融入STEAM教育的科學(xué)課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

范文陽(yáng)　劉　芳

融入STEAM教育的科學(xué)課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

范文陽(yáng)劉芳

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

研究主要論述將STEAM教育融入科學(xué)課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，以課程設(shè)計(jì)原則為依據(jù)，構(gòu)建融入STEAM教育的科學(xué)課程設(shè)計(jì)模式，進(jìn)行課程內(nèi)容重構(gòu)，并以迭代為主的創(chuàng)造型學(xué)習(xí)活動(dòng)案例《臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作》為例，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)、課程實(shí)施、進(jìn)行反思與展望。

STEAM教育；科學(xué)課程；課程設(shè)計(jì)

引言

STEAM教育的前身是STEM教育，緣起于美國(guó)[1]。自邁入21世紀(jì)以來(lái)，STEAM教育便受到教育界人士的青睞，引起了各個(gè)國(guó)家的高度關(guān)注。隨著STEAM教育里面的不斷發(fā)展壯大，我國(guó)對(duì)科學(xué)課程教育提出了更高的要求，也為科學(xué)課程的改革帶來(lái)了一條可行路徑[2]。培養(yǎng)學(xué)生靈活的思維能力、動(dòng)手實(shí)踐能力，以及團(tuán)結(jié)協(xié)作、創(chuàng)新實(shí)踐，重視學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)是STEAM的初衷，在此背景下，結(jié)合我國(guó)科學(xué)課程教育的發(fā)展，探索設(shè)計(jì)將STEAM教育融入到科學(xué)課程的模式。

本文以培養(yǎng)學(xué)生的各項(xiàng)能力為目的，通過(guò)文獻(xiàn)研究分析當(dāng)下科學(xué)課程所存在的問(wèn)題。在STEAM教育理念的支持下，首先，提出融入STEAM教育的科學(xué)課程設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出融入STEAM的科學(xué)課程模式[3]。然后，對(duì)融入STEAM教育的科學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)以及教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。最后，開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐，檢驗(yàn)融入STEAM教育科學(xué)課程模式的可行性和有效性。以期為后續(xù)STEAM教育與科學(xué)課程融合的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

1　研究的意義

1.1　理論意義

通過(guò)對(duì)STEAM教育相關(guān)文獻(xiàn)的分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)于在STEAM教育理念下的教學(xué)實(shí)踐研究正在逐年增多，但在基于STEAM的科學(xué)課程設(shè)計(jì)方面的研究相對(duì)較少。通過(guò)對(duì)STEAM教育與科學(xué)課程融合的相關(guān)理論的梳理和分析，設(shè)計(jì)出融入STEAM的科學(xué)課程模式，進(jìn)一步豐富科學(xué)課程教學(xué)理論，為科學(xué)教師提供新的科學(xué)課程設(shè)計(jì)的模式和思路[5]。

1.2　實(shí)踐意義

STEAM教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的整合[6]。從課程性質(zhì)層面來(lái)講，相比其他學(xué)科課程，科學(xué)課程是更加符合“整合”思想的一門(mén)課程。在融入STEAM教育的科學(xué)課程模式下，學(xué)生可以運(yùn)用學(xué)到的各類(lèi)學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際生活中的問(wèn)題，動(dòng)手操作能力得到加強(qiáng)，能夠協(xié)作交流、分享自己的學(xué)習(xí)成果，敢于提出不同的意見(jiàn)或建議[7]。STEAM教育理念能夠很好地體現(xiàn)教師的主導(dǎo)地位以及學(xué)生主體地位[8]。

2　課程設(shè)計(jì)

2.1　融入STEAM教育的科學(xué)課程設(shè)計(jì)模式

基于STEAM教育理念，以理論基礎(chǔ)為支撐，以融入STEAM教育的課程設(shè)計(jì)目標(biāo)為導(dǎo)向，以課程設(shè)計(jì)原則為依據(jù)，構(gòu)建融入STEAM教育的科學(xué)課程設(shè)計(jì)模式，如圖1所示[9]。該課程設(shè)計(jì)模式分為四個(gè)階段，依次是分析階段、準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段和評(píng)價(jià)階段，以期達(dá)到培養(yǎng)生綜合能力的目的[10]。

圖1　融入STEAM教育的科學(xué)課程設(shè)計(jì)模式

2.2　課程案例設(shè)計(jì)

以迭代為主的創(chuàng)造型學(xué)習(xí)活動(dòng)案例《臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作》為例。

2.2.1教學(xué)準(zhǔn)備

教師與學(xué)生需要共同準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材（PPT課件、微視頻、導(dǎo)線(xiàn)、電池、小燈泡、.電池底座、三角尺、美工刀、扎絲、海綿膠、定位片、木塊、底板、支桿、水彩筆等），課前安排學(xué)生準(zhǔn)備部分實(shí)驗(yàn)器材，主要準(zhǔn)備臺(tái)燈燈罩、支桿、水彩筆和底座等相關(guān)材料，便于學(xué)生在整個(gè)實(shí)踐過(guò)程中充分發(fā)揮自已想象力和創(chuàng)造力。

2.2.2教學(xué)過(guò)程

（1）情境導(dǎo)入。教師播放創(chuàng)作臺(tái)燈的視頻之前，布置以下觀看任務(wù)：臺(tái)燈由哪幾個(gè)部分組成？制作臺(tái)燈應(yīng)用了哪些科學(xué)知識(shí)？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上引出學(xué)習(xí)主題——設(shè)計(jì)制作臺(tái)燈。

（2）進(jìn)行創(chuàng)作。①明確任務(wù)要求：明確制作臺(tái)燈任務(wù)要求，各小組自主設(shè)計(jì)制作臺(tái)燈的方案，要求在完成臺(tái)燈的制作的基礎(chǔ)上，還要體現(xiàn)出創(chuàng)新性。②分析問(wèn)題，合作探究，制定方案。要求各小組繪制臺(tái)燈制作的草圖，通過(guò)交流探討后確定臺(tái)燈的制作方案，具體方案制定流程如下：A.小組成員討論交流，梳理交流制作臺(tái)燈方案，做好記錄；B.各組匯報(bào)方案制定情況，并對(duì)方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)；C.師生之間進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)評(píng)價(jià)；D.各小組分別完善自己的制作方案。

3　課程教學(xué)案例實(shí)施

3.1　實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

3.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本實(shí)驗(yàn)的主要目的是為了檢驗(yàn)融入STEAM教育的科學(xué)課程模式促進(jìn)學(xué)生各項(xiàng)能力培養(yǎng)的有效性。

3.1.2選擇實(shí)驗(yàn)樣本

將問(wèn)卷發(fā)放給四年級(jí)四個(gè)班的全體學(xué)生，共發(fā)放218份問(wèn)卷，回收問(wèn)卷213份，回收率96.71%，最終得到有效問(wèn)卷203份。利用SPSS對(duì)問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)得到Sig（雙側(cè)）=0.882＞0.5，該結(jié)果表明有兩個(gè)班學(xué)生的各項(xiàng)能力水平相當(dāng)，無(wú)顯著性差異[11]。故將四年級(jí)2班（52人）和4班（50人）分別作為實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班。實(shí)驗(yàn)班（2班）采用融入STEAM教學(xué)模式展開(kāi)科學(xué)課堂學(xué)習(xí)：對(duì)照班（4班）采用傳統(tǒng)的科學(xué)課堂教學(xué)模式。

3.1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

以四年級(jí)科學(xué)教材的上冊(cè)以及下冊(cè)第一二單元中選取7個(gè)與STEAM進(jìn)行整合的主題進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)踐，如表1所示。

表1　融入STEAM教育的科學(xué)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐內(nèi)容

3.1.4實(shí)驗(yàn)假設(shè)

采用STEAM教育模式的實(shí)驗(yàn)組在實(shí)踐動(dòng)手能力、發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力等方面的得分比采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的對(duì)照組得分高[12]。

3.1.5實(shí)驗(yàn)方法

本研究主要依據(jù)實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的前后測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)得出，融入STEAM教育的科學(xué)課堂更能促進(jìn)學(xué)生各項(xiàng)能力的提升。通過(guò)前測(cè)問(wèn)卷篩選出兩組平行班，分別設(shè)為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。在課程實(shí)施后，通過(guò)學(xué)生自我評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)分析實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班在各項(xiàng)能力培養(yǎng)之間的區(qū)別[13]。同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)班采用后測(cè)問(wèn)卷來(lái)調(diào)查學(xué)生對(duì)于STEAM課堂學(xué)習(xí)模式的滿(mǎn)意度。

3.2　STEAM教學(xué)活動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)

在具體的STEAM教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，針對(duì)教師如何運(yùn)用STEAM教育理念幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、合作探究能力以及發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的能力，設(shè)計(jì)出融入STEAM的科學(xué)學(xué)課堂教學(xué)活動(dòng)過(guò)程[14]，如圖2所示，能夠很好地體現(xiàn)以學(xué)生為中心。

圖2　融入STEAM的科學(xué)課堂教學(xué)活動(dòng)過(guò)程

3.2.1明確主題

教師在設(shè)計(jì)項(xiàng)目主題活動(dòng)時(shí)，應(yīng)體現(xiàn)出科學(xué)課程與STEAM相關(guān)的教學(xué)目標(biāo)。進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，應(yīng)該以學(xué)生為中心，主要是為了培養(yǎng)學(xué)生的興趣，激發(fā)出學(xué)習(xí)的熱情以及動(dòng)力，提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)思維[15]，體現(xiàn)的不單是項(xiàng)目作品的完成，也可以是設(shè)計(jì)流程或者設(shè)計(jì)方案等。

3.2.2制定方案

學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，分別進(jìn)行分組合作學(xué)習(xí)，構(gòu)思、制定出不同的實(shí)施方案，通過(guò)進(jìn)一步分析、優(yōu)化，得到最終方案[16]。此環(huán)節(jié)，教師要充分激發(fā)學(xué)生的不同學(xué)科的知識(shí)儲(chǔ)備，進(jìn)行自主拓展，并依據(jù)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，給予相應(yīng)的指導(dǎo)。最后，學(xué)生通過(guò)交流探討、頭腦風(fēng)暴等設(shè)計(jì)出最優(yōu)方案。

3.2.3作品創(chuàng)作

學(xué)生依據(jù)制定的最優(yōu)方案，分工進(jìn)行作品創(chuàng)作，此環(huán)節(jié)需要學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、調(diào)整修改，不斷完善作品。教師跟進(jìn)學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)展，并指導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)，提供適時(shí)、適度的幫助[17]。

3.2.4分享與評(píng)價(jià)

教師組織各小組分享、匯報(bào)項(xiàng)目成果，依次進(jìn)行組內(nèi)評(píng)價(jià)、小組互評(píng)以及教師評(píng)價(jià)，總結(jié)出各小組在實(shí)施項(xiàng)目過(guò)程中的優(yōu)點(diǎn)與不足，并對(duì)作品進(jìn)行完善。

3.3　《臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作》教學(xué)案例實(shí)施

本研究主要將以迭代式為主的創(chuàng)造型學(xué)習(xí)活動(dòng)《臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作》這節(jié)課作為融入STEAM的課程，對(duì)具體實(shí)施以及相關(guān)實(shí)施效果進(jìn)行闡述，以此來(lái)檢驗(yàn)迭代式學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的有效性[18]。在進(jìn)行本次教學(xué)實(shí)踐之前，教師提前在課程資源庫(kù)上傳臺(tái)燈制作相關(guān)微課，讓學(xué)生在課前了解臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作的過(guò)程，并準(zhǔn)備好相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材。學(xué)生主要準(zhǔn)備臺(tái)燈燈罩、支桿、水彩筆和底座等相關(guān)材料。課前準(zhǔn)備為課堂教學(xué)活動(dòng)的順利開(kāi)展做好基本保障。

表2　《臺(tái)燈設(shè)計(jì)與制作》教學(xué)過(guò)程概要

4　教學(xué)反思

在開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐時(shí)，通過(guò)與科學(xué)指導(dǎo)老師交流探討和課堂學(xué)生表現(xiàn)情況的觀察，對(duì)融入STEAM教育的課堂教學(xué)方案不斷進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，最后從各方面證明，授課效果不錯(cuò)，學(xué)生表示很喜歡這種學(xué)習(xí)方式，特別是在臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作這節(jié)課程，學(xué)生積極性顯著提高，課堂氛圍良好，各小組合作分工明確，有組織、有計(jì)劃地完成臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作，并能夠積極展示自己的創(chuàng)作成果。

該教學(xué)活動(dòng)中，促進(jìn)他們發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力等，很好地增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。任何事情都不具備完美性，融入STEAM的課堂教學(xué)活動(dòng)仍存在一些不足之處。對(duì)于學(xué)生提出的問(wèn)題，不能夠做出通俗簡(jiǎn)易的回答，這是筆者需要加強(qiáng)的地方。對(duì)于活動(dòng)的設(shè)計(jì)，個(gè)別地方考慮的還不是很到位，如在讓學(xué)生設(shè)計(jì)燈罩時(shí)，原計(jì)劃是讓每組的學(xué)生都能參與燈罩的設(shè)計(jì)創(chuàng)作活動(dòng)，但由于個(gè)別學(xué)生缺乏主動(dòng)性，個(gè)別小組的學(xué)生沒(méi)有帶設(shè)計(jì)制作燈罩的材料，影響課堂的順利開(kāi)展，最終決定將該小組的學(xué)生分散到其他組中，讓每一個(gè)學(xué)生都參與其中。筆者在上完課后，及時(shí)反思，針對(duì)不足之處與指導(dǎo)老師進(jìn)行交流探討，找出解決問(wèn)題的方案，進(jìn)行調(diào)整、改進(jìn)并加以完善。

5　研究總結(jié)與展望

我國(guó)STEAM教育、創(chuàng)客教育等新型教育理念的不斷發(fā)展，進(jìn)一步加速了我國(guó)新一輪的課程改革。我國(guó)科學(xué)教育的課程設(shè)置及實(shí)踐也在不斷逐漸注入新的教育理念。STEAM教育注重培養(yǎng)學(xué)生利用跨學(xué)科思維解決問(wèn)題的能力和雙創(chuàng)能力。在STEAM教育理念的支持下，本課程設(shè)計(jì)融入STEAM教育的科學(xué)課程模式以注重培養(yǎng)學(xué)生的各項(xiàng)能力，在該模式的指導(dǎo)下以科學(xué)四年級(jí)上下冊(cè)的相關(guān)內(nèi)容為例，開(kāi)展了一個(gè)多學(xué)期的教育實(shí)踐。主要研究成果如下。

（1）探索設(shè)計(jì)融入STEAM教學(xué)的科學(xué)課程模式。以STEAM教育理念為基礎(chǔ)，在建構(gòu)主義理論、課程融合理論等相關(guān)理論的指導(dǎo)下，探索設(shè)計(jì)融入STEAM教育的科學(xué)課程模式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的各項(xiàng)能力，該模式主要包括：分析、準(zhǔn)備、實(shí)施和評(píng)價(jià)四個(gè)階段。同時(shí)依據(jù)不同的課程內(nèi)容，設(shè)計(jì)出如迭代式的教學(xué)活動(dòng)，使得課程更為靈活

（2）開(kāi)展融入STEAM教育的科學(xué)課程實(shí)踐研究，檢驗(yàn)融入STEAM教育的科學(xué)課程模式的有效性[19]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：①將STEAM教育融入科學(xué)課程，使得學(xué)生解決生活實(shí)際問(wèn)題的能力不斷提高；②將STEAM教育融入科學(xué)課程，學(xué)生普通動(dòng)手實(shí)踐能力增強(qiáng)，但是女生動(dòng)手操作能力相比男生較弱一些，這需要老師后期進(jìn)行加強(qiáng)；③將STEAM教育融入科學(xué)課程，學(xué)生協(xié)作意識(shí)，團(tuán)結(jié)協(xié)作協(xié)作能力明顯增強(qiáng)；④后測(cè)調(diào)查問(wèn)卷的結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)STEAM課堂教學(xué)模式滿(mǎn)意度較高。

6 結(jié)束語(yǔ)

STEAM教育在我國(guó)起步較晚，對(duì)應(yīng)學(xué)科的教育案例較為匱乏，導(dǎo)致論文缺乏十足的理論支撐。筆者只對(duì)科學(xué)四年級(jí)的教材的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐研究，且本論文的樣本數(shù)量較小，研究?jī)?nèi)容具有一定的局限性。對(duì)于地區(qū)以及學(xué)校的不同，教學(xué)條件、師資力量、學(xué)生的綜合水平等都存在差異，本研究的實(shí)驗(yàn)教學(xué)試點(diǎn)只有一個(gè)學(xué)校，學(xué)校整體綜合實(shí)力平均處在南寧市各的中高水平。因而本研究所設(shè)計(jì)出的課程模式缺乏普適性。為進(jìn)一步檢驗(yàn)課程設(shè)計(jì)模式的有效性，理應(yīng)增加實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，選取不同地區(qū)的學(xué)校、不同年級(jí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)多樣化，可以對(duì)整合后的課程內(nèi)容，加入一些競(jìng)賽活動(dòng)或游戲，能夠更好地豐富教學(xué)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，后續(xù)需要不斷加強(qiáng)與改進(jìn)。

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Science Curriculum Design and Practice Integrated into STEAM Education

This study mainly discusses the design and practice of integrating STEAM education into science curriculum. Based on the principles of curriculum design, this paper constructs a science curriculum design mode integrated into STEAM education, reconstructs the curriculum content, and takes the iterative creative learning activity caseas an example to carry out curriculum design, experimental activity design, curriculum implementation, reflection and prospect.

STEAM education; science courses; curriculum design

G712

A

1008-1151(2022)08-0169-04

2022-04-15

范文陽(yáng)（1991－），廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，區(qū)中級(jí)雙師，從事課程設(shè)計(jì)、信息化教學(xué)相關(guān)研究。

劉芳（1975－），廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木建筑工程學(xué)院教授，從事BIM技術(shù)、教育教學(xué)相關(guān)研究。