小學科學融入STEAM理念的設計與實踐探究

張光全

[摘? ? 要]小學科學是一門對學生進行科學啟蒙教育的重要學科，在培養學生創造性思維能力方面起著舉足輕重的作用。STEAM 教育是科學、技術、工程、藝術、數學五門學科的相互融合。STEAM 教育理念具有跨學科性、情境性、實踐性、合作性、藝術性的特點?；赟TEAM理念的小學科學教學活動分為五個階段：明確問題、技能支持、原型設計、作品改進，評價與反思。本文以小學科學“神奇的保溫杯”為例，闡述基于 STEAM教育理念的小學科學教學設計具體包括：明確目標階段、技能階段、原型設計階段、作品改進階段、評價反思階段五個階段。同時，闡述了制作實踐即創設情境，明確問題；技能支持，定義問題；引導思考，原型設計；效果檢驗，作品改進；作品展示，評價反思五大環節。以STEAM理念為基礎，進行小學科學教學使學生的跨學科思維水平有了很大的提升，綜合解決問題的能力顯著增強。

[關鍵詞] STEAM理念；小學科學；實踐

一、STEAM教育理念的基本內涵

STEAM 教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Mathematics）五門學科的相互融合。STEAM素養包括科學素養、技術素養、工程素養、藝術素養和數學素養。STEAM教育非常注重人的終生教育，強調學生在面對實際問題時，應具備科學、技術、工程、藝術等多學科綜合知識。STEAM教育對于學生的實踐能力的培養要遠遠超過傳統教學，它為學生提供了一種全新的教學模式，可以讓學生去做自己感興趣的事，或解決他們生活中遇到的具體問題。STEAM體現了從以標準化測試成績為導向的傳統教育轉向以評估學習過程與成果為導向的現代化教育理念。STEAM理念的實質是：允許學生犯錯誤，提倡學生主動探索實踐，鼓勵學生表達不同的觀點，目的在于為學生建立未來現實生活的知識庫，而不只是為了應付考試。STEAM教育在“大眾創新”的大環境下，強化學習領域間的聯系與交叉，發展和培養學生的創造性。

二、基于 STEAM 教育理念的小學科學教學設計模型構建

（一）STEAM 教育理念特點

1.跨學科性

STEAM的主要特征是跨學科性。STEAM教育一般是圍繞一個特定的問題或任務來進行的，通過提出問題、探究、創作、評價等任務，將科學、技術、工程、數學、藝術等學科的知識結合起來，應用于問題，從而使問題得到全面、系統地分析和解決。

2.情境性

STEAM教學是一種情境化的教學，它重視創造現實的生活情境，以實際問題或項目任務為基礎，積極探索。通過情景式問題的求解，不但可以讓學生掌握多個領域的知識，而且可以幫助他們理解多個領域的綜合知識，提高他們在現實生活中運用所學的知識的能力。

3.實踐性

STEAM的教育理念是基于項目和問題的學習，STEAM教育常常是以特定的問題為中心，通過動手操作、動腦思考的探究活動，使抽象知識具體化，增強學生對于問題的探究意識，發展創造性思維。STEAM教學注重動手和動腦的探究實踐，學生可以在這個過程中掌握科學的知識和技巧，并把它運用到實際問題的解決上。

4.合作性

STEAM教學中，注重團隊協作式的探究活動，在團隊成員的交流中，思維的碰撞，更能調動學生的積極性和創造性，增強學生的學習動力和合作意識。

5.藝術性

STEAM的“A”并不是指音、體、美等藝術科目，它還包括了文化修養，比如對傳統服裝的審美意識、對國粹京劇的鑒賞等。STEAM的教學思想是強調將學生的人文、風俗、審美、社會等方面的知識和技能結合起來。此外，在對 STEAM作品進行評價時，還應將人文與藝術評價相結合，以促進學生的人文素質和審美能力的提高。

（二）STEAM 理念下小學科學教學模式

筆者從教學設計基本原理出發，結合教學設計的整體過程，設計了STEAM 理念下小學科學教學模式，如圖1所示。對基于STEAM理念的小學科學教學活動分為五個階段：明確問題——定義問題（技能支持）——原型設計——作品改進——評價測試。

1.明確問題

問題是教育活動的起點和終極目的。真實的情景可以幫助問題的解決，同時也可以建立移情意識，培養學生的求知欲。本部分采用了以任務為導向的教學方式，使學生明確具體目標。

2.技能支持

在正式開始制作之前，教師要引導學生制定實施方案，可以利用“頭腦風暴法”發散思維方式，收集學生的想法，在“智慧共籌”模式下，利用思維導圖對項目進行初步的規劃。教師應根據學生的具體情況，對其進行恰當的引導，使學生進行深入的思考。

3.原型設計

原型設計階段是指用草圖、做模型等方法來表達自己想法的過程。要對不同人所表達的不同意見進行分析和總結，并形成一個最終方案。此階段的目標不在于得到最終的解決方案，而在于激發創意，培養學生的批判性思考能力。這個過程是一個不斷建立模型、測試、改進模型的循環往復的過程，最后得到最佳的解決方案。

4.作品改進

在這個階段，學生對所做的作品進行檢驗，并根據實驗記錄得出結論。在首次試驗之后，再與其他團隊進行認真比較，進一步完善原型，然后對兩個實驗結果進行比較，使作品的制作更加完美。最后，教師安排學生進行報告。通過比較兩種方法的結果，改進作品。在這個過程中，教師扮演著評價者的角色，而學生扮演對作品進行分析和改進的檢驗者和執行者的角色。

5.評價與反思

STEAM 教育理念以解決現實問題為焦點，關注學習的過程，強調基礎知識的靈活運用，因此，STEAM 教育理念下的評價方式采用過程性評價和成果評價相結合的方式。過程評價部分主要評價學生草圖繪制是否標準美觀、測量是否準確、學生在課上是否表現良好；成果評價部分主要考查學生最終的作品。主要通過小組內學生之間相互評價、不同小組的組間評價、教師評價等方法。通過教學評價的結果反饋出本次課的教學效果，學生存在的問題，從而使教師及時發現教學中的不足，調整教學策略。

三、基于 STEAM 教育理念的小學科學教學設計與實踐

筆者以小學科學“神奇的保溫杯”為例，闡述基于 STEAM教育理念的小學科學教學設計模式和教學過程的實施。具體流程的設計如下：

（一）基于 STEAM 教育理念的“我的保溫杯”教學設計

1.明確目標階段

教師組織學生完成“我的保溫杯”調查問卷，主要了解學生保溫杯的使用情況，在用保溫杯的過程中是否發現了問題，對自己的保溫杯有哪些不滿意的地方，或者哪些設計不合理。學生通過互聯網搜集和實地考察等方式獲取保溫杯的知識，弄清當前所了解的情況與實際要處理的特定問題的差距，并最后確定要解決的問題。

2.技能階段

首先，教師可以運用發散思維的“頭腦風暴”收集學生的創意，重點在制作保溫杯時應注意的一些問題。其次，利用希沃白板對保溫杯的歷史、原理、造型、功能、材料等進行闡述，使學生了解到保溫杯的發明與人類的生活息息相關。同時，保溫杯的形狀也是一個時代和技術進步的標志。因此，在制作保溫杯時，學生會根據不同的目標，設計出不同的形狀和用途的保溫杯。比如，為兒童準備的保溫杯，其外形設計為“小豬佩奇”和“冰雪奇緣”；對長期在外喝茶的使用者，需要考慮將開水和茶葉分開；針對高中生喜歡簡約方便的要求，在外觀和功能的設計上都要考慮充分。在學生確定了自己“制作保溫杯”的基本思路，并對設計思路進行了完善和改進后，就可以制訂相應的設計方案。

3.原型設計階段

當學生了解保溫杯的相關知識，并制訂了具體的設計方案后，他們就會進入專心創作的階段。學生將參照繪制好產品設計方案，進行產品的制作。學生制作的第一件作品往往達不到理想的效果，教師可以在教學中對不合理的地方進行指導，并鼓勵學生主動參與，有耐心地制作。此時，學生可以在“我是小小設計師——魔法保溫杯”的科學作業清單中，輔以教師恰當的語言指導，完成保溫杯的初稿。

4.作品改進階段

學生在做好保溫杯樣品后，要檢查保溫杯的保溫效果。這時，學生要用教師的“保溫效果記錄表”來記錄保溫效果，并記錄保溫杯在5分鐘之內的每一分鐘的溫度變化。在對保溫效果進行測試之后，計算出保溫杯的保溫效果，再參考其他團隊的數據，得出結論，如果有問題，思考需要怎樣改進才能提高保溫效果。在完成了保溫杯原型后，進行保溫效果的第二次試驗，并對兩次試驗結果進行對比，改進保溫杯的原型。

5.評價反思階段

將設計思想融入 STEAM教學中，需要學生全面地表現自己，這種評價不僅僅是對教學過程的總結和評價，它還貫穿整個教學活動，并以一種靈活的形式在整個教學活動中滲透，不受時間的限制。評價的方式有學生自我評價、組內評價，教師評價，其中教師評價需要貫穿于整個教學過程。

（二）基于 STEAM 教育理念的“我的保溫杯”制作實踐

1.創設情境，明確問題

教師首先播放一則保溫杯的創意視頻廣告，讓學生們分組討論他們看見了什么？為什么杯子里的小金魚會“死而復生”？這里面到底蘊含了哪些科學知識？接下來，由每小組的代表向學生匯報他們的觀點。教師讓學生把自己的保溫杯放在桌子上，仔細地觀察保溫杯，認真填寫“我的保溫杯”問卷，以了解學生使用的保溫杯的品牌、容積、材質等。教師接著讓學生思考自己“理想”的保溫杯是什么樣子的，并把事先準備好的A4紙分發給學生，讓他們根據自己的想法來設計保溫杯。

2.技能支持，定義問題

教師引導學生先觀察自己的保溫杯，了解保溫杯的結構、功能、材質等，然后，以“智慧共籌”的方式，組織學生對“保溫杯”進行深度的發散思考。每個小組派出一名代表，在希沃的“視頻展臺”上，向其他小組展示自己團隊設計的作品，由其他小組成員進行評價，并填寫購買意愿單。

3.引導思考，原型設計

教師組織學生完成“我是一個小設計師——魔力保溫杯”的創作記錄，并引導學生正確地運用三視圖，用三個視角展示自己設計的保溫杯，并標明名稱，尺寸和材料。還有，要寫明做保溫杯的原材料，如：有蓋子的漂流瓶，溫度計，錫紙，皮筋，毛巾，用來裝飾保溫杯的材料等。

4.效果檢驗，作品改進

根據所畫的草圖，學生進行了設計。利用教師提供的保溫材料，開始做一個保溫杯，并進行兩次保溫效果的測試。從以往的經驗來看，學生首次做保溫杯保溫效果不佳，因此，教師要針對具體情況，對各個小組進行指導。但是這種引導式的指導并不是簡單的給學生講解，而是要讓學生自己去摸索，看看哪個部位是散熱的，保溫效果是不是很好。在此期間，學生應做兩份保溫記錄，對比保溫效果。教師要使學生理解產品的設計要求，并引導他們撰寫關于保溫杯的產品使用說明。最后，學生將各自的作品進行分組表演，并由學生代表介紹他們所設計的保溫杯的制作方法及保溫效果。

5.作品展示，評價反思

以 STEAM教育理念為基礎的小學科學教學應該以學生為中心，充分發揮學生的主體作用，堅持過程評價與總結評價相結合，發揮各自的優勢，注重學生有意義的學習體驗。以 STEAM理念為核心的教學，不僅要注重對學生顯性收獲的評價，還要注重對其隱性能力的培養。教師要根據所制訂的評價準則，對所產生的作品進行客觀、全面的評價。在培養學生的能力方面，還應采用適當的評價手段，如問卷調查、訪談等。以 STEAM教學思想為基礎的小學科學評價計劃見表1。

通過對實驗結果的分析發現，以 STEAM為基礎的小學科學教學突出了學生的主體地位，激發了學生的學習興趣，并將其作為一個生長點，與現實生活相聯系，以“做中學”的形式，把它和現實生活結合起來，使學生得到全面的發展。

參考文獻：

[1]趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學生創新能力——訪美國STEAM教育知名學者格雷特·亞克門教授[J].開放教育研究， 2016，22（5）：7.

[2] 李燕.STEAM教育理念下小學科學教學中的工程思維培養[J].福建教育學院學報，2021， 22（10）：3.

（責任編輯：姜波）