走進基于科學素養的STEAM教育

高方銀

如何開展STEAM教育？

STEAM教育以項目（PBL）為引領，是基于真實世界的問題導向和實踐體驗，是透過科學、技術、工程、藝術與數學的跨學科課程統整及跨學科融合、拓展和延伸，是對傳統分科教育模式的一種挑戰和有益補充。基于科學素養的STEAM教育，需要在注重支架設計、探究實踐、深度學習和迭代提升基礎上，遵循基于建構主義的“五環”教學模式。

1.問題引入

教師設計并提供有問題導向、有探究意義、可手腦并用的探究活動;學生針對教師提出的問題、提供的實物、創設的情境或呈現的現象進行思考，形成認知沖突和激發探究欲望。

2.實踐探究

學生進行基于個人自主或小組合作的實踐探究，包括設計方案、動手操作、觀察現象、建立關聯、識別變量和概括規律;教師進行觀察、聆聽、敦促、指導、鼓勵，適時糾正尤其是存在安全隱患的操作規程，必要時還可通過問題或建議的形式給予引導性提示，但切忌直接告知學生答案。

3.解釋問題

首先是學生用簡潔的語言陳述探究過程和分享探究結果，形成初步解釋;其次是教師揭示科學概念（或原理），可以是語言講授，也可以借助多媒體手段呈現，讓概念（或原理）明確化，更容易理解。同時還要注重在學生新舊經歷、新舊知識之間建立聯系。

4.內化遷移

教師再次為學生提供寬泛的時間和空間，提出進階的問題和任務;學生在已獲得新知識、新技能的基礎上，進一步嘗試去解釋新現象或解決新問題，實現讓學生在進一步的交流討論和實踐探究中，加深對新知識的內化和新問題的思考。這個環節特別強調“任務”的系統性和綜合性、“作品”的完整性與實用性，還應注意引導學生對相應概念、過程和方法進行進一步歸納總結，使其從術語到內涵全方位地認知理解。

5.評價升華

教師基于特定評價指標，通過學生“作品展示”等形式，去觀察、評測和追蹤學生應用新概念（或原理）解釋問題、運用新方法（或新方式）解決問題的效能，再輔以封閉式與開放式相結合的延伸性問題，進一步拓展探究活動，拓寬探究范圍和升華探究內容。

基于初中物理知識的STEAM教育課例設計

1.項目名稱

制作載人（泥人）鋁箔紙小帆船。

2.設計時間

2020年4月。

3.項目任務

①觀察鋁箔“紙船”與鋁箔“紙團”在水中的沉與浮現象。

②折疊鋁箔紙船。

③設計制作載人（泥人）鋁箔紙小帆船。

④鞏固學習和拓展應用阿基米德原理等浮力知識。

4.學情分析

課例針對初中學生，他們具有強烈的好奇心和探究欲望，具有小學科學“浮與沉”知識基礎和紙船折疊實踐基礎，具有一定的觀察、思考、創意和創造能力。

5.學科銜接

初中物理——浮力。

6.活動目標

（1）科學

①觀察鋁箔“紙船”與鋁箔“紙團”在水中的沉與浮現象。

②阿基米德原理等浮力知識的實踐應用。

（2）技術

①設計（手工或電腦繪制）架構（尺寸）合適的小帆船。

②制作載人（泥人）小帆船。

（3）工程

①綜合設計（手工或電腦繪制）小帆船（船體、帆、槳、泥人）。

②選用鋁箔紙、橡皮泥、小木棒等材料制作載人（泥人）小帆船。

（4）藝術

①捏制形體逼真的小泥人。

②制作架構協調、結構美觀、平穩漂浮的小帆船。

（5）數學

①捏制體重適當的小泥人。

②制作尺度合理、比例協調、裁量適中和形體精致的載人（泥人）小帆船。

7.器材準備

鋁箔紙、橡皮泥、小木棍、小水盆、水。

8.課時計劃

3課時。

9.項目實施

（1）問題引入

①教師活動

提出問題：將鋁箔紙制作成“船”放進水里，可否浮在水面上？將鋁箔紙揉捏成“團”放進水里，可否浮在水面上？

②學生活動

思考討論，形成認知沖突（自主+合作）：鋁箔紙制作成“船”放進水里，能浮在水面上？鋁箔紙揉捏成“團”放進水里，能浮在水面上？

（2）實踐探究

①教師活動

觀察、敦促和適時指導：將鋁箔紙折疊成“船”放進水里;將鋁箔紙揉捏成“團”放進水里。

②學生活動

實踐探究，初步驗證（自主+合作）：將鋁箔紙折疊成“船”放進水里;將鋁箔紙揉捏成“團”放進水里。

（3）解釋問題

①教師活動

揭示問題：阿基米德原理，即浸在靜止流體（液體或氣體）里的物體受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被該物體排開的液體的重力。

②學生活動

形成概念，交流分享（自主+合作）：鋁箔“紙船”有一個充滿空氣的空間，浮力大于或等于自身重量，會浮在水面上;鋁箔“紙團”只有一個小的表面，浮力小于自身重量，會沉入水底。

（4）遷移內化

①教師活動

布置、觀察和指導新任務：綜合利用鋁箔紙、橡皮泥、小木棒仿制一艘載人（泥人）小帆船;將制作的載人（泥人）小帆船放入水里試航。

②學生活動

實踐拓展，遷移內化（自主+合作）：綜合設計一艘載人（泥人）小帆船（船體、帆、槳、泥人等）;依據設計并利用教師提供的材料制作一艘載人（泥人）小帆船;將制作的載人（泥人）小帆船放入水里試航。

（5）評價升華

①教師活動

評價作品、升華問題和拓展學習：點評學生們完成的作品;升華知識——排水量：通常指船舶裝滿貨物時排開的水的質量;引領學生上網查詢“中國第一艘航空母艦”及其相關信息。

②學生活動

交流分享、拓展知識（自主+合作）：自主推介、小組互評作品;形成新知——排水量（通常指船舶裝滿貨物時排開的水的質量）;拓展新知——排水量（輕載排水量、標準排水量、正常排水量、滿載排水量、超載排水量）;了解中國第一艘航空母艦及其相關信息，增強愛國情懷。

STEAM教育的路徑探究

1.基于生活化的STEAM教育

STEAM教育源于自然科學又必然融入生活實際。例如，當學生向空中拋投皮球時，教師可以順勢與之聊聊重力問題;當孩子分切生日蛋糕時，家長和孩子可以討論一下分數或百分比;農村孩子在田間地頭協助家人耕作時，家長可就鐮刀、鋤頭、犁鏵等涉及的杠桿原理與孩子們進行交流……努力讓STEAM教育生活化。

2.基于好奇心的STEAM教育

STEAM教育的期望不是考試成績的提升，而是好奇、興趣的保持和態度、能力的培養。孩子們的好奇心與生俱來，STEAM課程的問題性、探究性，無疑會更加激發他們的好奇心。質疑的意識、求證的欲望、探究的行為，也定然是STEAM課程的內驅動力。當學生停留在淺層次問題提出時，教師要適時引導他們廣泛查閱資料，鼓勵他們思考多個可能的解決方案和提出開放式問題，并注重方案或問題的關聯性、連續性和進階性。

3.基于新課標的STEAM教育

2017版《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》強調“學生綜合運用各學科知識，認識、分析和解決現實問題”;2017版普通高中物理、化學、生物、信息技術等學科課程標準，也均在強調科學思維、科學態度、科學精神、科學探究和創新實踐。因此，STEAM教育就是要基于新課標和落腳新課標，努力將培育積極的人生態度、價值取向、創新意識和關鍵能力進行有機整合，著力學生高階思維強化和學生綜合素質提升。

4.基于新技術的STEAM教育

組織學生觀看科技類視頻節目（包括節目本身的技術性及觀看節目的媒體技術），然后展開問題性討論;通過創意編程、開源電子設計、3D作品創作及智能機器人組裝，讓學生在“看中思”和在“做中學”，著力學生識別新技術、開發新技術和運用新技術的STEAM思維培養。但忌諱將STEAM課程開設為“能工巧匠”的培訓，也無須追求精雕細琢的完美作品，要讓學生在探究實踐中獲得體驗、習得知識、掌握技能和滲透情感，最終培養“全面發展的人”。

5.基于真實場景的STEAM教育

作為提升國民科學素養、培養拔尖創新人才的STEAM教育，學習場景的真實、創新元素的多元至關重要。例如，搭建科學探究實驗室或提供科學實踐活動園，精心組織STEAM夏令營、科技活動周或置身職業場所，讓學生在真實場景中廣泛實踐。與此同時，還要鼓勵學生提出自己的真實想法，促使他們不斷修正和改進方案，實現更深層次的理解。

6.基于真結論的STEAM教育

在現實的STEAM教學中，教師為了順利完成教學任務，常常出現拼湊數據、估測結論等不計虛實行為，想方設法都要弄出一個“標準答案”。這種缺少科學意識的STEAM教育，會成為阻礙創新人才培養的絆腳石。真結論不等于“標準答案”，科學探究不等于“驗證實驗”。STEAM教學的關注點要從標準答案轉向基于證據和推理的科學理性，要鼓勵學生提出自己的真實想法，讓不同觀點發生真實碰撞，努力把問題變成引發高質量探究的啟動器，為學生將來參與科學研究和社會生活奠定堅實的基礎。

7.基于工程師的STEAM教育

讓學生們勇于提問，勇于思考解決問題的措施，讓學生們敢于創新，敢于直面新問題的挑戰。現實中的問題常常可以有多種解決方案，尋找最優解決方案和不斷改進器具模型的過程，即創新能力、批判性思維能力、解決問題能力和決策能力培養的過程，這就是所說的像工程師一樣思考問題、解決問題和完成項目。

結束語

創新源自創意，創意來自創造。注重實踐和跨學科融合的STEAM教育，必將在未來的教學中展現出獨特的魅力，定能為師生的融合創新和協同發展激發新活力，注入新動力。＼

作者簡介：高方銀，信息技術正高級教師、特級教師，研究方向為中小學信息技術教育、現代教育技術及信息化教學。

基金項目：本文系國家出版融合重點實驗室、人教數字教育研究院規劃課題“邊遠地區區域性中小學教師信息化教學行為的研究”（課題編號：RJA0420003）研究成果。