STEAM視角下的巧克力活動課程設計

南京曉莊學院環境科學學院(211171) 陳科羽 狄萬佳 陳 凱

魔豆機器人科技(徐州)有限公司(221003) 劉 睿

1 教學設計思路分析

基于項目的問題解決正成為STEAM教育的關注熱點，STEAM的提出使得跨學科的視野得到了拓寬，并且賦予教學過程更豐富的人文性、情境性和藝術性。

STEAM教學不一定局限于某一個年級，我們面向4～5年級學生開設了一次關注巧克力的綜合實踐課，立足科學課程，運用數學工具和技術工具，聯系科普閱讀和創意寫作。選擇4～5年級的學生為主要教學對象是因為以下幾點：首先，他們已經具備了一定的算術技能、操作技能，也認識了一定量的漢字能夠進行簡單寫作，具備了完成課程任務的基本能力；其次，本課程所涉及的科學知識，也在中低年級有所涉及；此外，這個階段的孩子們思維活躍，容易將生活中具體見聞和體驗與正式課程所學聯系起來，開展一定程度的分析或推理。

巧克力是不少孩子最愛零食之一，更多人關注的只是它的美味，鮮有孩子會關注里面的STEAM元素。圍繞巧克力設計的小學STEAM學習體驗過程，可以衍生出跨學科知識和技能。一方面，選取孩子們的興趣點“投其所好”，另一方面啟發大家生活中值得思考的“點”可以如何從科學、數學、藝術文化以及工程技術不同視角進行挖掘。

STEAM教學項目的實施，不止關注知識和技能，還著眼于學生批判性和創造性思維、協作和論證能力、信息素養的培養，甚至是領導力和責任感。教學中，我們將學生分為6組，每組5名成員，分別扮演不同的角色，學生會成為安全衛生督察員、記錄官、食品營養家、物理學家和化學家。分組合作，每個學習者都應該明白自己的職責所在，需要協作學習共同探索，體驗STEAM職業樂趣。第一課時，讓學生自己研發巧克力，根據已掌握的知識嘗試設計巧克力的配比并進行實踐。在項目實施過程中，學生可以感受到物質科學的支持、食品科學的誘惑、數學工具的作用。我們使抽象的知識與工程技術相結合，發散學生的思維，讓學生動手參與到項目中，享受探索學習的過程。接下來學生將按照標準的配比進行巧克力制備，可根據個人的喜好添加果干調味，豐富口感的同時提高營養價值，并利用身邊的物品制成不同形狀的模具將巧克力液體凝結成形，以增加視覺上的藝術效果。在此過程中，以食品制作為載體，以生活為情境，實現STEAM五大領域融匯貫通。組織活動時試圖融合科學方法，第一次學生根據自己的想法所制作的巧克力為實驗組，第二次按照科學配比所制作的巧克力為標準組，讓學生將兩組巧克力的制作過程以及最終形態、味道進行對比，讓他們自己發現巧克力制作過程中所出現問題的緣由。過程中還給予學生自主想象的空間、自主創造的機會——研發新型巧克力。由于小學3年級的科學教材中，學生已經對物質的浮起與下沉有了初步的認識和理解，所以，第二課時帶領學生一起探索巧克力在水中的狀態——“上浮”還是“下沉”。學生將已制備成形巧克力為原材料進行實驗，直觀的體驗不同成分的巧克力在水中的沉浮情況。此時，學生能夠將數學能力和技術的工具滲透到科學學習中去，經歷數據記錄、對比整理，發現規律、得出結論等一系列過程，探索影響巧克力沉浮的秘密。

需要特別說明的是，本實驗活動的開展涉及數學、物質科學(包括物理、化學)、語文寫作等多門學科的融合，目的在于拓寬和延展跨學科教學的廣度和深度，多感官地調動學生的積極性。學生在學習過程中靈活應用各門學科的知識，而不只是關注學科本身。

2 教學過程

2.1 繪本閱讀

情境創設：帶領學生共讀繪本《兔先生的巧克力工廠》，并請同學思考巧克力工廠癱瘓的原因以及如何改進才能讓工廠正常運營？

設計意圖：充滿童趣的繪本以幽默的語言和精美的畫面，描繪了兔先生的巧克力工廠的運營故事。學生在歡笑中了解更多工廠生產中的常識，也得以思考巧克力工廠在故事里面臨癱瘓的原因，并積極尋求解決問題的方案。基于STEAM的理念，“協作”能力是學生學習過程中的重要素養。此繪本中兔先生的巧克力蛋工廠因為雞工人們分工不明確、產品品質衛生安全不過關等問題，導致工廠癱瘓，了解這些可以讓學生體會到團隊合作的重要性，為下面的實驗過程中學生分工合作做準備。當然，繪本以圖畫為主，通過豐富的圖畫幫助學生去理解文字和故事，也啟發學習者可以在STEAM探索中來表達自己的觀點。

2.2 跨學科閱讀

情境過渡：(出示常見的幾種巧克力的外包裝)巧克力工廠生產的這些產品能告訴大家哪些信息？

閱讀環節：給學生5～10 min時間閱讀以下材料：①巧克力包裝袋上的信息；②教師提供的可可粉、牛奶、淡奶油等在巧克力制備過程中作用的閱讀材料。

設計意圖：閱讀是學生系統獲取科學概念的重要方式，通過閱讀從文字中挖掘有效信息進行理解和自我建構。本課程中則是讓學生自行閱讀之后建構設計出巧克力配比，培養了學生獨立學習的能力。閱讀食品包裝是生活中獲取STEAM信息的常見途徑，有的學生可能會關注出產地信息，有的學生會關注營養數據，有的學生會關注配料表的內容，有的學生會欣賞精美的配圖。不論他們關注什么，教師都需要肯定并衍生出相應的評價或反饋，然后適時引導到下一過渡環節。這種閱讀的引導，既有利于學生自主意識、觀察意識的提升，又有利于養成具有STEAM特色的生活習慣。

2.3 巧克力DIY

奇思妙想：學生閱讀完后進行15 min的小組討論，要求：每組設計出自己認為可以讓巧克力成形的配比及其理由，之后每組派一個代表進行發言。每個代表發言完之后，其他組進行投票表決。教師針對方案同學生分析講解，再根據方案的合理性來通過或否決方案。方案被否決的小組再重新討論方案，直至合理為止。

教學過渡：從科學的角度來看，巧克力其實非常的神奇，是從液體變為各種各樣形狀的固體。從藝術的角度看，可以將巧克力醬倒入不同的模具，設計成不同的樣式。從食品的角度來看，巧克力美味誘人，深受歡迎。在本節課中，我們將一起完成巧克力的制備。

實驗活動：按照自己設計的原料配比制作巧克力。

實驗材料：可可粉、牛奶、淡奶油、白砂糖、臺秤、燒杯、玻璃棒、小口鍋、電磁爐、敞口容器、模具、紙巾、濕毛巾、食品級手套、食品級包裝袋。

人員安排：將30名學生分成6個小組，每個小組5位成員，各組成員分別按照自己的興趣愛好擔任物理學家、化學家、食品營養家、記錄官以及安全衛生督察員。這5個角色的任務以及所需要做的準備見表1。

表1 小組成員分工表

實驗步驟：

(1)食品營養家準備可可粉、牛奶、淡奶油、白砂糖。

(2)化學家把牛奶倒入小口鍋中，用電磁爐加熱，注意觀察測量溫度，然后把可可粉和奶油倒入均勻攪拌。所加入的牛奶、可可粉與糖的含量由學生自己所定。

(3)化學家在加熱中要不斷的攪拌直至看到液體變色變粘稠。

(4)粘稠之后讓物理學家倒入模具。

(5)冷凍成形。

(6)實驗結束，安全衛生督查員組織組員打掃衛生。

注意事項：

(1)加熱時注意安全，避免燙傷。

(2)小組內合理分工、各司其職、團結協作。

(3)加熱時注意不斷攪拌，待液體變粘稠時停止加熱。

(4)保證食品的安全、衛生。

(5)記錄官要嚴格記錄原材料的用量。

設計意圖：低年級科學課上學生已經學習了“發現物體的特征”，在了解了物質狀態及特征的知識后，借助本環節既可以加深對物體三態變化的認識，還能夠從工程視角體驗到模具對物體定型的功能。當然，在實現自己策劃和設計的過程中，也能收獲滿滿的成就感。縱然遭遇失敗，也能為STEAM學習提供鮮活的實踐反思素材。

2.4 巧克力加工廠——按照科學配比及教師要求完成制作

實驗活動：按照標準配比制作一份不添加白砂糖的巧克力和若干份添加果干和白砂糖的巧克力。

實驗材料：可可粉、牛奶、淡奶油、白砂糖、巴旦木、葡萄干、脆香米、臺秤、燒杯、玻璃棒、小口鍋、敞口容器、電磁爐、紙巾、濕毛巾、模具、食品級手套、食品級包裝袋。

實驗步驟：

(1)可可粉和牛奶以1∶5的比例加入小口鍋中(稱取50 g可可粉，250 g牛奶)。

(2)放入電磁爐上，邊加熱邊攪拌，再加入60 g淡奶油，直至其變粘稠。

(3)取出部分巧克力醬將其倒入模具，另一部分加入白砂糖以及果干后倒入自己喜歡的模具中(這里的模具并不局限于標準的模具，只要可裝入巧克力即可,可以利用身邊的任何材料發揮創意)。

(4)冷凍成形。

(5)收拾桌面，保持實驗室的整潔。

注意事項：

(1)加熱時注意安全，避免燙傷。

(2)小組內合理分工、團結協作。

(3)加熱時注意不斷攪拌，待液體變粘稠時停止加熱。

(4)保證食品的安全、衛生。

(5)記錄官要將做好的巧克力編號，并嚴格記錄原材料用量。

(6)要分別稱取倒入模具時所用巧克力醬的量，白砂糖的量，以及所添加的果干的量。

設計意圖：提供標準配比再次制作巧克力，與自己研制的巧克力形成對比，這也是一個再思考的過程，同時讓學生體會到成功制備巧克力的成就感。要求制作一份不含糖不含其他果干的巧克力是為下一步的科學探究作準備。另外的則可以加入白砂糖，以及自己喜歡的食材增加口感。將巧克力倒入自己喜歡的模具中，提高學生的創造力。

2.5 巧克力藝術美的科學實踐

教學過渡：同學們已經動手制作了兩次巧克力，不過老師還想請同學們再制作一次，只是這次的制作和前面有些不同，請同學們拿起手中的筆，畫出自己最心儀的巧克力模樣。

教學活動：利用3D打印機，打印出學生理想的巧克力模樣。

課外延伸掌握更多的科學知識，利用控制變量法研究影響3D打印巧克力效果的因素。

設計意圖：貫徹STEAM的教育理念，科學和技術能為藝術提供創作靈感，而藝術又能培養學生的創造力、想象力，兩者相輔相成。利用3D技術打印巧克力正是藝術和科學技術的結合。讓學生發揮自己的創造力和藝術想象力用3D打印機打印出理想的巧克力圖案，體會科學的應用之美。此外，整理思路，提出疑問，激發學生的好奇心，促使他們對3D打印進行進一步的探索。STEAM的教學要激發學生的創造力，需要引導學生感受科技創造給人類帶來的新思路和新產品，從而激發內心深處的好奇心與研究熱情。

2.6 玩轉巧克力

教學過渡：學會了制作巧克力，下面我們將利用同學們制備好的巧克力進行科學實驗。

情景創設：閱讀《嘩嘩嘩 力量大》科學小故事，并猜想巧克力在水中的沉浮情況。

實驗活動：探究巧克力在水中的沉浮。

實驗材料：無糖巧克力、含糖不添加果干的巧克力、含糖含果干的巧克力、燒杯、水。

實驗過程：

(1)安全衛生督查員將自己組的敞口容器里加入3/4的水。

(2)食品營養家拿出剛剛做的所有巧克力，分別放入水中。

(3)物理學家觀察巧克力的沉浮。

(4)記錄官要記錄每種巧克力的種類及其對應的沉浮情況。

總結匯報結果：

(1)浮起來的巧克力普遍加入的糖分比沉下去的巧克力糖分要少。

(2)加入了大量脆香米的巧克力能浮上來，而加入了葡萄干和巴旦木的巧克力全都下沉。

教師講解：水中有一個神奇的力量我們稱之為“浮力”。如果一個物體在水中受到的浮力大于自身的重力就會上浮，若小于自身的重力則會下沉。例如我們所制作的巧克力，雖然他們都叫巧克力，但受巧克力重力、成分、體積的影響，受到的浮力大小不同。所以，不同的巧克力在水中的沉浮情況也不相同。

設計意圖：在本環節體驗到密度和浮力等學科問題，但是又不明說——小學階段重在體驗中認識科學概念，而不在于對某一具體概念的表達。同時學生在實驗活動中觀察現象、記錄數據、分析圖表、獲得解釋，在此過程中有機會靈活應用數學工具，通過圖表比較實驗數據，實驗結果一目了然。也便于與自己研制的成分表形成對比，發現錯誤。活動中由于不同的學生制作的巧克力含糖量有所差異，所以小組之間的結果固然存在一定的偏差，但是不影響組內實驗數據的比較，得出的結論也可以用來論證結果。

2.7 高階任務問題解決

情境過渡：通過前面的學習和生活經驗，我們可以發現，其實市面上很多巧克力并非單純的巧克力，添加各種焙烤制品或各種糖果，在其外面覆蓋一層純巧克力可制成各種形狀不同、口味各異的巧克力糖果。巧克力蛋就是大家喜歡的一種巧克力糖果。讓我們來做一個探究吧——一樣重的巧克力和巧克力蛋，在水里面，誰會更“重”？

實驗材料：塑料杯、細繩、木棍、訂書機、水箱、巧克力蛋。

實驗過程：

(1)制作天平(見圖1)。取塑料杯沿圖1所示的虛線剪開，將剪開的兩端重合并用訂書機訂牢。取1根粗細均勻的木棍，兩端系上繩子，將做好的塑料杯懸掛于木棍兩端。再在木棍中央系1根細繩，用于懸掛天平。

(2)將巧克力蛋懸掛在天平的一端，在另一端添加純巧克力，使天平兩端保持平衡。

(3)將懸掛的巧克力放入水箱中，觀察現象。

實驗現象：在水中巧克力蛋變“輕”了，巧克力蛋上浮而純巧克力沉下。

教師引導：請同學們切開巧克力蛋，探求巧克力蛋上浮的原因。

(a)

實驗結果：切開巧克力蛋，發現巧克力蛋中含有夾心，導致巧克力蛋上浮。

知識鏈接：水中有一種稱為浮力的力量，能使物體浮起來。而物體的在水中浮力大小與物體浸沒在水中的體積有關。本實驗含有堅果的巧克力比同等重量的巧克力的體積大，物體浸沒在水中的體積也大，因此其浮力也大。可拓展古希臘著名的科學家阿基米德在洗澡時發現浮力并根據浮力判斷真假皇冠的故事。

設計意圖：從巧克力到巧克力蛋，發現其中的秘密對于小學生來說既是值得興奮的事情，又是具備啟發創造力的重要環節。需要學習者科學與技術的手段并用，制作簡易天平、“解剖”巧克力蛋等。很多問題未必這一次課能探究完成，還需要更多的知識深化。

2.8 作業布置

作業一：自行設計實驗，尋找生活中的其他樣品，將它們放入水中測試其會上浮還是下沉。

作業二：以科學小作文的形式記錄本節課實驗的經過，小組成員之間是如何互相配合，共同完成巧克力實踐活動的，總結實驗的成功與不足。再記錄自己的實驗感想與自己對本節課所涉及知識點的理解，以及發表對自己所扮演角色的心得體會。

設計意圖：讀寫能力是科學、工程和技術教育的重要組成部分，閱讀、寫作、口語溝通能力也是科學素養的重要環節。在小學科學教學中，科學讀寫的配合有利于學生在科學概念方面的表現更加出色，同時，更樂于投身科學寫作活動中。