借鑒設計型學習模型設計STEAM教學活動

◇賀瑞盈 鐘 媚 畢榮娟 王浩欽（廣東：佛山科學技術學院）

一、引言

隨著信息時代的到來，我國的經濟、文化事業正朝數字化方向轉型，對技術和人才的要求都提高了。為了從根本上解決人才供應的問題，國家高度重視基礎教育階段對學生科學素養和創新思維的培養。2017年2月，教育部頒發了修訂版《義務教育小學科學課程標準》，首次以科學課為依托，提出STEM教育的標準。2022年，教育部頒發新版《義務教育科學課程標準》（以下簡稱《課標》），指出義務教育科學課程是一門體現科學本質的綜合性基礎課程，具有實踐性。

STEAM課程以系統視角來統籌科學、技術、工程、藝術和數學五個學科，主張教學要在真實情境中開展。這與《課標》提出的發展學生學習、思維、實踐和創新能力的目標高度契合。

二、項目源起

目前，越來越多的中小學校已將STEAM課程納入體系，各級學校紛紛在原有課程基礎上進行嘗試和優化。但在實踐過程中，STEAM課程開發還存在困境，如課程類型方面，我國一直以分科課程為主，教師進行課程整合時缺乏經驗，使得知識結構碎片化或缺乏邏輯；課程實施方面，學生多以被動接受知識為主，興趣和實踐在一定程度上被忽略；課程組織方面，一線教師往往止步于項目式教學的形式，卻困惑于教學活動設計的具體步驟。

本文依托小學科學學科，設計了一個“箏舞童年，放飛夢想”的跨學科主題學習活動。那么，如何在STEAM理念的引領下，重構課堂形式，重組跨學科知識要點，促進學生科學思維和實踐能力的發展，就成為亟待解決的關鍵問題。

結合研究與實踐，筆者認為可以立足STEAM理念，基于DBL理論，依托小學科學課，利用現代化技術手段來設計一個小學科學高年級STEAM教學活動流程來解決上述問題。

STEAM教育打破學科壁壘，融合多學科知識，將培養學生創新能力、發散思維貫穿于整個學習過程中。“設計型學習（DBL）”作為實現STEAM教育理念的一種有效模式，可以在STEAM教學開展過程中為學生發現并解決問題提供思考維度和提供實踐的機會。

可以說，設計型學習融合繼承了傳統的探究式學習和項目式學習的可行之處，又在此基礎上發揚了自己的特色，更加凸顯教育過程的“動態性”和“工程性”，強調內容的“綜合性”和“生成性”，體現了作品的“迭代性”和“實踐性”，實現了培養思維的“創造性”和“發散性”。

三、基于DBL的STEAM教學活動設計模式

本文選用美國密歇根州立大學教育學院福特尤斯（tortusD.）和德爾希曼（DershimerR.C.）聯合開發的“基于設計的科學學習循環模型”為參考。該模型按照五個相互關聯的環節組織實施，以“識別和定義境脈”為起點，圍繞作品的生成展開，重視學習過程的體驗性和參與性。

該模型指導的學習活動突出“循環迭代性”，在實際的學習過程中，學生根據具體需求和目標，有所選擇地跳轉到所需環節，并不是要循規蹈矩地按著箭頭所指的方向順序完成每一個環節。這種“自主環節選擇”更符合學生個性化的學習，有利于學生靈感的迸發和創造性思維的顯現，其關注學生的科學探究和推理能力，強調通過現實產品的迭代和反饋實現學生推理過程具體化和產品完善化，以此培養學生解決問題和設計的能力。

在對STEAM教學內容加以研析，并深入理解設計型學習內涵的基礎上，筆者設計基于DBL的小學STEAM課程教學活動框架，從教學內容設計到教師的教學，再到學生的學習，最后內化為學生思維能力、學習能力、實踐能力、合作能力、創新能力的培養的邏輯順序依次展開。

基于DBL的小學STEAM教學活動框架的內核是STEAM理念，以此為圓心展開，突出不同學科交融的特征。由圓心向外擴展的第一層是參考的DBL模型；第二、三層分別具體明確了以教師為主導的教的流程和以學生為主體學的流程；第四層是目標層，是活動所期望培養的學生的能力。

四、基于DBL的STEAM教學活動設計

考慮到設計型學習和3D打印對學生基礎知識和能力有一定的要求，故本活動建議面向五六年級學生開展。本部分以基于DBL的STEAM學的活動流程為參照，進行具體的以“箏舞藍天，繽紛童年——自制簡易風箏”為主題的教學活動設計。以下具體闡述每一環節體現的STEAM理念和教學流程。

（一）設計理念

STEAM的跨學科融合性是將相關聯的學科知識進行統籌，打破學科之間的界限，將知識進行水平聯結。在教學內容方面，從小學科學出發，并就現實需要補充以其他門類方面，用英文首字母作代號，呈現具體學習點。

“箏舞藍天，繽紛童年——自制簡易風箏”教學活動突破以往傳統的教學方式，開展基于DBL的STEAM課程學的流程的教學活動。活動整合了“傳統文化”“科學探究”與“技術與工程”模塊，是跨學科知識的綜合應用。

基于DBL的STEAM理念下教學活動的科學課“自制簡易風箏”學習目標如下。

S（科學）：風箏可以順利飛上藍天，需要運用空氣動力學的知識原理；3D打印中的設計、建模風箏零部件等基礎知識。這些都屬于科學領域。

T（技術）：利用3D打印技術打印風箏零部件，以及風箏的組合搭建及固定等。

E（工程）：整個流程需要學生從構思設計、不斷迭代，直至成果落地親自完成，有助于鍛煉和體現學生的工程統整能力。

A（藝術）：風箏面的圖案是豐富多彩的，可以培養學生的審美意識，使風箏兼具實用性和美觀性。

M（數學）：圖形，風箏面和各零部件平面圖；角度，風箏提線的角度需要學生操作控制。

C（文化理解與傳承素養）：風箏又叫紙鳶、鷂子，歷史悠久，是中國古代勞動人民智慧的結晶。

（二）教學活動的設計與實施

DBL中教的流程面向教師，主要是指導教師在活動中的行為，但本文選用的模型在教師層面的關注度較低，存在一定的不足，結合實際情況做了些許完善。

在以上的鋪墊和完善后，基于上文構建的基于DBL的STEAM的教與學的活動流程，具體展開制作簡易風箏的教學活動。

第一階段

教師:確定主題，創設情境。

學生:明確問題，分析需求。

教師先播放一個以“風箏的傳說”為主題的短片，引起學生學習興趣，然后提出“箏舞藍天，繽紛童年——制作簡易風箏”的主題社區活動。需要學生來完成風箏的制作。同時，向學生講解風箏的圖案可以寄托人們的美好愿景與情思。

從學生角度看，學生能夠嘗試以用戶（社區群眾等）的需求點出發，思考“什么樣的風箏更容易飛上天？”“需要做哪些準備？”等問題，這符合設計型學習中的核心環節“共情”。教師用真實的任務作為驅動，學生積極尋求問題的解決辦法，體驗學習的挑戰性。

在此過程中，教師要注意引導學生明確需要解決的問題及解決問題的方向，并配以探究記錄表和資料搜集表，突出設計型學習“隨時需要解決，隨時查找資料”的特征。

第二階段

教師：學情分析，啟發引導。

學生：頭腦風暴，設計方案。

教師提前準備需要講解的知識點或用到的工具等，并且在該環節要引導學生將上一階段所思考問題進行篩選，分析出真正需要解決的問題。特別提醒，針對小學階段的學生，教師可以遵循組間同質、組內異質的原則來分組，以確保任務的順利完成。

學生以小組探討的方式進行頭腦風暴，根據預設成果和設計理論、工具，將信息進行處理。在討論過程中，每個成員都可以隨時查找、完善已有資料。在討論過程中，學生不僅要梳理自己搜集到的資料，也要與其他同學進行觀點的碰撞、融合等，共同解決問題，協作完成風箏的初步設計方案或圖紙等。

第三階段

教師:新知講解，提供工具。

學生:小組合作，制作作品。

教師提前準備好學生可能需要的工具，并對要用到的3D打印相關知識點和設備使用方法進行全面講解，以便能掌握活動的節奏，把握提供指導的程度。教師引導學生帶著原理思考并上網查找資料解決“木棍要撐在哪里才能保證風箏的飛行？”“什么風向有助于風箏起飛？”等問題。

學生根據上一階段的初稿及教師提供的支持開始動手實操，在制作的過程中發現問題并及時主動地解決問題。例如，“當零部件打印失敗或打印出的零部件有問題時如何解決”等。并將所出現問題、初步思考以及解決方法進行記錄。經過組內的共同協作，初步完成初代風箏作品。

該階段在教學實施方面極具亮點，本課例涉及3D打印技術，通過“造物”的過程，讓學生的思維可見，讓學生的創意落地。

第四階段

教師:監督進度，提供指導。

學生:作品測試，調適修改。

教師作為活動的發起者和學生的引導者，應設置必要的思路指引，同時做好安全提示。

學生作為活動的主體，應積極參與作品的制作，更重要的是測試產品、完善產品。

第五階段

教師:組織交流，評價反饋。

學生:組間互評，迭代完善。

首先，教師要組織學生代表展示各組的風箏，包括設計思路以及講明解決問題的過程，最重要的是組織風箏的試飛活動；其次，組織學生進行交流，探討問題的解決辦法或還沒解決的問題等；最后，教師下發評價量表，組織學生進行互評和自評。

該環節，學生進行交流并完成評價表。但這并不是活動的結束，而是在各小組討論后，根據實際情況面對新產生的挑戰，然后再次進入本組風箏的優化、測試階段，解決細節問題，以期展示日到來之際放飛風箏活動。

五、結語

在設計型理論的支持下，創新小學課堂，發揮跨學科融合理念，加入3D打印技術，將學生的思維從想象轉變為立體，充分激發了學生的學習興趣，鍛煉了學生的動手能力，培養了學生的問題意識。最為重要的是，整個過程基于學生真實生活情境，將工程設計和迭代循環在學習中盡情體現。同時，關注藝術（Art）方面的培養，既強調對學生多學科交叉融合的綜合學習能力的培養和學習思維的開拓，又強調對學生人文藝術方面的熏陶。在今后的研究中，我們將進一步對課程整合和培養目標的落實進行深入探討，以期探索出更有效的培養策略。