基于案例分析的STEAM課堂教學(xué)模型構(gòu)建研究

龍子翅

摘 ?要 為了更好地讓STEAM教育在國內(nèi)得到更好發(fā)展，采用文獻(xiàn)分析法和內(nèi)容分析法，在分析基于STEAM教育理念的優(yōu)秀課程教學(xué)案例基礎(chǔ)上，歸納并以6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式為理論優(yōu)化構(gòu)建課堂教學(xué)模型，以期為STEAM教育課堂教學(xué)實踐以及理論研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞 STEAM教育;案例分析;教學(xué)模型;6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）06-0081-04

1 STEAM教育概念

STEM教育由科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四個單詞的首字母構(gòu)成，后來加入藝術(shù)（Art）構(gòu)成STEAM教育[1]。STEM教育自20世紀(jì)80年代在美國被提出以后，就引起各國的高度重視。如美國通過STEM教育培養(yǎng)人才，提升國際競爭力;日本通過STEM教育提升學(xué)生的學(xué)業(yè)成績;德國推行STEM教育，培養(yǎng)高質(zhì)量的勞動力[2]。

2016年，我國教育部頒布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提出：“要積極探索信息技術(shù)在眾創(chuàng)空間、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力?！盵3]我國也十分重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、能力與技能，目前已經(jīng)積極探索STEM課程的本土化實施[4]。

以STEAM教育為理念的課程主要是多學(xué)科知識的交叉融合，多學(xué)科知識的整合，目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、思維、技能，與跨學(xué)科解決問題的能力，提升學(xué)生的綜合運用能力，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。從全世界的教育行業(yè)的發(fā)展研究現(xiàn)狀來看，無論是國內(nèi)還是國外，對STEAM教育有很大的研究興趣，對理論研究和實踐探索都十分重視。

因此，本研究集中于分析國內(nèi)優(yōu)秀的基于STEAM教育理念的課程教學(xué)案例，選取“修復(fù)玩具蜘蛛”校本課程案例，對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)流程、教學(xué)模型進(jìn)行分析，歸納出國內(nèi)目前的一般性的課堂教學(xué)模型，并借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀的教育經(jīng)驗和6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式，構(gòu)建適用于我國國情的STEAM教育課程的教學(xué)模型，以提供給教育工作者參考和借鑒。

2 6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式

6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式是美國國際技術(shù)與工程教育學(xué)會于2014年提出的落實STEM教育的活動模式[5]，其六個階段分別為參與、探索、解釋、工程、深化、評價。該模式結(jié)合“科學(xué)探究”的思維和“工程設(shè)計”的實踐，重視學(xué)生在感知和洞察真實情境的問題中，運用跨學(xué)科的知識，主動完成“需要學(xué)習(xí)”和“自主設(shè)計”的循環(huán)過程，解決真實情境的問題[6]。

3 “修復(fù)玩具蜘蛛”課程案例分析

“修復(fù)玩具蜘蛛”課程案例簡介 ?“修復(fù)玩具蜘蛛”這節(jié)課是中學(xué)校本課程中的一個課程案例，來自中國江蘇網(wǎng)教育公共服務(wù)平臺，課程內(nèi)容為中學(xué)校本課程中的“三維3D創(chuàng)意設(shè)計”。該課程與生活實際貼近，將技術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、藝術(shù)有機(jī)地融合，讓學(xué)生在現(xiàn)實生活中運用多學(xué)科的知識去解決問題。

“修復(fù)玩具蜘蛛”課程案例分析

1）教學(xué)目標(biāo)。

①知識與技能：了解工程設(shè)計制作過程及環(huán)節(jié)，并理解設(shè)計制作過程是有規(guī)律可循且動態(tài)的，并不是一步到位，需要不斷進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

②過程與方法：親身實踐設(shè)計制作的過程，懂得如何有計劃、循序漸進(jìn)地掌握科學(xué)的設(shè)計制作的方法，并且在討論、探究、深思和團(tuán)隊合作過程中，提高表達(dá)、交流、評價、實踐能力，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作意識。

③情感態(tài)度與價值觀：初步形成并保持對技術(shù)的敏感和學(xué)習(xí)探究欲望，體會技術(shù)在問題解決過程中的曲折與艱辛。

④STEAM課程多維度教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

2）教學(xué)流程。

①課堂導(dǎo)入及設(shè)疑。課程開始后，教師會介紹3D打印的前沿應(yīng)用，隨后直接進(jìn)入主題，并提問：也許你們認(rèn)為這些高科技的3D技術(shù)只是工程師的事，但是3D打印技術(shù)卻給我們的生活帶來了巨大的改變，你們能發(fā)現(xiàn)嗎？學(xué)生深入思考。

②創(chuàng)設(shè)情境。學(xué)生沉思兩分鐘后，教師播放一段視頻：父親為先天有殘疾的兒子制作3D義肢。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行視頻分析，共同梳理父親設(shè)計制作義肢的過程，并將主要設(shè)計制作義肢環(huán)節(jié)板書黑板。

【設(shè)計意圖】視頻中深厚的父愛能夠深入打動學(xué)生，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。教學(xué)方式上采用引導(dǎo)—分析—探究的方法，師生一起梳理視頻，得出工程設(shè)計制作過程的必要環(huán)節(jié)，容易被學(xué)生接受理解，與STEAM教育的情境性一致。

③發(fā)現(xiàn)與明確問題。在創(chuàng)設(shè)情境后，教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察講臺上的玩具蜘蛛的爬行狀況，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)這個蜘蛛忍受著身體殘缺的痛苦，并引出本節(jié)課的任務(wù)：學(xué)習(xí)制作義肢并修復(fù)有殘疾的玩具蜘蛛。

【設(shè)計意圖】選擇生活中的問題，在解決實際問題過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會運用多種學(xué)科知識與技能去解決遇到的問題，符合STEAM教育的跨學(xué)科性。

④方案構(gòu)思。發(fā)現(xiàn)玩具蜘蛛的爬行問題后，教師引導(dǎo)學(xué)生拆下玩具蜘蛛的另外一條正常的腿部零件，用言語指導(dǎo)學(xué)生將腿部零件輪廓描繪在白紙上以及測量其尺寸，再引導(dǎo)學(xué)生對此問題進(jìn)行小組討論。

【設(shè)計意圖】求解零件部位的圓弧半徑的知識是數(shù)學(xué)知識，用數(shù)學(xué)知識去解決問題，觸發(fā)學(xué)生學(xué)會探究學(xué)習(xí)。學(xué)生能在親身實踐過程中學(xué)會找出誤差度更小的計算測量方法，對所學(xué)知識點有更加深刻的理解和整合，從掌握單純零散知識點轉(zhuǎn)為掌握解決實際問題的方法。

⑤圖樣的設(shè)計繪制環(huán)節(jié)。學(xué)生使用三維軟件設(shè)計制作腿部零件模型，教師巡視并指導(dǎo)和幫助學(xué)生解決課堂生成性問題，建立解決問題的信心。

⑥模型的制作環(huán)節(jié)。在學(xué)生設(shè)計完草圖后，教授學(xué)生使用3D打印機(jī)并指導(dǎo)學(xué)生打印零件模型。理解相關(guān)3D打印加工工藝，考慮義肢的美觀性，符合STEAM教育的藝術(shù)性。學(xué)生首次打印出的零件部位并不順利，教師引導(dǎo)學(xué)生分析不成功的原因，讓學(xué)生去解決課堂生成性問題。

【設(shè)計意圖】教師對生成性的問題進(jìn)行及時指導(dǎo)，和學(xué)生一起去改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計方案。學(xué)生自己經(jīng)歷實踐過程，對3D打印模型精度和配件結(jié)合的內(nèi)容有深入思考，與STEAM教育的體驗性符合。

⑦作品測試環(huán)節(jié)。腿部零件用打印機(jī)打印成功后，小組組裝腿部零件部位并測試玩具蜘蛛的爬行情況，對出現(xiàn)差錯零件進(jìn)行改進(jìn)修復(fù)調(diào)整。

⑧展示交流與評價環(huán)節(jié)。采用的評價方式是學(xué)生互評、學(xué)生自評和教師評價相融合，評價過程注重強(qiáng)調(diào)多元主體評價、面向制作實踐過程的評價。

⑨總結(jié)歸納環(huán)節(jié)。師生一起總結(jié)歸納工程設(shè)計過程中運用的多學(xué)科知識，促進(jìn)學(xué)習(xí)者將單純零散的知識點系統(tǒng)化。最后，教師播放一段智能蜘蛛隨音樂跳舞的視頻，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探索學(xué)習(xí)智能技術(shù)和學(xué)科知識結(jié)合的應(yīng)用欲望。

3）教學(xué)模型。基于STEAM教育理念的“修復(fù)玩具蜘蛛”課程案例中，從該課程的教學(xué)設(shè)計中分析出該課程的課堂教學(xué)模型，如圖1所示。

4 基于課程案例的課堂教學(xué)模型歸納與構(gòu)建

基于課程案例的課堂教學(xué)模型歸納 ?通過對以上“修復(fù)玩具蜘蛛”課程的課堂教學(xué)模型的分析，和筆者分析其他的優(yōu)秀案例課堂教學(xué)模型，依據(jù)其共同的教學(xué)過程，可以歸納出現(xiàn)有案例的一般性教學(xué)模型如圖2所示。從歸納的課堂教學(xué)模型中看出，開展基于STEAM教育理念的課程，具有以下共同特點。

1）一般使用的是加涅的九段式教學(xué)法，如按照引起注意—闡述教學(xué)目標(biāo)—刺激回憶—呈現(xiàn)刺激材料—提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)—誘發(fā)學(xué)習(xí)行為—提供反饋的教學(xué)流程來開展教學(xué)[7]。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容也主要來自教師的課堂講授和答疑，其處于被動的位置。

2）在一般性教學(xué)模型中，缺少學(xué)生生成性項目，教師極少根據(jù)學(xué)生的需求和期望來選取學(xué)習(xí)內(nèi)容。建議教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境后，讓學(xué)生以不同的角度對情境進(jìn)行頭腦風(fēng)暴來分享自己的奇思妙想，經(jīng)過學(xué)生商討和教師的引導(dǎo)來講解知識所依托的項目。

3）在模型制作過程中，缺少深化過程，缺少小組之間的交流，小組之間交流技術(shù)方案，傾聽別人的評價，再進(jìn)一步優(yōu)化方案。

基于6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式的STEAM課堂教學(xué)模型構(gòu)建 ?基于以上課程案例歸納的教學(xué)模型的分析結(jié)論和通過前期的文獻(xiàn)調(diào)研，學(xué)校的校本課程的形式是將STEAM課程作為學(xué)校特色課程，往往以一個項目或者一個問題作為課程的主線，開展的課堂活動都貫穿其中，運用多種教學(xué)方法，不能只使用傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法，要學(xué)會適當(dāng)讓學(xué)生進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)意想法。并以6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式為理念，構(gòu)建基于6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式的STEAM課堂教學(xué)模型如圖3所示，有以下改進(jìn)優(yōu)化的地方。

1）以6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式為理念，通過學(xué)習(xí)模式來優(yōu)化構(gòu)建課堂教學(xué)模型，并緊密結(jié)合做與學(xué)的因素，更多考慮學(xué)生因素及體現(xiàn)出學(xué)生是知識的建構(gòu)者，不是知識的被灌輸對象。

2）在課堂教學(xué)模型中，加入學(xué)生生成性項目，教師會根據(jù)學(xué)生的需求和期望來選取教學(xué)內(nèi)容。教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境后，學(xué)生以不同的角度對情境進(jìn)行頭腦風(fēng)暴來分享自己的創(chuàng)意想法，經(jīng)過學(xué)生協(xié)商和教師的引導(dǎo)來講解知識所依托的項目。

3）在課堂教學(xué)模型中加入知識建構(gòu)，明確技術(shù)的環(huán)節(jié)，教師幫助學(xué)生完成知識內(nèi)容的建構(gòu)和建立對技術(shù)問題的信心。

4）在課堂教學(xué)模型中加入技術(shù)比較和優(yōu)化方案的環(huán)節(jié)，初步模型制作完后，小組之間交流技術(shù)制作方案，傾聽別人的評價，再進(jìn)一步優(yōu)化制作方案。

5 結(jié)語

以6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式為理論，通過學(xué)習(xí)模式來優(yōu)化構(gòu)建課堂教學(xué)模型，將做與學(xué)緊密結(jié)合，體現(xiàn)出學(xué)生是知識的建構(gòu)者。與更注重事實性知識的傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比，STEAM教育活動更注重學(xué)生整合跨學(xué)科的知識應(yīng)用創(chuàng)新與高階思維、主動學(xué)習(xí)，因此在培養(yǎng)綜合型人才和促進(jìn)教育改革方面具有更大優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

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[3]教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知[EB/OL].[2016-06-07].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

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Maximizing Informed Design and Inquiry in the Inte-grative STEM Classroom[J].Technology & Engineering Teacher，2014（6）：14-19.

[6]袁磊.核心素養(yǎng)視域下STEAM教育的課堂教學(xué)變革[J].中國電化教育，2019（11）：99-103，128.