小学科学stem：着眼关键要互的steam项目设计策略.docx

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1、着眼关键要素的STEAM工程设计策略【摘要】当前，很多基层学校、社会教育机构均热衷于开发STEAM工程， 开发的途径多种多样，形成的成果也良莠不齐。怎样才能设计高品质的STEAM 工程呢？笔者认为，着眼STEAM教育的关键要素，是设计STEAM工程的要点。 源于儿童的真实生活、全程关注整合与创新、建立多层次合作学习模式、活动指 向形成物化产品、评价贯穿全程并具引领性，本文着眼这五大要素，提出STEAM 工程的设计策略。【关键词】STEAM工程 设计策略STEAM教育涵盖“科学、技术、工程、艺术、数学”五大领域，并因“融合” 而产生比分科教学更强大的功能，在当前课程改革中引起广泛的关注。笔者也尝

2、 试结合自己的教学实践，设计STEAM工程，进行教学革新。期间，遇到不少困 惑、也走了很多弯路，回顾教学实践历程，笔者认为，只有抓住STEAM教育的 关键要素，才能在设计STEAM工程时始终保持其优于分科教学的特质，防止“选 题不当造成学习驱动力缺乏”、“设计与制作脱节”、“学习模式僵化导致交互性不 够”、“工程各版块比重失调”、“评价不力”等各种问题。下面将以笔者重构教科 版小学科学六年级下册铁生锈了、控制铁生锈的速度两课，设计的STEAM 工程“设计和制作时间胶囊”为例，阐述如何着眼关键要素，进行STEAM工程设计。课外学习活动长时探究：铁生锈 和什么因素有关采购材料准备物品产品测试：埋藏

3、2个月选题改进时间胶囊制作评议STEAM工程：设计和制作时间胶囊一、源于儿童的真实生活STEAM教育强调贴近真实的生活，在进行工程设计之初，选题务必关注这一 关键要素。需要进一步思考的是，我们的STEAM工程是为儿童的学习而设计的， 因此，所选择的素材不仅要源于真实生活，还要从真实生活中以儿童的视角进行 筛选，兼顾素材的科技性和趣味性。原教材中，铁生锈了和控制铁生锈的速度，着眼点在于“生活中铁制 品容易生锈，产生大量的资源损耗”，这并非儿童日常生活中所关注的热点，过 于成人化。笔者筛选了大量生活素材，发现“时间胶囊”这个主题更具趣味性， 更容易激发孩子的学习兴趣。由此，形成了 “设计和制作一个

4、时间胶囊，把能反 映自己当下学习生活的物品封存起来，待20年后返校开启”的工程任务。为关 联“探究铁生锈的因素”，本工程设定用铁盒子为原材料制作时间胶囊。实践证 明，在整个工程活动中，“时间胶囊”成为学生开展学习活动的内核，促生了强 大的学习内驱力。案例1:主动探索核心知识影响铁生锈的因素第1课时，认识时间胶囊后，教师出示制作时间胶囊的原材料：一个铁盒子。 通过分析铁制品的优缺点，学生认识到要让“铁盒子”成为合格的时间胶囊，必 须解决其“容易生锈”这个问题。影响铁生锈的因素是什么呢？这个核心问题自 然而然地出现在学生面前，我们把它确定为第一阶段的探究任务。在这个阶段， 学生经历了 “提出问题T

5、猜测T实验设计T家庭实验T成果共享-得出结论”的 完整探究过程。有异于常规课程，在这轮闭环学习中，学生不是为了完成老师布 置的任务开展被动学习，而是把对这一核心问题的探索作为工程实施的推进环节。 于是，我欣喜地看到，学生以高度的热情参与了探究全过程，课外长时实验的完 成度较常规课程有了大幅提升。在工程推进的过程中，应用核心知识设计时间胶囊，把“控制铁生锈的速度” 这一内容包裹在有趣的工程活动外衣中；制作时间胶囊，让学生有机会动手实践 自己防止铁生锈的设计；测试时间胶囊，更是让学生亲历反复验证的全过程。围 绕时间胶囊，使“铁生锈”主题学习的深度和广度均得到拓展。我们在选择STEAM 工程的主题时

6、，应当站在儿童的视角，寻找他们感兴趣的生活素材。二、全程关注融合与创新融合与创新，是STEAM教育最突出的特质。有机地融合科学、技术、工程、 艺术、数学五大元素，在工程学习的过程中按需开展相关学习，能让学生更好地 体会如何运用知识解决生活问题。这种应用性学习并不是割裂的、孤立的、生硬 的，而是随着工程的推进，自然而然地发生的。可以根据工程学习的需要，灵活 安排单个领域的学习活动或综合性的学习活动。只有这样，学生才能真切地感受 到学习和生活的密切相关性，从而更明确学习的目的，激发学习的热情。同时, STEAM工程的设计应该具开放性，有明确的方向，但没有固定的答案。既要关注 科学探究的严谨性，又要

7、力图减少学习的框架和束缚，从而促使学生在工程学习 中迸发无穷的创新力。案例2:单独领域学习活动设计严谨、科学的比照实验方案第1课时，在聚焦设计“时间胶囊”的技术核心问题后，学生需要探索影响 铁生锈的因素，实验的设计需要借助科学学习中的比照实验法。以下是学生讨论 形成的实验方案：问题实验方法只有水铁会生锈吗实验组：把铁钉放入“只有水没有空气”的环境。（让水保持沸 腾状态一段时间，能较好地去除原来溶解在水中的空气，为了防 止冷却后外界的空气再进入水中，在水面上盖一层油。）对照组：把铁钉放入“无水无空气”的环境。完全浸入油中。只有空气铁会生锈吗实验组：把铁钉放入“只有空气没有水的环境。（在密闭容器中

8、投放干燥剂。）对照组：把铁钉放入“无水无空气”的环境。完全浸入油中。水和空气的共 同作用是否会 让铁生锈实验组：把铁钉放入“有水又有空气”的环境。（让半枚铁钉浸入水中）对照组：把铁钉放入“无水无空气”的环境。完全浸入油中。盐对铁生锈有什么作用实验组：让半枚铁钉浸入盐水中。对照组：让半枚铁钉浸入清水中。相同条件：都处于有充足的水和空气的环境。本阶段，课内的实验设计及课外的长时探究，主要发生在科学学习领域。案例3:综合性学习活动设计时间胶囊第2课时，学生在探明“影响铁生锈的因素”后，开始思考如何“隔断空气 或水”，从而减慢铁生锈的速度。这个活动，需要科学知识的应用、寻找合适的 材料改造铁盒子的技术

9、、评估小组成员实施改造方案的工程能力、必要的尺寸和 材料用量的计算、时间胶囊成品的外观设计等，是一个综合性的活动。学生的小组设计在“时间胶囊设计单”的引导下进行。设计单提出设计要点和备选材料，既考虑学生的能力，指明设计的方向，提供设计的脚手架；又具有多种选择，具有较强的开放性。学生着重从材料功能和材料本钱两个方面进行材料选择，以图文结合的方式设计时间胶囊。时间胶囊设计单.可选材料一喷漆300mh干爆剂，1袋2保鲜膜1卷一防腐 木油13泡沫箱1个Q真空袋，1个2抽气泵1个2姊14g，透明胶1卷一凡士林1瓶单价（元）IOp2p5c203c8我们选一 的材料（打/） Fpppo用途一本钱合计2.我们

10、对铁盒子的改造方法（可图文结合解6一、设计要点隔离水、隔离空气、（隔离盐）。二、我们的方弟1.选择材料（不超过2种）由于核心概念清晰、设计要素明确，学生在小组设计时，能较好地把握设计 方向，高效地完成“时间胶囊”设计单。不同小组设计的时间胶囊形式多样，较 好地表达了融合与创新。三、建立多层次合作学习模式“良好的协作能力”是21世纪人才的核心素养之一，作为培养21世纪创 新人才的STEAM教育，合作学习是其基本的学习模式。在设计STEAM工程时, 必须要从学习内容的选择、学习方式确实定等方面促使多层次合作学习模式的生成。适当的应用翻转课堂、移动终段、线上学习等新型教学手段，将使STEAM 学习具

11、备更大的交互性，更加灵活和高效。案例4:翻转课堂分组开展长时探究时间胶囊工程的一个明显特点是翻转课堂，将学习的时间和空间进行了延展 和拓宽。课内集中学习之外，课外学习活动占据了更大的比重。第1课时，课堂 上确定实验方案以后，学生分组进行课外长时实验，每日观察和记录（文字和照 片相结合），完成实验报告。按以往的经验，课外长时实验的完成度是不高的， 但是，7天以后，我出乎意料地收到了很多学生发来的实验报告，一一检视了他 们的报告后，完成质量都不错。仅管还存在误用了外层有保护膜的铁钉、水煮沸 时间不够长等问题，我通过邮件回复的方法给学生以提示，并要求他们再试一次。 又一个7天后，所有的孩子都提交了重

12、新实验的高质量实验报告。案例5:移动终端应用研究成果提供会由于每个孩子只探究了 “影响铁生锈因素”由于每个孩子只探究了 “影响铁生锈因素”的一个方面，对单个的个体来说，他们自己的实验探究和结论还不够全面，缺乏以支持得出科学的实验结论。因此，我们需要进行长期实验探究成果的提供。第2课时，召开实验报告提供会，为了使信息共享的参与度更高、探究学习更有针对性，我把“移动终端”引入了课堂，使用电子书包功能，组织了别样的实验报告提供会。Pad是孩子们十分喜欢 和熟悉的电子产品，电子资料支持点开图片、放大细节，使资料的读取更加灵活 深入。在静心阅读的过程中，孩子们把自己观察到的实验现象、得出的实验结论， 和

13、同伴的实验报告进行比对。在交流中，学生不仅关注指向核心概念的科学结论， 更关注同伴提供的证据是否充分，甚至出现了关于“实验报告的特写镜头应该怎 么拍”这样的技术应用讨论。可见，本次“研究成果提供会”已经成功地化单一 指向知识目标的活动为指向多元目标的活动，比拟深入地融合了个人探究的成果, 保障了合作学习的有效性。合作学习还发生在时间胶囊的设计、采购材料、制作、测试的全过程，这很 大程度取决于活动靠个人力量较难完成，需要博取众长，集合小组成员的力量,形成集体智慧。设计有一定难度的活动，也是促进合作学习的有效途径。四、活动指向形成物化产品形成物化产品是保障STEAM教育不仅要动脑想、还要动手做的关

14、键要素， 能有效地促进学生综合能力的开展。如果不重视“形成物化产品，STEAM工程 必然呈现虎头蛇尾的状态，容易出现前期的设计局部占比过大，后期的制作局部 占比过小的问题。案例6:成果物化时间胶囊的制作和展示第2课时之后，是时间胶囊的制作和展示环节。 这是原教材中没有的内容，然而，对“时间胶囊” 工程来说，从此时起，才到达了工程活动的高潮。 孩子们根据自己的设计单，小组合作，自主采购材 料。通过动手制作，把设想变为现实。在此过程中， 他们意识到设计和产品之间，还有着一条困难重重 的鸿沟。喷漆不均匀、密封袋气密性不够、缠透明 胶十分麻烦通过这些具体问题的解决，制作出物化产品，学生才真正体验到 前

15、2课时实验和设计的价值和意义之所在。通过成品的展示和评议，能促进学生 对自己制作的时间胶囊进行进一步的思考。案例7:产品迭代时间胶囊的测试和改进时间胶囊是将要埋藏20年，待学生返校之日再次开启的。学生制作的产品 是否和设想及评议的一致，防锈能力是否到达预期？这需要进行一次预测。于是, 第3课时之后，我们把时间胶囊埋进土中，期末，也就是2个月后，把时间胶囊 取出。第4、5课时，观察时间胶囊的实际状况，并进行再次评议和改进。这样 的安排，是符合产品开发和制作的实际流程的，任何新产品的开发，都会经历迭 代的过程。这时的改进，将使学生在思维的品质上出现一次跃升。五、评价贯穿全程并具引领性在STEAM教

16、育中，通过适切的过程性评价全程引领学生的学习，又是一大 关键要素。在传统教学中，过程性评价往往具有隐性特质，更多地发生在教师观 察、口头点评等，较大地依赖于教师的评价意识和评价能力。STEAM教育中，力 图开发更加科学的、显性的过程评价工具，既要便于教师操作，又要便于学生开 展自我评价和同伴互评。在设计STEAM工程时，结合具体内容，运用各类评价 量表，是较为有效的评价改革途径。案例8:引领成果提供研究成果提供评价单在组织学生使用电子书包进行长时探究成果提供时，为了让学生能在海量信 息中迅速抓取主要内容，学习从不同的视角进行思考和辨析，提升学生的信息素在评价单的引领下，学生除了关注实验结论外，

17、将通过对“实验方法的科学 性”、“实验记录的图文匹配度”和“实验现象与结论的匹配度”的辨析，判断信 息是否可靠。通过自主评价和同伴互评，既达成汇总和比拟信息，得出实验结论 的目标，又能帮助学生形成证据意识，提升其信息抓取和甄别能力。案例9:引领产品设计时间胶囊设计评价表在时间胶囊设计单中，我设置了评价量表，引导学生在完成小组设计后，从 “防锈能力”、“密封性能”、“制作可行性”、“制作本钱”四个方面对设计进行自 评，再次强调产品设计要素，便于学生在全班交流前自我修正小组设计。在全班评议设计单时，评价量表继续发挥引领作用，使得全班交流更有针对性，能集中 火力解决产品设计的核心问题。“设计和制作时

18、间胶囊”工程，基于科学教材，着眼关键要素，在师生的密 切配合下，演化生成为一个完整的STEAM工程。这个工程从提出到完成，整整 经历了3个多月，给所有参与工程的学生留下了深刻的印象。笔者也在此工程中 获得较多启发，整理以上五大关键要素，以期为STEAM工程设计提供可行的策 略。参考文献：1 Margaret Honey （美）,David E.Kanter （美）主编;赵中建,张悦颖主译.设计制 作游戏:培养下一代STEM创新者M.上海:上海科技教育出版社，2015.12（2016.11重印）2美国STEM整合教育委员会.K-12年级STEM整合教育：现状、前景和研究议程M. 美国.美国国家科学院出版社，20143陆颖.PBL-STEAM:源自实践第一线的报告M,杭州：浙江教育出版社，2018.44赵军，陆启威,学科融合不是简单的跨学科教育一一学科融合教育的实践和思考J. 江苏教育研究.2016 （31）： 32-345李楠.体验融合课程感受真实学习一一“融合课程与真实性学习”分会场掠影J. 河南教育基教版.2019 （12）： 18-196 R.基思嗦耶主编；徐晓东等译,剑桥学习科学手册M.北京：教育科学出版社,2010.4（2017.4 重印）