基于STEAM理念的項目式學習課程設計與實踐

李輝

摘? 要? STEAM是一種整體融合育人模式，它不同于以前育人中的學科類型的教學，而是將學科之間的界限去除，融合許多種類相關的知識來處理實際情況中發生的問題，從而形成融合多種學科的知識的教育類形式。以乳山市中小學綜合實踐學校的水火箭的制作與探究為例，對基于STEAM理念的項目式課程設計與實踐方法進行分析，以期對相關課題的研究有所啟示。

關鍵詞? STEAM；課程設計；項目式學習

中圖分類號：G632? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）13-0094-04

0? 引言

STEAM教育推動的是教學模式的改變，圍繞主題，基于某個具體項目和問題的學習、基于創新的學習、基于故事思路的學習等多種類型學習同時存在，科學探索、問題探究、工程策劃、分享展示等多種活動類型靈活呈現，最終的目標是通過實踐的手段，達到培養人的效果，培養科技類型創新式人才[1]。項目式學習（簡稱PBL），就是圍繞某個具體的學習項目，在整個過程中，充分選擇和利用最優化的資源來學習，在實踐中獲得體驗、內化吸收，在探索與創新中獲得較為完整和具體的知識，形成專門的技能和得到充足發展的學習[2]。比較兩者的定義，很容易發現項目式學習和STEAM在教育方面的涵義是相通的，其學習過程中均有發現問題—規劃方案—解決問題—評價反思這四個關鍵環節，因此，將STEAM理念融合到項目式學習課程中具備實施可行性，但目前針對這一方向實踐的研究案例較為匱乏，本研究旨在通過分析典型課例“水火箭的制作與探究”，以期對基于STEAM理念的項目式學習課程的設計與實踐研究提供可借鑒的案例。

以“水火箭的制作與探究”為例，本文將從課程理念、課程目標、課程設計流程、課程效果分析四個方面進行分析。

1? 課程理念

一堂好的綜合性實踐課，不僅能讓學生在愉悅中去學習知識，更重要的是能夠促進學生提升動手操作能力和團隊合作的能力，促進學生發散性思維的形成，能夠促使學生積聚知識，開闊眼界，并能激發對科技的追求和愛國情懷。“水火箭的制作與探究”是乳山市中小學綜合實踐學校基于STEAM理念的項目式學習的課程范例，本課程參考數學、科學、物理、藝術、信息等新課標，在計劃和實施過程中充分體現學科的核心素養和相關知識的融合。本課例以項目為主線[3]，發揮學生的主體作用，既做到學科間的融合，如表1所示，又以項目學習的形式呈現，是一種發揮學生的整體參與性，自主協作、探索創新的新型課程模式，來促進學生問題的解析和處理能力的提升。

2? 課程目標

基于本課程在綜合實踐活動課程指導綱要中的地位和作用，確立了如下目標。

2.1? 科學（Science）

了解我國火箭發展史，探究“水火箭”背后的科學原理，培養科學探究精神。

2.2? 技術（Technology）

熟練運用信息技術處理數據，客觀分析影響

水火箭升空飛行的要素以及影響水火箭發射高低的因素。

2.3? 工程（Engineering）

熟悉水火箭設計制作步驟，運用設計思維，完成水火箭的制作，在小組合作中培養工程思維。

2.4? 藝術（人文）（Art）

完成水火箭的外觀創作；了解我國航天事業艱難的發展歷程，加深愛國主義情懷。

2.5? 數學（Mathematics）

運用數學知識處理實驗數據，培養數理思維。

3? 材料和工具準備

碳酸飲料塑料瓶、60 cm×60 cm綢布1塊、頭錐、尾翼、膠帶、絲線、剪刀、彩筆、拐尺、熱熔槍等。

4? 課程設計流程

“水火箭的制作與探究”一課，以圖1所示的基于STEAM理念的項目式學習課程設計流程為標準進行課程流程設計，如圖2所示。

具體教學流程如下。

4.1? 故事引領，明確主題

4.1.1? 了解火箭發展史

通過世界航天第一人——萬戶的飛天夢想引發大家的航天夢。詳細講解萬戶嘗試飛翔的故事，指導學生運用電腦網絡搜索工具進行查閱，運用Word軟件完成《世界航天第一人》圖文匯報。學生在整個過程中，能感受到萬戶飛天的科學啟示和其中映射出的不怕艱險，勇于嘗試，甚至不惜犧牲生命去探索新世界的科學家的勇毅前行的精神。通過觀賞相關的影片、研究相關的資料，了解我國的航天歷史，能準確說出中國首個人造地球衛星、中國首個載人航天飛船和中國首次探索測量深空的時間以及詳細的項目。

4.1.2? 認識中國探索太空的意義

通過問題：人類為什么要探索宇宙？引發思索，通過找尋對應的資源來處理問題；了解宇宙探尋的現狀和發展過程；了解探尋開發太空和保護太空的重大作用。

同時學習航天人勇于創新、不怕困難的英雄精神，培育和發揚吃苦耐勞、戰斗、攻關、奉獻的載人航天精神。

4.2? 探究原理，提出問題

4.2.1? 學習火箭的升空原理

首先播放火箭發射的精彩瞬間，觀察火箭升空時，燃料燃燒，產生高溫燃氣，通過管口向下高速噴出，利用產生的反作用力將火箭向上推進的現象。通過現象推測原理，來理解定義。（聯系物理學科）什么是反作用力？教師和學生互動實驗，學生站立馬步，教師兩只手伸直推學生，在反作用力下，教師后仰。證明互相作用的力，你給它一個力，它同時刻會給你一個同樣的力，這個力就是反作用力，從而驗證火箭發射的原理。

4.2.2? 探究水火箭的升空原理

通過分析、類推引導學生考慮“什么是水火箭？升空原理是什么”。通過展示水火箭裝置，如圖3所示，往箭體里加氣，會在箭體中形成一定的壓力，按動發射的開關，將密封的瓶子口打開，水會就瞬間噴出，箭體利用產生的反作用力升空。學生懂得氣體會在箭體中形成一定的壓力，明白壓強和面積和壓力的關系，通過運用相關的物理學知識提高對問題的理解和處理能力。

4.3? 創新設計，制定方案

本任務設計主要分為以下三個階段。

4.3.1? 質疑思考階段

播放水火箭升空視頻，展開聯想，猜想水火箭能飛多高？激發學生設計制作水火箭的欲望。頭腦風暴，思考有可能影響水火箭發射效果的因素，利用物理和數學學科知識解釋水火箭的造型原因。

4.3.2? 材料分工階段

從影響在空中的滯留時間長短的原因入手，確定制作“水火箭”所需要注意的地方，通過材料的選取和操作過程來改進這些環節與步驟，引領學生總結出制作“水火箭”材料及人員安排。

4.3.3? 創新性設計階段

組內集思廣益進行方案的設計與修改，并繪制圖紙。

從工程的角度出發，將與水火箭相關的知識轉化為實踐，解決現實中的難題，最終得到實際的作品。通過這個過程，知道設計包括一系列的步驟，教師引導學生嘗試運用不同的耗材、多種思路、不同的方案完成裝置制作，感受創新帶來的快樂。

4.4? 小組合作，動手實踐

4.4.1? 制作模型

講解并強調學生在實際操作時的安全注意事項等。

4.4.2? 過程性記錄

在制作開始前發放表格，要求小組記錄員記錄制作流程以及制作過程中遇到的問題和想法。小組在討論的基礎上，填寫任務單，這樣在制作水火箭的時候就能避免許多錯誤。

4.4.3? 總結性思考

教師引導學生回憶制作水火箭所經歷的步驟，共同總結本項目的流程與經驗。

研究、制作水火箭，符合學生好動樂玩的天性，這是一個充滿樂趣和挑戰的學習活動過程，在這一過程中，學生能夠獲得豐富多彩的學習體驗和個性化的創造表現。他們會傾注更多的熱情，積極主動地參與實踐活動。通過親身實踐提升學生的動手能力，學會水火箭的制作方法，體驗學習科學的樂趣，激發學習科學的興趣，提升學生科學探究的能力。

4.5? 測試實驗，完善報告

制作完成后，嘗試放飛水火箭，強調安全及注意的問題，觀察水火箭在空中的滯留時間和飛行中的情況等。根據首次記錄，分析水火箭飛行時候存在的問題（如旋轉、偏離、高度、時間長短等），通過問題來進一步分析出改變發射距離的原因。有些現象問題屬于制作原因，通過改進水火箭就能解決，如偏離和旋轉，通過調整尾翼的位置及大小就可以解決。但高度、滯留的時間與氣瓶容量、壓力、裝水量有關，還需進一步通過控制變量實驗探究，水火箭試射記錄表如表2所示。

4.6? 展示評價，總結分享

學生多才多藝的展示是學習長久性的強大動機。作品演示的質量高低，不僅直接決定著整堂課的結果，而且對學生展示自己和自信力有很大的促進作用。教師調動學生的主動性，幫助他們建立信心，去融入其中表現自己。

4.6.1? 小組展示水火箭，并分享收獲與體會

交流與討論既是對學生在過程中的各方面表現和制作作品作一個小結，如表3所示，同時也是一種教師與學生、學生與學生之間共同交流和學習的機會，是學生學會正視自己、評價他人的過程。

4.6.2? 結合評價表，根據課堂表現進行評價

在整個項目中，通過過程和結果等多樣性評價，全面地關注整個過程中的成果。如解決實際問題的能力，及時地對學習的情況做出判斷，發現其中的優缺點。

5? 課例效果分析

“水火箭的制作與探究”是中小學綜合實踐活動課程指導綱要152個推薦活動主題之一“模型項目的設計與制作”。本課程采用自主探究、小組合作、實踐操作、親身感受等多種學習方式，充分利用圖片和錄像等相關資料，讓學生對水火箭產生強烈的興趣，了解水火箭的結構、各部位作用以及水火箭的基本升空原理，能解析水火箭升空飛行時間長短的原因，感受理論指導實踐的巨大作用。采用項目驅動，教師設立具體實際的情境，針對本次活動要完成的目標來具體設計出螺旋上升的問題來指引學生去思考，使學生確認其中的任務及所包括的目標和意義，讓他們帶著任務在探究中學習，培養獨立意識及問題處理的能力和熱愛科學事業的理想和感情。同時，學習英雄們艱苦奮斗、勇于探索、不辭辛勞的大國工匠精神，認識到探秘太空是一項偉大而冒險的任務，激發學生的愛國情感和為我國的科學事業作貢獻的使命感。

6? 結束語

基于STEAM理念的項目式的研習課程，即將STEAM理念與項目式的學習方式合二為一，進行課程的設計與應用實踐，課程中采用項目式程序，運用多學科類型的知識處理現實難題，是以為國家培養專業實踐性人才為直接性目標的一種有效的課程計劃與實施方法。

7? 參考文獻

[1] 陳磊.STEM：跨越現在和未來的教育[J].中國信息技術教育，2021（16）：1.

[2] 李剛.改變STEM教育故事 面向STEM教育未來：第六屆國際STEM教育大會（2021）述評[J].數學教育學報，2022，31（03）：88-93.

[3] 房正剛.芻議項目式學習在高中信息技術教學中的應用[J].學苑教育，2021（20）：19-20.