STEAM視角下的初中科學課程教學實踐研究

何芳瑛

【摘要】? 本文探討STEAM理念如何與科學課堂教學的結(jié)合，以壓強教學為基礎，為有效融合STEAM課程理念，該案例嘗試以項目制教學為基礎，采用5-E教學模式，即參與、探究、解釋、詳細說明、評價，將現(xiàn)有的課堂教學融入STEAM理念進行調(diào)整，提高科學課和其它學科的融合度，從而提高學生的核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】? STEAM 5-E教學模式 壓強

【中圖分類號】? G632.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 【文獻標識碼】? A 【文章編號】? 1992-7711（2020）23-021-02

一、STEM教育的定義

STEM是科學（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，其中科學在于認識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律;技術(shù)和工程則是在尊重自然規(guī)律的基礎上改造世界、實現(xiàn)對自然界的控制和利用、解決社會發(fā)展過程中遇到的難題;數(shù)學則作為技術(shù)與工程學科的基礎工具。由此可見，生活中發(fā)生的大多數(shù)問題需要應用多種學科的知識來共同解決。

二、科學實驗的定義

根據(jù)研究目的，運用一定的物質(zhì)手段，通過干預和控制科研對象而觀察和探索科研對象有關規(guī)律和機制的一種研究方法。目前，人們對利實驗類型的分類，還缺少較系統(tǒng)的研究。按照實驗的目的不同，可以把科學實驗分為定性實驗、定量實驗和結(jié)構(gòu)分析實驗。根據(jù)實驗手段（儀器、設備工具等）是否直接作用于被研究為標準，實驗可分為直接實驗和模型實驗。

三、STEAM理念和科學課的結(jié)合

STEAM是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）和數(shù)學（Mathematics）的縮寫，是基于問題學習、基于項目學習、基于工程設計等方式將科學、技術(shù)、工程和數(shù)學五門學科融合的教育。其本質(zhì)是在多個獨立的學科中建立一個橋梁，將多個學科找到融合點，為學生提供整體認識世界的機會。在現(xiàn)實生活中，學生所遇到的問題往往是復雜的，光用一門學科知識很難解決。引導學生重新思考科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學的內(nèi)涵及他們之間存在的關系，把學習的零碎知識變成相互聯(lián)系、完整統(tǒng)一的整體，有助于學生對生活中的實際問題的思考和解決。畢竟，學生最終面對的是一個完整的世界。而科學課與STEAM理念的結(jié)合相比其他學科有其優(yōu)勢，STEAM理念強調(diào)真實情景、親自動手、思維邏輯、合作探究和分享評價，這與科學課程培養(yǎng)學生的方式和目的是一致的。

四、STEAM 視野下項目化學習的建構(gòu)

在STEAM視野下將原有的科學課程利用項目化學習進行建構(gòu)，教師可以在現(xiàn)有教材中選擇適當?shù)膬?nèi)容，比如本案例原來是壓強的教學，教師可以將壓強設計成貼近生活實際的課例，通過腳印尋人，這樣的項目化建構(gòu)不僅激發(fā)學生的學習興趣而且聯(lián)系生活實際，在科學、數(shù)學、工程、技術(shù)等進行融合，對這個實際問題的解決，提高學生的多種知識應用的能力。

五、5-E教學模式

在項目化學習建構(gòu)過程中，選擇的課例以5-E教學模式為載體。5-E教學模式是由貝比提出。他將學習活動分為5個階段：參與（engagement）、探究 （exploration）、解釋（explanation）、詳細說明（elaboration）、評價（evaluation），強調(diào)以學生為中心，通過實驗的方式解決問題，以小組合作學習促進學生對科學概念的理解和知識的建構(gòu)。

筆者在STEM教育理念的指導下進行課堂實踐，總結(jié)了固有的教學流程：參與、探索、解釋、評價、應用，該模式更好地體現(xiàn)了“學”為中心的理念。

參與：教師創(chuàng)設學習情境，提供對學生具有潛在意義的學習材料，提高學生學習興趣，引導學生對情境中的現(xiàn)象提出問題，引發(fā)思考，聯(lián)系已有的知識經(jīng)驗，暴露出前概念中存在的問題，積極參與研究學習;

探索：在自主探索環(huán)節(jié)中可以利用調(diào)查，實驗，產(chǎn)品制作等方法對問題進行建模，將數(shù)學工具合理的應用，進行頭腦風暴積極思考可能解決問題的方案和方法，聯(lián)系工程和技術(shù)學科的相關知識進行方案的設計和實施，組內(nèi)進行交流討論，在實施過程中不斷的改進;

交流：本環(huán)節(jié)學生可以用多種方式進行表達和闡述，尤其重在對實驗數(shù)據(jù)的處理和對現(xiàn)象的分析、概括，盡可能用專業(yè)術(shù)語描述實驗現(xiàn)象，表達實驗結(jié)論，解釋實驗原理等。在交流中強調(diào)的是取長補短，提取精華;

評價：評價其實滲透在整個教學過程中，并不獨立存在。生生評價，組間交流能深化對概念的理解，本過程需要強調(diào)生生評價的重要性。教師也需要準備問題庫，對學生的交流展示進行有效評價，重在概念知識的應用;

應用：將所學的內(nèi)容活學活用，通過產(chǎn)品制作和綜合實踐報告來反饋。最好能聯(lián)系生活實際，將所學知識進行遷移，應用到解決實際問題的過程中。聯(lián)系生活實際解決更多的問題。

六、5-E教學模式下的壓強教學案例

在5-E教學模式下對項目化課程進行教學設計，完成最終的知識構(gòu)建，我們以壓強第一課時為例，闡述在該課例中，五個環(huán)節(jié)如何環(huán)環(huán)相扣，整個課例將科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學有機的融合在里面。

1.參與階段

該階段的活動目的在于吸引學生的注意力，提高學生的興趣，使他們能夠親身參與到課堂中，幫助學生獲取記憶中的已有知識，將現(xiàn)有知識和已有知識發(fā)生聯(lián)系。本課例采用生活真實情境引入，激發(fā)對學生已有知識的回顧，激發(fā)學生努力的解決問題的渴望。

2.探究階段

該階段給學生留有足夠的思考、設計、調(diào)查的時間，教師提供材料并進行引 導。學生可團隊協(xié)作進行實驗，通過探索建立起科學、技術(shù)、工程、數(shù)學及其它學科之間的聯(lián)系，即STEAM所提倡的做中學的過程。

學生1：通過測量腳長，判斷人的身高，從而確定同學。

方案1：通過測量腳印的長度，將這個長度（L）乘以身高和腳長的比值（K）求出身高（H）即：H=KL

學生2：通過測量腳印面積，判斷人的身高來判斷

方案2：對于不規(guī)則的腳印，采用數(shù)格子的方法，將腳印拓印在保鮮薄膜上，然后放在方格紙上，數(shù)出格子數(shù)乘以每一個格子的面積，就是腳印的面積，然后估算每位同學的腳印面積。

學生3：通過腳印的深淺，判斷人的體重，來確定同學

方案3：通過腳印的深淺，找到一些和體重的關系，來確定同學。

3.解釋階段

該階段學生將對他們的探索和探究進行分析和解釋，溝通理解，分析可能性方案。他們澄清自己的理解發(fā)現(xiàn)，以多種方式進行交流。

小組學生對方案1的分析：

根據(jù)七上年級的一個探究活動，身高和腳長的比值在6.8-7之間，經(jīng)過測量腳印長度為25厘米，所以身高為170厘米-175厘米。但是在這個區(qū)間內(nèi)的學生比較多，很難鎖定一個人。

小組學生對方案2的分析：

根據(jù)數(shù)格子法，計算出腳印的面積大概235平方厘米，同樣但是在這個區(qū)間內(nèi)的學生比較多，而且腳印的面積很難精確測量，數(shù)格子法誤差較大，很難鎖定一個人。

小組學生對方案3的分析：

腳印的深淺和體重有關，但是不知道具體的關聯(lián)，方案不夠完整。

腳印的深淺的確與體重大小有關，那是不是體重越大腳印就越深？提出疑問：壓力的作用效果不僅與壓力大小有關？課本實驗探究：壓力作用效果與哪些因素有關，抽象概括（領悟）：壓力作用效果與壓力大小和受力面積有關，壓強的概念，腳印的深淺。

4.詳細說明階段

該階段學生將鞏固并擴展剛剛獲取的科學概念，通過修改方案或?qū)嶒炦M行進一步的探究。

設計實驗：用刻度尺測出腳印的平均深度為1.5厘米，然后各小組用小釘?shù)史旁谕瑯拥纳惩辽?，在小釘?shù)噬戏派弦淮涡员?，往里面加水，通過連續(xù)變化壓力直到小釘?shù)蕸]入沙土中的深度和腳印深度相同。利用臺秤稱出質(zhì)量求出壓力，利用F實/S釘=F人/S腳求出人的體重。

5.評價階段

評價是學習環(huán)中的重要環(huán)節(jié)。但不是一個特定的階段，它貫穿整個教學過程。 在“5-E”模式中，評價是由教師、學生共同完成。它不但要求對學習結(jié)果進行評價。而且要求對學習過程進行評價。

通過學生數(shù)據(jù)的記錄，通過EXCEL的數(shù)據(jù)處理，完成了學生體重的估算，發(fā)現(xiàn)是一位體重在88千克左右的同學，最后通過體重的估計我們鎖定了這位同學。

在這五個階段中，學生和教師都有明確的分工，教師作為引導者，指引學生針對具體內(nèi)容提出有待探索的問題，進而開展研究，學生通過研究經(jīng)驗和總結(jié)對問題做出拓展性的理解。本課例通過壓強的學習，結(jié)合數(shù)學，工程，技術(shù)等學科知識，解決腳印找人的實際問題。在平時的教學過程中，可以開始嘗試將STEAM教育理念滲透在教育教學過程中。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]李崎穎，等.STEM視角下的初中科學課程教學實踐研究[J].中國教育信息化，2016（12）.

[2]李楊.STEM教育視野下科學課程建構(gòu)[D].金華：浙江師范大學碩士學位論文，2014.