基于STEAM教育理念設計項目式科學實踐活動

曹義平

STEAM涵蓋科學、技術、工程、藝術、數學多領域知識技能，要求學生交叉融合跨學科的知識經驗，創造性地解決實際問題。老師基于STEAM理念，設計項目式科學實踐活動，應強調學習的綜合性、發展性、開放性、自主性，引導學生在富有思考性與趣味性的假設、構想、創造、展示、交流中，深刻認清科學本質與概念原理，有效實現科學思維、科學精神與創造實踐能力的綜合發展。

一、設置項目任務，討論設計方案

STEAM理念主張將科學問題與技術、工程、藝術、數學問題進行融合，由學生自己動手、動腦，聯系整合多學科的知識經驗，解決問題，完成科學素養與知識技能的積累。老師基于STEAM理念，開展項目教學活動，要充分考慮學生的知識經驗、興趣、能力，組織學生在特定條件與主題框架中，相互協作，綜合應用知識、技能、工具，提出構想，自主制訂、改進計劃方案。

例如，四年級的學生已經完成“物體的運動”和“常見的力”兩個單元的學習，也具備一定程度的邏輯運算能力，因此，老師要明確項目任務是制作簡易的潛艇，利用學習情境，輔助學生在頭腦中形成設計方案。老師：“觀察潛艇的外形，分析潛艇在水中上浮、潛、停留時的原理。”材料：風葉、氣球、橡膠塞、注射器、水瓶、導線……設計目標：外形設計美觀，讓“潛艇”在水中自由沉浮、游動。明確任務后，組織學生討論方案，整理材料，讓學生把學到的知識運用到科學實踐中。老師：“潛艇怎樣實現上浮和下沉？”激發學生邏輯思維潛能，組織學生以小組為單位，協作創新，運用已有的經驗、工具，設計外形，選取材料，制作潛艇。讓學生在方案討論、思考、設計、制作、改進中，拓展知識經驗，深入探索物體浮沉的條件，鞏固強化對力與運動關系的理解。

二、拓展合作延伸，實踐探究釋疑

老師在項目任務教學中，要引導學生辨別不同技術的用途，讓他們在協作互動、測試改進的實踐操作中，發揮自身的思維潛力和創新精神，了解物體在上浮、下沉時，浮力與重力間的關系。在本次設計中，學生不僅要考慮潛艇的外形、風格、性能、顏色，以及物體在水中的沉浮規律，還要運用所學的知識去解釋浮、沉的科學道理，讓學生像科學家、工程師一樣具備管理、理解技術的能力。

老師：“什么是浮力？”“你們可以結合浮力的定義，判斷浮力的方向嗎？”“想一想做過的科學實驗，為什么鐵釘會下沉？木頭會上浮？”四年級學生雖然已經了解質量、體積對物體沉浮的影響，但沒有學習過二力平衡的條件，老師在這里要發揮合作者的作用，突破學科與知識的局限性，根據阿基米德定律，向學生明確浮力的表達。這一方面拓展學生的知識經驗，另一方面，為其今后的學習做好鋪墊.

老師：“觀看視頻，觀察魚的浮沉、魚體內魚鰾的變化。”老師利用動畫演示，引導學生結合浮力的計算公式，明確“魚鰾變大縮小，改變了自身體積，浮力跟著發生了變化”，“觀測、記錄空玻璃瓶、半瓶水、裝滿水后的運動狀態”，引導各小組學生在充分掌握科學原理的基礎上，結合工程技術，調整方案，選取橡皮塞兒、玻璃瓶、易拉罐、彩帶、防水黏土、吸管、膠管、氣球、鋼尺等合適的材料，設計出潛艇自由上升、下潛、懸浮、漂浮的運動狀態。

三、交流反思評價，制訂改進方案

在STEAM理念下，要將評價、啟發、提問貫穿于課程始終，引導學生在持續的反思、探究中完成知識技能的積累內化。例如，老師在“潛艇”制作過程中，提示學生增加螺旋槳、潛望鏡的設計，外觀造型要新穎、富有科技感;啟發學生運用技術思維分析問題，主動考慮潛艇的外觀設計、靈敏性;讓學生在項目實踐中，能綜合運用藝術、數學、科學等學科知識，精準計算尺寸、比例，分析數據，增強邏輯推理和敏銳的觀察能力。

在作品完成后，老師組織學生相互展示、評價，指導學生在實踐、點評中，像工程師一樣運用多學科知識，對“潛艇”性能進行測試、反思，查找問題，改進設計，讓學生在富有趣味、挑戰和競技精神的項目實踐中，相互分享，相互鼓勵，共同商定出最佳設計方案。例如，有些小組可以精確調節控制潛艇的沉、浮狀態，但外觀設計較差;有些小組的作品雖然很有設計美感，但材料、數據、尺寸不精確、不嚴謹，導致“潛艇”性能較差。因此，老師要引導學生的思維走向，鼓勵學生從工程、技術、科學、性能等多個方面，相互點評，分享經驗，逐步加強對多學科知識的理解，形成良好的工程技術應用意識、嚴謹的科學精神與實踐創新能力。

總之，老師在STEAM理念下開展項目教學活動，要注重對學生思維能力和問題解決能力的培養，鼓勵學生在自由、協作、寬松的學習氛圍中，靈活運用多學科知識技能，自主設計解決方案，親身經歷猜想、探究、假設、驗證等一系列思維活動。老師設計各個實踐環節時，要從學生身心發展角度入手，有效整合科學與工程技術特點，使學生在富有挑戰性、思考性和創造性的實踐體驗中，實現科學思維與創造實踐能力的發展與提升。