基于STEAM教育理念的課程體系重構教學案例研究
——以《簡易風向標》為例

周宗萍

（上海宋慶齡學校 上海 201700）

1 目前小學課程整合存在的問題

2017年2月，教育部頒布《義務教育小學科學課程標準》，明確指出STEM是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，旨在以科學、技術、工程與數學四門學科的有機融合來培養學生的創新意識和創新能力。目前，我國小學學科教育中仍存在著基礎課程有學科獨立性和自身特色，學科間缺乏聯系，課程項目式教學較少等問題。由此，我國基礎教育改革應開始從課程為抓手，努力將基礎課程內容進行重構，研究課程體系重構方式。STEAM教育理念強調將科學、技術、工程、藝術和數學知識進行融合，以項目式教學作為基本方式展開教學活動，給我國基礎教育改革提供參考。

但是，基于STEAM教育理念的課程體系重構的模型是什么，如何對小學基礎學科課程教學內容進行重構，如何開展項目式案例課堂教學、教師如何開展STEAM課程項目教學，信息技術如何融入課堂等，都還存在很多亟待研究的問題。因此，本研究以《簡易風向標》課程內容為例，利用3D打印技術的可操作性以及三維立體化教學方式，闡述對小學學科知識進行課程建構方法及課堂實施方式和效果，從而培養學生綜合能力。

2 基于STEAM教育理念的課程體系重構案例分析

本文使基于STEAM教育理念的進行跨學科整合小學段學科知識內容，以問題為導向，通過項目式教學，用反向建構方式組織設計3D打印風向標項目，在實踐操作中培養學生綜合能力，促進學生深刻理解所涉及的學科知識內容。本案例設計時，在確定風向標項目后，根據風向標具體設計操作模塊，與數學、語文、英語、科學及信息技術老師討論在項目設計中涉及的各學科課本中相關聯的知識內容，確定本項目學科知識目標及能力目標，撰寫教案并實施，如圖1所示。但是，由于能力導向的課程知識體系并非完整全面，考慮結合現有的課程結構及其知識體系，下面將具體描述本3D打印風向標項目案例涉及的各學科課程知識內容，課程實施方式及實施效果。

圖1：“3D建模與打印風向標”案例

2.1 課程內容

本案例基于STEAM教育理念，以培養學生創新能力、合作交流能力、動手操作能力、語言表達能力為主要目標，圍繞解決如何測量風的大小和方向問題，追塑數學、科學、信息技術、語文、英語、美術學科知識，借助3D打印技術設計《簡易風向標》教學案例。本案例教學內容共分為六個環節，分別是搜集資料、繪制風向標設計圖、小組分工建模、模型切片并打印、組裝調試使用、分享交流。在課程設計環節中，分別將信息技術、科學、數學、美術、語文和英語相關知識點滲透其中，在課堂教學中運用學科知識點完成風向標3D打印設計項目。

2.2 課程實施

2.2.1 問題導向，搜集解決辦法

課程開始老師為學生提出如何測量風速和風向問題，學生根據自身生活經驗探討制作風向標3D模型要素。學生利用網絡搜索風速和風向測量相關方法，教師引導學生思考如何將風速劃分等級，最后確定制作風向標。根據風向標3D模型結構進行功能劃分，即風向標底座穩定結構、測風向的東南西北指針、測風速箭頭，繪制設計圖形并建模。

2.2.2 小組合作，分工完成任務

小組合作討論共同繪制風向標設計圖，并標注清楚每個部位尺寸，將模型進行組成部分分割，小組同學分工任務共同使用3D建模軟件建模相應功能部位。切片并打印模型后，小組共同組裝模型并測試風向標模型效果，最后進行總結討論，匯報使用效果。

2.2.3 匯報總結，在反思中學習

本案例實施過程中，小組同學需要先匯報小組的風向標設計圖，分析設計風向標的功能特征、尺寸大小、色彩搭配、模型外觀、創新之處和操作可行性等。老師與同學指出模型優缺點，提供修改建議，接著小組進行二次修改，確定模型最后設計方案進行建模。模型測試完畢后，需要小組同學共同匯報測試結果，總結風向標模型制作過程中遇到的問題及解決方法，完成模型過程中使用到的知識點，學生使用中文或英文匯報本項目的制作方法和最后試用效果及學習心得，在分享過程中能鍛煉學生語言組織表達能力，強化詞匯的使用。

2.3 課程效果

本案例基于STEAM課程融合理念，借助漢語和英語進行語言表達，借助信息技術搜索有關風速和風向科學知識內容，借助美術色彩搭配和造型設計美化風向標，可以非常緊密地銜接課程知識內容。通過課堂觀察和訪談學生，總結本案例的實施在三個方面產生效果。

2.3.1 加深學生對多種類型知識理解

本項目中涵蓋不同種知識類型，基于原有的課程知識，如數學中角度變換、長度單位、角的初步認識等，學生們利用課內學習的3D建模技術及此類應用型知識對圖形進行布爾加減運算，最后完成風向標設計。在建模過程中，立體圖形布爾加減運算不屬于數學課本知識內容，屬于探究性知識。實驗中劃分風速大小等級，不屬于科學課程內容預期的知識范疇，而是屬于本項目學習過程中的生成型知識。項目學習過程中，學生能掌握探究型知識、生成型知識及應用型知識，可以將難以理解的空間概念具體化。

2.3.2 培養學生綜合能力

學生在參考簡單的風向標造型設計圖時，會嘗試增加白鴿造型等立體圖形，加強風向標設計感，有部分學生會嘗試使用細線代替指針，這是學生創新設計能力的展現。組裝模型時，學生動手將模型的組成部分進行組裝并實驗試用，并對模型進行上色裝飾，可以有效訓練學生動手操作能力。修改并匯報，在完整的項目式教學中，學生小組合作交流確定模型形狀，使用英文或者中文匯報作品，訓練并提高學生語言表達能力。切片并打印作品進行組裝，其中有同學發現自己打印出的模型圓柱體嵌套時，大小尺寸不合適，出現無法組裝各組成部分及放在地上不平穩的問題。在操作過程中，學生會進行自我反思是何原因導致不平穩問題，并積極思考解決辦法，可以提高學生問題解決能力。

2.3.3 加強學科知識點緊密銜接

本案例從搜索相關資料、設計模型、打印調試模型到最后匯報總結教學環節中，涵蓋多門學科具體知識點。知識點與知識點之間相互銜接，學科知識遷移。小學段每門學科知識獨立性較強，雖然有本課程自身知識連貫性及難易度螺旋性上升，但是學科與學科之間知識點聯系較為松散。本研究以項目式教學方式，將學科間碎片化知識用生動形象的方法將學生碎片化知識進行整合，加強學科間聯系，幫助學生學習并構建對知識的完整理解。

3 思考與建議

3.1 以解決問題為導向，確定教學內容

小學段學科教學內容相對獨立，如何運用學科知識解決生活問題非常值得深入研究。對于課程內容的確定，需要引導學生注意觀察生活中存在的問題，運用信息技術搜集探討解決方法。本研究從生活實際問題出發，最終確定課程主題即解決測量風向和風速問題。

3.2 以“六環節”結構為載體，設計課程結構

課堂教學結構共分為六環節，分別為搜集信息、繪制設計圖、建模、打印組裝、測試改進、分享交流，任何3D打印項目式教學均可仿照這六環節進行修改和調整，完整的課程結構可為更多的3D打印教學項目做參照。本研究六環節課程結構從尋找解決問題方法、嘗試解決問題、模擬實驗到課程結束的交流匯報，其中強化訓練學生設計能力、語言表達能力、創新能力、動手操作能力和合作交流能力。

3.3 以小組合作為手段，組織課程實施

以小組合作方式展開課堂教學，可以提高學生交流溝通能力，能讓學生在探討問題中進行知識轉移和內化。可依據3D打印項目結構數量確定小組人數，每組二至三人最為合適，能讓每位學生承擔適量任務，推進課程開展。學生在交流溝通中，會存在信息搜集的重復性問題，教師可先將3D打印項目進行分割，再由學生進行自主討論，確定自我任務，共同完成項目。

4 結語

基于STEAM教育理念反向建構課程教學內容，能有效喚醒學生先前知識經驗，能更有效地促進學生知識內化和知識創新，培養學生綜合能力，提升學生信息素養。本研究力求探索課程教學改革新方法，為STEAM教師課堂教學方式及教學內容組織提供參考。學科課程重構對老師綜合學科素養要求較高，需要投入更多師資力量，需要更多不同學科老師共同協作深入研究，才能開發出符合STEAM教育理念的項目教學案例。