jià)是依據(jù)教學(xué)目標(biāo)對(duì)教學(xué)過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行價(jià)值判斷，而課堂教學(xué)評(píng)價(jià)專(zhuān)指對(duì)在課堂教學(xué)實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的客體對(duì)象所進(jìn)行的評(píng)價(jià)活動(dòng)，評(píng)價(jià)是促進(jìn)學(xué)生成長(zhǎng)、教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展和提高課堂教學(xué)質(zhì)量的重要手段。因此，將教學(xué)評(píng)價(jià)貫穿到整個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)是刻不容緩的。

比如，筆者將教學(xué)評(píng)價(jià)貫穿于整個(gè)項(xiàng)目，分為過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)（如表9）。過(guò)程性評(píng)價(jià)是在小組討論、團(tuán)隊(duì)探究或組間比賽活動(dòng)時(shí)采用，本項(xiàng)目共計(jì)12次（共計(jì)60顆☆）過(guò)程性評(píng)價(jià)，其中3次是討論活動(dòng)、7次是探究活動(dòng)、2次是比賽。總結(jié)性評(píng)價(jià)是在最終投擲器展示時(shí)采用（5顆☆）。

《投擲器》項(xiàng)目活動(dòng)是筆者基于STEAM教育項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的初探，該項(xiàng)目融合了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五門(mén)學(xué)科知識(shí)，運(yùn)用多媒體技術(shù)、實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)、工程設(shè)計(jì)技術(shù)等手段，輔以數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)分析、綜合考慮工程領(lǐng)域的全局意識(shí)、成本意識(shí)等解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。在項(xiàng)目實(shí)施的四個(gè)階段，按照學(xué)生認(rèn)知水平層次，由低到高布置任務(wù)，在層層遞進(jìn)的實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。當(dāng)然，僅憑這一項(xiàng)目的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有不斷立足STEAM理念開(kāi)發(fā)和開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，才能真正達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)的目的。為此，筆者將會(huì)堅(jiān)持不懈地對(duì)STEAM項(xiàng)目活動(dòng)進(jìn)行全面、深入和持久的探索與開(kāi)發(fā)。