指向深度學(xué)習(xí)的STEAM項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

陳子宜

【摘 要】為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新精神，提升自主可控意識(shí)和數(shù)字素養(yǎng)與技能，本文從“未來太空車”項(xiàng)目背景、基于STEAM理念的項(xiàng)目教學(xué)分析和項(xiàng)目實(shí)施方案等方面展現(xiàn)指向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)，形成了建立小組、明確任務(wù)、合作探究、作品展示、課內(nèi)初評(píng)、反思優(yōu)化和迭代評(píng)價(jià)等七個(gè)環(huán)節(jié)的項(xiàng)目式教學(xué)模式，同時(shí)為教師開展“跨學(xué)科主題融合”的STEAM課程教學(xué)提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】深度學(xué)習(xí)；STEAM；項(xiàng)目式教學(xué)；跨學(xué)科

【中圖分類號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）01-077-03

2022年，義務(wù)教育新課程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)有了新的變化，其中把“跨學(xué)科主題”作為信息科技課程內(nèi)容的重要組成部分。為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新精神，提升自主可控意識(shí)和數(shù)字素養(yǎng)與技能，我們要變革教學(xué)方式，注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景，以真實(shí)項(xiàng)目主題引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)踐，發(fā)揮信息科技課程育人功能。本文以“未來太空車”項(xiàng)目為例，闡述如何落實(shí)指向深度學(xué)習(xí)的STEAM項(xiàng)目式教學(xué)。

深度學(xué)習(xí)是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程[1]。指向深度學(xué)習(xí)的STEAM項(xiàng)目式教學(xué)即通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景，學(xué)習(xí)小組成員運(yùn)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)創(chuàng)作含有STEAM元素的項(xiàng)目作品，在合作探究過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生主動(dòng)獲得知識(shí)的重新建構(gòu)和學(xué)會(huì)知識(shí)的遷移，提升學(xué)生高階思維和解決復(fù)雜問題的能力，更好地促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

基于STEAM理念的項(xiàng)目背景分析

“未來太空車”是第八屆全國(guó)青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)暨作品大賽的科普實(shí)驗(yàn)單元。本項(xiàng)目?jī)H限定裝置動(dòng)力系統(tǒng)、電池容量、裝置重量及尺寸范圍，裝置材料和運(yùn)動(dòng)方案沒有限制，要求參賽隊(duì)員能夠制作爬越障礙物的“未來太空車”項(xiàng)目作品。根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，我采用以“模仿—改進(jìn)—?jiǎng)?chuàng)新”為主線的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)思路。首先讓學(xué)生根據(jù)套件模仿組裝出簡(jiǎn)單的“未來太空車”作品，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索熱情。接著通過爬越障礙物比賽來刺激學(xué)生不斷改進(jìn)原來的作品，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步主動(dòng)去獲取物理、數(shù)學(xué)和信息科技等學(xué)科知識(shí)，從而不斷解決探索過程中遇到的各種復(fù)雜問題。最后，有部分優(yōu)秀的學(xué)生會(huì)舍棄舊方案，重新設(shè)計(jì)新方案并制作成新的優(yōu)秀項(xiàng)目作品，從而達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生具有科學(xué)精神、創(chuàng)新精神和自主可控意識(shí)的目標(biāo)。

1.賽道要求

賽道材料使用木板制作，表面粘復(fù)印紙，賽道寬度30cm，出發(fā)點(diǎn)到障礙物距離30cm，越障后至終點(diǎn)線距離30cm。

2.裝置要求

裝置長(zhǎng)、寬和高不能超過20cm×20cm×25cm；重量不超過300g；裝置動(dòng)力系統(tǒng)使用N20減速電動(dòng)機(jī)和2個(gè)CR2032電池，不指定廠家。

基于STEAM理念的項(xiàng)目教學(xué)分析

1.項(xiàng)目的STEAM要素分析

“未來太空車”的設(shè)計(jì)是一個(gè)典型的STEAM項(xiàng)目，它的STEAM要素及相關(guān)內(nèi)容如表1所示。

2.項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)要素分析

“未來太空車”項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)主要是以物理和數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，結(jié)合STEAM理念制定教學(xué)目標(biāo)要素如表2所示。

3.項(xiàng)目的課程內(nèi)容安排

本項(xiàng)目課程內(nèi)容分為兩個(gè)活動(dòng)任務(wù)，每個(gè)活動(dòng)任務(wù)都融合STEAM要素制定，具體課程內(nèi)容如表3所示。

基于STEAM理念的項(xiàng)目實(shí)施方案

1.課前準(zhǔn)備階段

本階段包含建立小組和明確任務(wù)兩個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）建立小組。團(tuán)隊(duì)合作是開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的一個(gè)重要組成部分，組建“好”的團(tuán)隊(duì)是開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。為此，教師先物色有較強(qiáng)組織能力和學(xué)科知識(shí)成績(jī)好的同學(xué)擔(dān)任小組長(zhǎng)，然后讓小組長(zhǎng)按照不同層次的學(xué)生和性別均衡原則自由建立學(xué)習(xí)小組，這種做法既可以避免出現(xiàn)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，弱弱組隊(duì)”的搭配現(xiàn)象，又培養(yǎng)了學(xué)生的集體意識(shí)和合作意識(shí)。

（2）明確任務(wù)。提前發(fā)放主題項(xiàng)目相關(guān)材料，各小組成員利用空余時(shí)間進(jìn)行探討和交流，讓大家提前明確項(xiàng)目工作任務(wù)和探究流程，有利于提高項(xiàng)目式學(xué)習(xí)效果，同時(shí)也節(jié)約了課堂探究時(shí)間。

2.課中實(shí)踐階段

本階段包含合作探究、作品展示和課內(nèi)初評(píng)三個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）合作探究。各小組成員根據(jù)課前分解的項(xiàng)目工作任務(wù)進(jìn)行合作交流，不斷解決探究過程中遇到的各種問題，逐步把集體設(shè)計(jì)的項(xiàng)目作品付諸實(shí)踐創(chuàng)作，有效提高項(xiàng)目式學(xué)習(xí)效果。如在創(chuàng)作“未來太空車”項(xiàng)目作品時(shí)，小組成員通過合作探究把套件材料組裝成能翻越障礙物的項(xiàng)目作品，大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)自主探究；接著在調(diào)試“未來太空車”作品時(shí)，通過開展項(xiàng)目作品攀爬高度比賽，促使小組成員在合作探究中更加深入研究項(xiàng)目作品使用的材料和方案，不斷學(xué)習(xí)組裝、測(cè)量和數(shù)據(jù)分析中涉及的物理、數(shù)學(xué)和信息科技等學(xué)科知識(shí)，在解決問題過程中踐行深度學(xué)習(xí)的行為，同時(shí)創(chuàng)作出優(yōu)秀的項(xiàng)目作品。

（2）作品展示。各小組成員共同努力完成相應(yīng)項(xiàng)目作品后，班級(jí)開展以小組為單位的作品展示活動(dòng)，記錄項(xiàng)目作品的相關(guān)數(shù)據(jù)。這種做法的目的是讓各小組學(xué)生知道每節(jié)課一定有展現(xiàn)項(xiàng)目成果環(huán)節(jié)，從而促進(jìn)他們從課前階段就認(rèn)真開展合作探究活動(dòng)。同時(shí)也為學(xué)生提供作品交流的平臺(tái)，讓大家在作品展示過程中認(rèn)識(shí)到自己的不足，從而為課后反思優(yōu)化提供改進(jìn)思路。

（3）課內(nèi)初評(píng)。結(jié)合作品展示收集的數(shù)據(jù)和項(xiàng)目評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，班級(jí)開展課內(nèi)項(xiàng)目作品初評(píng)，主要是采用小組自評(píng)、小組互評(píng)和教師總評(píng)等方式對(duì)項(xiàng)目作品進(jìn)行多元化評(píng)價(jià)，同時(shí)讓優(yōu)秀項(xiàng)目作品的小組成員分享經(jīng)驗(yàn)。這種做法有利于為其他小組成員在課后反思優(yōu)化提供思路。

3.課后反思階段

課后反思階段包含反思優(yōu)化和迭代評(píng)價(jià)兩個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）反思優(yōu)化。允許各小組成員在課后根據(jù)課內(nèi)作品初評(píng)成績(jī)進(jìn)行反思優(yōu)化，找出本小組作品存在的問題，然后利用課余時(shí)間對(duì)項(xiàng)目作品進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)。

（2）迭代評(píng)價(jià)。設(shè)置動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)機(jī)制，允許經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)后的項(xiàng)目作品繼續(xù)挑戰(zhàn)前面評(píng)選的優(yōu)秀項(xiàng)目作品，形成迭代評(píng)價(jià)機(jī)制，不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意意識(shí)和創(chuàng)新精神，讓學(xué)生只要自己不愿意服輸，都可以一直在挑戰(zhàn)項(xiàng)目作品的路上。

基于STEAM理念的“未來太空車”項(xiàng)目教學(xué)案例

1.安裝未來太空車

（1）課前準(zhǔn)備階段。先挑選優(yōu)秀小組長(zhǎng)，然后讓小組長(zhǎng)組建學(xué)習(xí)小組，成員要有好、中和差三種等次的學(xué)生，并且要考慮男女性別人數(shù)均衡。隨后給各小組發(fā)放“未來太空車”項(xiàng)目材料和“未來太空車”組裝圖片，以小組為單位提前熟悉完成組裝“未來太空車”項(xiàng)目作品的流程。

（2）課中實(shí)踐階段。在此階段中，我采用以下流程開展課中實(shí)踐活動(dòng)。首先展示“未來太空車”樣品，然后介紹“未來太空車”項(xiàng)目的背景以及項(xiàng)目作品的競(jìng)賽規(guī)則。提示各小組學(xué)生在組裝“未來太空車”時(shí)需要注意的工程問題：電動(dòng)馬達(dá)和底板安裝一定要緊固；齒輪組齒輪正確緊密嚙合；行星輪和轉(zhuǎn)動(dòng)桿要緊密卡緊。各小組根據(jù)圖紙組裝“未來太空車”作品，教師巡查課堂，及時(shí)解答學(xué)生在合作探究過程中遇到的問題。各小組組裝好“未來太空車”項(xiàng)目作品后，接著進(jìn)行爬高比賽作品展示，分別記錄各小組作品爬行高度數(shù)據(jù)。通過小組自評(píng)、小組互評(píng)和教師總評(píng)等方式評(píng)出課內(nèi)優(yōu)秀作品，并且邀請(qǐng)優(yōu)秀作品所在小組的成員上臺(tái)分享經(jīng)驗(yàn)。

（3）課后反思階段。允許各小組成員找出本組項(xiàng)目作品存在的問題，然后反思改進(jìn)和調(diào)試項(xiàng)目作品。允許各小組用反思優(yōu)化后的項(xiàng)目作品挑戰(zhàn)課內(nèi)優(yōu)秀項(xiàng)目作品成績(jī)，形成迭代評(píng)價(jià)機(jī)制。這種做法既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)意意識(shí)和創(chuàng)新精神。

2.調(diào)試未來太空車

（1）課前準(zhǔn)備階段。學(xué)生利用勾股定理計(jì)算爬行高度和行星架長(zhǎng)度、支桿長(zhǎng)度之間的數(shù)據(jù)。延長(zhǎng)行星架和支桿的長(zhǎng)度要考慮符合裝置的長(zhǎng)、寬、高尺寸不超過20cm×20cm×25cm（初始尺寸和完賽狀態(tài)）。發(fā)放延伸行星架和支桿長(zhǎng)度的相關(guān)材料，小組探討延伸材料和方案。

（2）課中實(shí)踐階段。在此階段中，我采用以下流程開展課中實(shí)踐活動(dòng)。一是展示部分學(xué)生已經(jīng)完成改進(jìn)后的“未來太空車”樣品，這種做法既滿足了主動(dòng)探究學(xué)生的成功感和榮譽(yù)感，又能夠?yàn)槠渌麑W(xué)生提供改進(jìn)的思路和方案。二是提示各小組學(xué)生在延長(zhǎng)行星架長(zhǎng)度和支桿長(zhǎng)度時(shí)需要注意的工程問題：在裝置最大尺寸范圍內(nèi)，支桿和行星架最優(yōu)長(zhǎng)度需要利用勾股定理計(jì)算；行星架和支桿延伸材料要考慮爬行時(shí)與紙面的摩擦力問題；如果采用伸縮延伸方案，要考慮裝置伸展和縮回時(shí)間，伸縮過程不能超過3分鐘。三是各小組在原有的“未來太空車”作品基礎(chǔ)上，根據(jù)課前探討的延伸方案實(shí)施延伸行星架長(zhǎng)度和支桿長(zhǎng)度，教師巡查課堂，及時(shí)解答學(xué)生在合作探究過程中遇到的問題。四是各小組完成延伸方案的“未來太空車”項(xiàng)目作品后，接著進(jìn)行爬高比賽作品展示，分別記錄各小組作品爬行高度數(shù)據(jù)。五是通過小組自評(píng)、小組互評(píng)和教師總評(píng)等方式評(píng)出課內(nèi)優(yōu)秀作品，并且邀請(qǐng)優(yōu)秀作品所在小組成員上臺(tái)分享經(jīng)驗(yàn)。

（3）課后反思階段。各小組成員找出本組項(xiàng)目作品存在的問題，然后改進(jìn)和調(diào)試作品；或者根據(jù)比賽規(guī)則重新使用新材料和新方案完成新的“未來太空車”項(xiàng)目作品。各小組互相PK優(yōu)化的項(xiàng)目作品，不斷挑戰(zhàn)新的項(xiàng)目作品成績(jī)，不斷形成迭代評(píng)價(jià)。

基于STEAM理念的“未來太空車”項(xiàng)目教學(xué)非常符合深度學(xué)習(xí)的特征，學(xué)生圍繞著“未來太空車”挑戰(zhàn)性主題開展小組合作探究，全身心積極參與組裝、計(jì)算數(shù)據(jù)、選擇材料和方案、改進(jìn)方案和優(yōu)化調(diào)試等環(huán)節(jié)，通過一次又一次刷新“來來太空車”項(xiàng)目作品翻越障礙物的高度，讓他們體驗(yàn)到成功的樂趣，也培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新精神和動(dòng)手操作能力，從而讓他們真正體驗(yàn)有意義的學(xué)習(xí)過程。

注：本文系廣東省中小學(xué)教師培訓(xùn)中心專項(xiàng)科研項(xiàng)目2021年度課題“指向深度學(xué)習(xí)的STEAM項(xiàng)目式教學(xué)課例開發(fā)與實(shí)踐研究”（課題立項(xiàng)號(hào)：GDSP-2021-Q008）、廣東省教育研究院2020年STEM教育專項(xiàng)研究課題“珠海市實(shí)驗(yàn)中學(xué)STEM教育編程學(xué)習(xí)課程的建設(shè)研究 （課題立項(xiàng)號(hào)：GDJY-2020-S-b027）”的階段性研究成果，受廣東省周莉萍名教師工作室資助

參考文獻(xiàn)

[1]張鵬，郭恩澤. 指向“深度學(xué)習(xí)”的教學(xué)策略研究[J]. 教育科學(xué)研究，2017（9）： 5.

作者單位：廣東陽江市江城第一中學(xué)