迭代設計在STEAM課程當中的作用研究

◇杜 瑩

STEAM教育將科學、技術、工程、數學和藝術等整合在一起，強調對知識的應用和對學科之間關系的關注。促進各學段STEAM教育目標和內容的有效銜接，打通學生成長關節，疏通學生學習渠道，融通學生學習內容。在STEAM教育中，學生需要不斷地評估自身的興趣點、經驗和才能，通過基于現實的項目，在深度和廣度上應用跨學科的知識和技能。

一、研究背景

近幾年，STEAM教育正在我國快速興起，學校、科研院所、社會機構、企業公司等共同發力，推動了STEAM教育實踐、理論和政策的發展。各學校積極探索STEAM教育推進方式，開展中小學STEAM課程體系、專用空間、評價方式等方面的嘗試。

二、課例分析：《制作污水處理器》的設計與實踐

水是地球上分布最廣泛的一種物質，它存在于大氣和地殼中，是動植物生命體的重要組成部分。水是人類維系生命的營養素，它與陽光、空氣一樣是生命之源，是人類賴以生存的資源。本主題來源于《義務教育小學科學課程標準》中地球與宇宙科學領域的兩個核心概念和技術與工程領域的兩個核心概念，通過設置模擬降雨、制作雨量器、自制污水處理器三個主題任務，在實驗探究的基礎上，描述霧、雨、雪、露、霜、雹等天氣現象形成的原因，知道地球上的水在陸地、海洋及大氣之間處于不間斷的循環之中。

（一）本項目設定的具體教學目標設定

1.通過制作污水處理器，能夠了解材料特性，結合設計思維，用圖示方式明確表達自己的設計與想法，培養團隊合作意識和與人溝通的能力。

2.通過裝置測試活動，能夠在測試中檢驗污水處理器的可行性，在測試之后進行迭代設計，了解材料特性的同時，更換材料順序，體驗探究的樂趣與迭代設計之后帶來的成就感。

3.通過展示分享污水處理器，能夠在探究過程中反思和改進自己的設計，培養學生勇于探究、不怕失敗的科學精神。

（二）本項目的重點難點

針對教學目標，本項目的重難點分別為：

重點：1.探究影響過濾效果的重要因素。2.知道核算成本，合理選擇制作污水處理器的材料。3.能夠根據材料的特征進行污水處理器的設計與制作。

難點：1.了解材料與排列順序會影響污水處理器的凈水效果。2.合理選擇材料并創造性地應用于設計與制作。

（三）教學準備

1.教學環境。為學生提供小組合作式實驗室。

2.教學用具。在教具方面，用到的主要有電子書包、交互大屏；在學具方面，學生主要用到紗布、棉花、牛皮紙等多種制作材料。

（四）教學流程

1.發布項目

根據教學要求，教師自然、水到渠成地引入新課，揭示課題。創設問題情境，激起學生的探究欲望，又能引起學生對污水處理器的關心，起到“聚焦”作用。

2.設計與選材

為使探究活動呈現出趣味性、綜合性和實用性，寓教于實際工程項目的設計、制作中，我們將材料分為基礎材料（每組7元固定有安全剪刀、膠帶、棉花、吸管和筷子等）；補充材料（每組3元可用于選擇購買，有泡沫板、海綿塊、塑料袋、繩子、紙杯、筷子、吸管、皮筋等）。

3.實踐與測試

①組員分工。明確角色任務與共同任務，發揮特長從而培養責任意識、增強生生互動、提高合作能力。

②勾選材料。學生在設計污水處理器時需要考慮可利用的條件和制約因素，計算成本，從而真正體驗工程師的思維過程。

③繪設計圖。設計圖不僅是學生將設計想法輸出的一種常用方式，也是工程實踐的重要參考。

④小組合作按照設計圖紙制作污水處理器。

4.分享與迭代設計

首先組織小組內討論，然后再進行全班分享。引導學生實現獨立思考、獨立總結的過程。教師需要通過做到迭代設計鼓勵學生大膽提出自己的想法和建議，在迭代設計環節，學生受到了其他組員的啟發，對自己的作品有了新的思考，再次設計時，不僅是結構，還有材料都將進行改變。

5.拓展

這個環節內，教師提供了最先進的污水處理方式閱讀資料給學生，從另一層面給學生的迭代設計提供思路，同時，給了學生新的思路，污水處理器，不僅可以利用各種材料的疊加，還可以通過發明新的材料進行制作，為學生樹立了創造并改變世界的價值觀。

三、課程分析

該項目研究內容充分體現了小學科學標準中三年級學段技術與工程領域的教學目標要求，從材料特性和工程特點，學會識別、選擇、合理運用材料以及從經濟效益考慮工程設計，而這是組織學生技術與工程領域學習的重要方式。

四、結語

學生往往習慣了尋找正確答案的思維模式，通過創意活動這種沒有唯一的解決方案的形式，可以釋放學生的想象力、創造力和發散性思維能力，幫助學生認識到在現實活動中解決真實問題的思維方式和在學校中有什么不同，往往沒有唯一的答案，只有較優的解決方案，需要跳出固有框架思考，發散思維尋找方法，并不斷進行反思。在尋找方法的道路上，一次又一次的改進與嘗試，在結合了自己思考與他人建議的基礎上，不斷進行設計與實踐的迭代，在嘗試中收獲驚喜，在迭代中發散思維，這就是項目式學習的魅力所在。