融入STEAM教育的科學課程設計與實踐

范文陽　劉　芳

融入STEAM教育的科學課程設計與實踐

范文陽劉芳

（廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023）

研究主要論述將STEAM教育融入科學課程的設計與實踐，以課程設計原則為依據，構建融入STEAM教育的科學課程設計模式，進行課程內容重構，并以迭代為主的創造型學習活動案例《臺燈的設計與制作》為例，進行課程設計、實驗活動設計、課程實施、進行反思與展望。

STEAM教育；科學課程；課程設計

引言

STEAM教育的前身是STEM教育，緣起于美國[1]。自邁入21世紀以來，STEAM教育便受到教育界人士的青睞，引起了各個國家的高度關注。隨著STEAM教育里面的不斷發展壯大，我國對科學課程教育提出了更高的要求，也為科學課程的改革帶來了一條可行路徑[2]。培養學生靈活的思維能力、動手實踐能力，以及團結協作、創新實踐，重視學生真實的學習體驗是STEAM的初衷，在此背景下，結合我國科學課程教育的發展，探索設計將STEAM教育融入到科學課程的模式。

本文以培養學生的各項能力為目的，通過文獻研究分析當下科學課程所存在的問題。在STEAM教育理念的支持下，首先，提出融入STEAM教育的科學課程設計目標、設計原則，設計出融入STEAM的科學課程模式[3]。然后，對融入STEAM教育的科學課程的教學內容、教學活動以及教學評價進行設計[4]。最后，開展教學實踐，檢驗融入STEAM教育科學課程模式的可行性和有效性。以期為后續STEAM教育與科學課程融合的設計提供參考和借鑒。

1　研究的意義

1.1　理論意義

通過對STEAM教育相關文獻的分析總結發現，國內對于在STEAM教育理念下的教學實踐研究正在逐年增多，但在基于STEAM的科學課程設計方面的研究相對較少。通過對STEAM教育與科學課程融合的相關理論的梳理和分析，設計出融入STEAM的科學課程模式，進一步豐富科學課程教學理論，為科學教師提供新的科學課程設計的模式和思路[5]。

1.2　實踐意義

STEAM教育理念強調學科之間的整合[6]。從課程性質層面來講，相比其他學科課程，科學課程是更加符合“整合”思想的一門課程。在融入STEAM教育的科學課程模式下，學生可以運用學到的各類學科知識解決實際生活中的問題，動手操作能力得到加強，能夠協作交流、分享自己的學習成果，敢于提出不同的意見或建議[7]。STEAM教育理念能夠很好地體現教師的主導地位以及學生主體地位[8]。

2　課程設計

2.1　融入STEAM教育的科學課程設計模式

基于STEAM教育理念，以理論基礎為支撐，以融入STEAM教育的課程設計目標為導向，以課程設計原則為依據，構建融入STEAM教育的科學課程設計模式，如圖1所示[9]。該課程設計模式分為四個階段，依次是分析階段、準備階段、實施階段和評價階段，以期達到培養生綜合能力的目的[10]。

圖1　融入STEAM教育的科學課程設計模式

2.2　課程案例設計

以迭代為主的創造型學習活動案例《臺燈的設計與制作》為例。

2.2.1教學準備

教師與學生需要共同準備實驗器材（PPT課件、微視頻、導線、電池、小燈泡、.電池底座、三角尺、美工刀、扎絲、海綿膠、定位片、木塊、底板、支桿、水彩筆等），課前安排學生準備部分實驗器材，主要準備臺燈燈罩、支桿、水彩筆和底座等相關材料，便于學生在整個實踐過程中充分發揮自已想象力和創造力。

2.2.2教學過程

（1）情境導入。教師播放創作臺燈的視頻之前，布置以下觀看任務：臺燈由哪幾個部分組成？制作臺燈應用了哪些科學知識？在學生回答的基礎上引出學習主題——設計制作臺燈。

（2）進行創作。①明確任務要求：明確制作臺燈任務要求，各小組自主設計制作臺燈的方案，要求在完成臺燈的制作的基礎上，還要體現出創新性。②分析問題，合作探究，制定方案。要求各小組繪制臺燈制作的草圖，通過交流探討后確定臺燈的制作方案，具體方案制定流程如下：A.小組成員討論交流，梳理交流制作臺燈方案，做好記錄；B.各組匯報方案制定情況，并對方案進行點評；C.師生之間進行相應的教學評價；D.各小組分別完善自己的制作方案。

3　課程教學案例實施

3.1　實驗課程設計

3.1.1實驗目的

本實驗的主要目的是為了檢驗融入STEAM教育的科學課程模式促進學生各項能力培養的有效性。

3.1.2選擇實驗樣本

將問卷發放給四年級四個班的全體學生，共發放218份問卷，回收問卷213份，回收率96.71%，最終得到有效問卷203份。利用SPSS對問卷數據進行獨立樣本T檢驗得到Sig（雙側）=0.882＞0.5，該結果表明有兩個班學生的各項能力水平相當，無顯著性差異[11]。故將四年級2班（52人）和4班（50人）分別作為實驗班和對照班。實驗班（2班）采用融入STEAM教學模式展開科學課堂學習：對照班（4班）采用傳統的科學課堂教學模式。

3.1.3實驗內容

以四年級科學教材的上冊以及下冊第一二單元中選取7個與STEAM進行整合的主題進行設計與實踐，如表1所示。

表1　融入STEAM教育的科學課程設計實踐內容

3.1.4實驗假設

采用STEAM教育模式的實驗組在實踐動手能力、發現解決問題的能力以及團隊合作能力等方面的得分比采用傳統教學模式的對照組得分高[12]。

3.1.5實驗方法

本研究主要依據實驗班和對照班的前后測數據來得出，融入STEAM教育的科學課堂更能促進學生各項能力的提升。通過前測問卷篩選出兩組平行班，分別設為實驗組和對照組。在課程實施后，通過學生自我評價和教師評價分析實驗班和對照班在各項能力培養之間的區別[13]。同時對實驗班采用后測問卷來調查學生對于STEAM課堂學習模式的滿意度。

3.2　STEAM教學活動過程設計

在具體的STEAM教學實踐過程中，針對教師如何運用STEAM教育理念幫助學生更好地學習科學知識，提高學生的實踐動手能力、合作探究能力以及發現解決問題的能力，設計出融入STEAM的科學學課堂教學活動過程[14]，如圖2所示，能夠很好地體現以學生為中心。

圖2　融入STEAM的科學課堂教學活動過程

3.2.1明確主題

教師在設計項目主題活動時，應體現出科學課程與STEAM相關的教學目標。進行教學設計，應該以學生為中心，主要是為了培養學生的興趣，激發出學習的熱情以及動力，提高學生的工程設計思維[15]，體現的不單是項目作品的完成，也可以是設計流程或者設計方案等。

3.2.2制定方案

學生在教師的引導下，分別進行分組合作學習，構思、制定出不同的實施方案，通過進一步分析、優化，得到最終方案[16]。此環節，教師要充分激發學生的不同學科的知識儲備，進行自主拓展，并依據不同學生的學習水平，給予相應的指導。最后，學生通過交流探討、頭腦風暴等設計出最優方案。

3.2.3作品創作

學生依據制定的最優方案，分工進行作品創作，此環節需要學生動手實踐、調整修改，不斷完善作品。教師跟進學生的項目進展，并指導學生活動，提供適時、適度的幫助[17]。

3.2.4分享與評價

教師組織各小組分享、匯報項目成果，依次進行組內評價、小組互評以及教師評價，總結出各小組在實施項目過程中的優點與不足，并對作品進行完善。

3.3　《臺燈的設計與制作》教學案例實施

本研究主要將以迭代式為主的創造型學習活動《臺燈的設計與制作》這節課作為融入STEAM的課程，對具體實施以及相關實施效果進行闡述，以此來檢驗迭代式學習活動設計的有效性[18]。在進行本次教學實踐之前，教師提前在課程資源庫上傳臺燈制作相關微課，讓學生在課前了解臺燈的設計與制作的過程，并準備好相關實驗器材。學生主要準備臺燈燈罩、支桿、水彩筆和底座等相關材料。課前準備為課堂教學活動的順利開展做好基本保障。

表2　《臺燈設計與制作》教學過程概要

4　教學反思

在開展教學實踐時，通過與科學指導老師交流探討和課堂學生表現情況的觀察，對融入STEAM教育的課堂教學方案不斷進行調整與優化，最后從各方面證明，授課效果不錯，學生表示很喜歡這種學習方式，特別是在臺燈的設計與制作這節課程，學生積極性顯著提高，課堂氛圍良好，各小組合作分工明確，有組織、有計劃地完成臺燈的設計與制作，并能夠積極展示自己的創作成果。

該教學活動中，促進他們發現解決問題的能力、團結協作能力等，很好地增強了學生的自信心。任何事情都不具備完美性，融入STEAM的課堂教學活動仍存在一些不足之處。對于學生提出的問題，不能夠做出通俗簡易的回答，這是筆者需要加強的地方。對于活動的設計，個別地方考慮的還不是很到位，如在讓學生設計燈罩時，原計劃是讓每組的學生都能參與燈罩的設計創作活動，但由于個別學生缺乏主動性，個別小組的學生沒有帶設計制作燈罩的材料，影響課堂的順利開展，最終決定將該小組的學生分散到其他組中，讓每一個學生都參與其中。筆者在上完課后，及時反思，針對不足之處與指導老師進行交流探討，找出解決問題的方案，進行調整、改進并加以完善。

5　研究總結與展望

我國STEAM教育、創客教育等新型教育理念的不斷發展，進一步加速了我國新一輪的課程改革。我國科學教育的課程設置及實踐也在不斷逐漸注入新的教育理念。STEAM教育注重培養學生利用跨學科思維解決問題的能力和雙創能力。在STEAM教育理念的支持下，本課程設計融入STEAM教育的科學課程模式以注重培養學生的各項能力，在該模式的指導下以科學四年級上下冊的相關內容為例，開展了一個多學期的教育實踐。主要研究成果如下。

（1）探索設計融入STEAM教學的科學課程模式。以STEAM教育理念為基礎，在建構主義理論、課程融合理論等相關理論的指導下，探索設計融入STEAM教育的科學課程模式，旨在培養學生的各項能力，該模式主要包括：分析、準備、實施和評價四個階段。同時依據不同的課程內容，設計出如迭代式的教學活動，使得課程更為靈活

（2）開展融入STEAM教育的科學課程實踐研究，檢驗融入STEAM教育的科學課程模式的有效性[19]。實驗結果顯示：①將STEAM教育融入科學課程，使得學生解決生活實際問題的能力不斷提高；②將STEAM教育融入科學課程，學生普通動手實踐能力增強，但是女生動手操作能力相比男生較弱一些，這需要老師后期進行加強；③將STEAM教育融入科學課程，學生協作意識，團結協作協作能力明顯增強；④后測調查問卷的結果表明，學生對STEAM課堂教學模式滿意度較高。

6 結束語

STEAM教育在我國起步較晚，對應學科的教育案例較為匱乏，導致論文缺乏十足的理論支撐。筆者只對科學四年級的教材的相關內容進行實踐研究，且本論文的樣本數量較小，研究內容具有一定的局限性。對于地區以及學校的不同，教學條件、師資力量、學生的綜合水平等都存在差異，本研究的實驗教學試點只有一個學校，學校整體綜合實力平均處在南寧市各的中高水平。因而本研究所設計出的課程模式缺乏普適性。為進一步檢驗課程設計模式的有效性，理應增加實驗點，選取不同地區的學校、不同年級進行實驗。課程教學內容應多樣化，可以對整合后的課程內容，加入一些競賽活動或游戲，能夠更好地豐富教學環節，激發學生學習的積極主動性，后續需要不斷加強與改進。

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Science Curriculum Design and Practice Integrated into STEAM Education

This study mainly discusses the design and practice of integrating STEAM education into science curriculum. Based on the principles of curriculum design, this paper constructs a science curriculum design mode integrated into STEAM education, reconstructs the curriculum content, and takes the iterative creative learning activity caseas an example to carry out curriculum design, experimental activity design, curriculum implementation, reflection and prospect.

STEAM education; science courses; curriculum design

G712

A

1008-1151(2022)08-0169-04

2022-04-15

范文陽（1991－），廣西交通職業技術學院講師，區中級雙師，從事課程設計、信息化教學相關研究。

劉芳（1975－），廣西交通職業技術學院土木建筑工程學院教授，從事BIM技術、教育教學相關研究。