基于STEAM理念的初中科學“項目+探究式”課堂教學實踐研究

諸 佶

（杭州市明珠實驗學校 浙江杭州 310004）

STEAM 教育就是將科學、技術、工程、藝術、數(shù)學有條理地結(jié)合在一起，以科學知識為中心，以數(shù)學為輔助工具，通過學生在工程、技術的實踐中的積極參與，培養(yǎng)學生自行解決問題的能力，以提高學生的科學素養(yǎng)以及工程素養(yǎng)的教育[1，2]。近些年來，我國也十分重視STEAM 教育的發(fā)展，如何開展和實施STEAM 教育就成了關注的焦點。

一、STEAM理念與初中科學融合的價值與實施困境

初中科學課程是一門綜合性的科學課程，課程注重不同學科領域知識與技能的融合，以學生為中心，旨在提高每位學生的科學素養(yǎng)。課程在內(nèi)容組織上突出“整合”與“探究”，理論聯(lián)系實際，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力[3]。這些課程特點與STEAM 理念在許多方面都不謀而合，因此將STEAM 理念融入初中科學課堂教學中是具有一定的必要性和可操作性的。

盡管如此，但STEAM 理念與初中科學融合在實際操作中還是存在很多問題，面臨重重困境。在傳統(tǒng)的STEAM 課程中，完成一個項目所需的時間較長，涉及的知識內(nèi)容和制作材料較多，對學生各方面的能力要求也較高。目前，初中階段的升學壓力大、課時安排緊張，各方面因素導致STEAM 理念很難與傳統(tǒng)的初中科學課堂結(jié)合。我國目前初中階段的STEAM 課程多數(shù)是以校本課程、社團活動的形式開設，或者以學校科技節(jié)活動的形式開展，如何將STEAM 理念融入學科教學之中就成了需要解決的一個問題。

二、基于STEAM理念的“項目+探究式”教學的一般流程

在目前STEAM 課程的實施中，一種常用的教學模式是項目學習(Project-Based Leaming，PBL)。項目學習是通過項目與情景的融合，讓學生應用相關知識設計項目來解決實際生活中的現(xiàn)象或問題，最后通過項目的展示來體現(xiàn)學習的成果[4]。在傳統(tǒng)的科學教學中，探究法是科學探究式教學中使用最多的。科學探究可以培養(yǎng)學生提問、動手、合作的能力，提升學生的科學素養(yǎng)，還可以加深對科學本質(zhì)的理解。在教學過程中，將上述兩種方法結(jié)合起來，就能在傳統(tǒng)科學課堂中開展STEAM教育。具體的流程如下：

圖 基于STEAM 理念的“項目+探究式”課堂教學流程圖

在上述流程中，教師應使用生活中真實的情境為線索，提出相關問題，從而激發(fā)學生學習的興趣。若要解決上述問題，首先需要理論知識的支持。教師可以按照傳統(tǒng)教材實施探究活動，通過相關科學探究，可以幫助學生掌握理論知識，達成本節(jié)課的知識目標。有了理論支持，學生隨后就可以開展項目的設計和模型制作。在這一塊活動中要凸顯出“工程設計”的理念，讓學生以小組形式，自主設計制作，有助于加深學生對有關知識的理解，培養(yǎng)學生的問題解決、合作學習能力，提高學生科學素養(yǎng)。制作完成后對產(chǎn)品進行測評，通過小組之間的交流討論，對產(chǎn)品進行改進完善。整個流程中包含理論學習、科學探究、工程設計、數(shù)據(jù)處理、分析反思等環(huán)節(jié)，既融合了STEAM 理念，又有傳統(tǒng)的科學探究和理論知識的學習，有利于STEAM 課程與傳統(tǒng)初中科學教學的融合。

案例分析

案例一：探究影響蒸發(fā)快慢的因素，自制“土冰箱”

“汽化與液化”一課選自浙教版《初中科學》七年級上冊第四單元第6 節(jié)，本節(jié)課是第一課時，主要學習汽化的定義，蒸發(fā)的概念和特征以及影響蒸發(fā)快慢的因素。學生通過小學科學的學習，對于蒸發(fā)有所理解，為本節(jié)課的開展打下了一定的基礎。本節(jié)課結(jié)合項目學習和探究學習，圍繞設計制作“土冰箱”為線索，按照融合STEAM 理念的初中科學課堂教學的一般流程開展，具體教學過程如下：

（1）新聞介紹，引出項目

本節(jié)課從一則新聞入手，介紹非洲窮小哥賣不用電的“土冰箱”并逆襲成土豪。通過新聞的介紹激發(fā)學生學習的興趣，也引出了本節(jié)課的學習項目——“土冰箱”。

（2）探究實驗，獲取知識

想要制作“土冰箱”，學生需要知道它不耗電卻能降溫的原理。學生在教師的組織下，以小組探究的形式完成課本第149 頁的酒精蒸發(fā)實驗，學習蒸發(fā)吸熱這一知識點來解釋“土冰箱”的工作原理。在此環(huán)節(jié)中，通過完成課本上的探究實驗，學生既能掌握課本知識，又為后續(xù)的項目設計做了鋪墊。

（3）設計制作，培養(yǎng)能力

在掌握工作原理之后，學生利用所給的有關材料，分組設計并制作“土冰箱”。小組成員通過共同討論，確定一個最佳設計方案，然后按照方案進行制作。本環(huán)節(jié)以學生活動為主，教師可提供適當幫助。本環(huán)節(jié)圍繞項目學習展開，既能培養(yǎng)學生創(chuàng)新進行和動手實踐能力，又能培養(yǎng)團隊精神和合作學習能力，有助于提高學生科學素養(yǎng)。

（4）交流測評，改進產(chǎn)品

在制作完成后，進行產(chǎn)品的測評，主要比較外觀設計以及降溫效果。小組之間相互交流分享經(jīng)驗，每個小組再針對自己產(chǎn)品的問題進行改進和完善。這里涉及影響蒸發(fā)快慢的因素，教師可以結(jié)合學生的作品優(yōu)缺點，引導學生自己總結(jié)出相關知識。通過交流討論和改進，不僅有利于學生批判性思維的養(yǎng)成，還有對于所學知識的內(nèi)化與應用。學生利用科學、技術、工程等方面知識去解決問題，既融入STEAM 理念，又有學科知識的落實，有助于學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

案例二：探究簡單電路，自制手電筒

“電荷與電流”一課選自浙教版《初中科學》八年級上冊第四單元第1 節(jié)，本節(jié)課是第二課時，主要的學習內(nèi)容是電路的組成、電路圖的繪制以及串聯(lián)、并聯(lián)電路的特點。本節(jié)課的授課對象是八年級的學生，他們具備了一定的動手能力、探究能力、合作學習能力，并且學生通過小學科學的學習，已經(jīng)會連接簡單電路，知道了兩種電路的基本連接方式，為本節(jié)課的開展打下了一定的基礎。因此，本節(jié)課的授課可以給學生充足的活動時間，將項目學習和探究學習相結(jié)合，圍繞繪制手電筒為線索，按照融合STEAM 理念的初中科學課堂教學的一般流程開展，具體教學過程如下：

（1）創(chuàng)設情境，提出問題

利用多媒體展示：如果天黑了你在外面，你需要什么工具來幫助你找到回家的路。通過生活中常見的情境引入手電筒這一制作對象，拉近科學與生活的距離，利于激發(fā)學生的學習興趣。

（2）結(jié)合課本，開展探究

學生在了解本節(jié)課的項目任務之后，首先需要明確手電筒應該具備的特點和探究手電筒的基本結(jié)構組成。在學生能說出手電筒的電路組成之后，讓學生開始動手繪制電路圖。本環(huán)節(jié)是本節(jié)課的重點之一，在學生繪制完成后，展示電路圖，指出問題并總結(jié)電路圖繪制的原則和要求。

（3）設計產(chǎn)品，動手制作

在手電筒的電路結(jié)構之后，學生結(jié)合實際生活經(jīng)驗以小組為單位，設計并制作手電筒。自制的手電筒不僅要確保內(nèi)部電路完整，還要兼具方便美觀、亮度適中等特點。本環(huán)節(jié)是對之前所學知識的應用，通過制作手電筒這一項目將STEAM 理念與課堂教學相融合。

（4）交流展示，完善設計

制作完成，以小組為單位上臺展示，其余組長從能否正常使用、亮度、便攜、美觀這四個角度進行打分。展示完成后，重點針對亮度不足的問題進行改進，繪制出使用兩個燈珠的電路圖，在鞏固電路圖繪制的同時，介紹串、并聯(lián)電路的特點。課后，再針對自己小組產(chǎn)品存在的其他問題進行改進和完善。

圖3 學生制作的手電筒

（5）實施意義與建議

STEAM 教學與傳統(tǒng)教學相比，所涉及的知識面更廣，有利于提升學生的思維。STEAM 理念與核心素養(yǎng)的多方面是吻合的，開展STEAM 教學有利于在教學過程中落實核心素養(yǎng)。探索融合STEAM 理念與初中科學課堂教學的一般模式，有利于真正滲透STEAM 理念，提高學生科學素養(yǎng)。

在上述教學實踐過程中，學生課堂的專注度和參與度與傳統(tǒng)課堂相比更高，學生在動手能力和知識的應用方面都有明顯的提高。學生在項目制作中學習，興趣更高。通過展示自己的設計、制作和成品，學生能獲得學生的學習成就感。同時以小組為單位開展活動，可以在學習的過程中培養(yǎng)學生的交流合作的意識，提高溝通能力。

在教學過程中，也有一些問題值得在后續(xù)的教學中進行完善和改進。在課堂教學內(nèi)容的選擇方面，所選擇的授課內(nèi)容最好是學生已有一定的基礎，這樣學生在學習時不會感到困難，對于后續(xù)開展項目學習時能有較好的理論支持。在授課時，針對不同的年級，每個環(huán)節(jié)的側(cè)重也應有所不同。七八年級學生在課堂學習中所需掌握的知識點不多也不難，可以更側(cè)重項目學習，將這一環(huán)節(jié)作為課堂授課的重點，能有利于所學知識的內(nèi)化應用以及創(chuàng)新思維、實踐能力的培養(yǎng)。九年級學生綜合能力更強，但課堂所需學習掌握的知識點較難，因此在教育時應更側(cè)重探究活動的開展，后續(xù)項目學習內(nèi)容可以相對簡單。這樣的安排有助于學生扎實掌握所學知識，同時項目學習的開展可以幫助學生提升學習興趣。

在課堂教育組織方面，為確保學生人人都能參與活動，教師在教學過程中要對于學習任務進行分工細化。在教學過程中，教師的角色要進行轉(zhuǎn)變，由傳授改為引導，為學生搭設好臺階，通過問題引導層層遞進。課堂學習的任務可以提前告知學生，讓學生有所準備，提高完成任務的效率。

在課堂教學評價方面，對于學生最后的作品要有評價，這個評價不是直接告訴學生正誤，而是應該通過學生自己的實踐去判斷，然后不斷改進完善。項目完善的環(huán)節(jié)，如果授課時間不足也可以作為開放式的回家作業(yè)。

在授課教師的技能方面，STEAM 課程對任課教師的要求比較高。教師自己應具有足夠的知識儲備，同時還應具有創(chuàng)新意識。教師需不斷地提高自身的教學技能，這樣不僅可以提高STEAM 科學的教學質(zhì)量，還更有利于學生的知識點掌握。

相信隨著STEAM 教育越來越受到重視，初中STEAM 課程會越來越被更多的學校所接受，STEAM 教育也會在與初中科學課程的改革碰撞出更多火花。