在《制作簡(jiǎn)易投石機(jī)》課堂引入STEAM教育理念

〔摘" "要〕" 本文以科學(xué)課《制作簡(jiǎn)易投石機(jī)》為例，引入STEAM教育理念進(jìn)行教學(xué)分析，隨之提出相應(yīng)的反思和建議。希望通過(guò)基于STEAM理念的小學(xué)跨學(xué)科融合教學(xué)研究，以點(diǎn)帶面，帶動(dòng)其他學(xué)科常規(guī)教學(xué)推陳出新。并以此為契機(jī)，為培養(yǎng)未來(lái)所需要的人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)共生共長(zhǎng)。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；STEAM教育理念；跨學(xué)科；反思和建議

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）13" " 0121-03

一、研究緣起

21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)和全球化的浪潮以驚人的速度改變著人們的生活和學(xué)習(xí)方式。未來(lái)社會(huì)對(duì)學(xué)生的理解能力、實(shí)踐能力與創(chuàng)造能力提出了更高的要求。反觀當(dāng)下，我們?nèi)耘f注重學(xué)科知識(shí)的傳授，缺乏讓學(xué)生自主實(shí)踐解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的教學(xué)現(xiàn)狀十分突出。

作為一種新的教育理念，STEAM教育在世界各國(guó)越來(lái)越受到重視。打造具有中國(guó)特色的STEAM課程及評(píng)價(jià)體系勢(shì)在必行。新課標(biāo)要求，圍繞發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，精選和設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，設(shè)置“跨學(xué)科主題”學(xué)習(xí)活動(dòng)，增強(qiáng)課程的綜合性和實(shí)踐性。2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》也明確了“物質(zhì)與能量”“系統(tǒng)與模型”“結(jié)構(gòu)與功能”“穩(wěn)定與變化”等跨學(xué)科概念。這充分說(shuō)明，科學(xué)教學(xué)要以學(xué)生的發(fā)展為本，要加強(qiáng)本學(xué)科與其他學(xué)科的結(jié)合，切實(shí)提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

當(dāng)前，STEAM教育理念在我國(guó)尚未廣泛普及，STEAM教育的推廣與實(shí)施還存在著諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。在分科教學(xué)背景下如何開(kāi)展跨學(xué)科融合教學(xué)，尚沒(méi)有成熟的模式可供參考。基于此，開(kāi)展了本研究。

二、概念界定

（一）STEAM教育

世界STEAM教育聯(lián)合會(huì)對(duì)STEAM教育的定義為：STEAM教育即融合創(chuàng)新教育，是一種基于現(xiàn)行教育與未來(lái)社會(huì)發(fā)展相匹配的需求，以解決未來(lái)世界性的問(wèn)題為目的，將科學(xué)、技術(shù)、工程、人文、數(shù)學(xué)等多學(xué)科充分融合，以激發(fā)學(xué)生好奇心為出發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的持續(xù)學(xué)習(xí)興趣，運(yùn)用情境式、任務(wù)型的教學(xué)方法，采取探究式的學(xué)習(xí)方式，提升直觀發(fā)散思維和融合創(chuàng)新思維能力的教育理念。

（二）跨學(xué)科

本研究中的“跨學(xué)科”應(yīng)界定為：以小學(xué)信息科技、數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)，以現(xiàn)實(shí)實(shí)踐問(wèn)題的研究和解決為依托，通過(guò)與一門(mén)或多門(mén)其他學(xué)科知識(shí)之間的相互整合與滲透，以超出單學(xué)科研究的視野，關(guān)注對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的全面認(rèn)識(shí)與解決，并鼓勵(lì)在跨學(xué)科基礎(chǔ)上完成創(chuàng)新與創(chuàng)造。

三、基于STEAM教育理念的小學(xué)跨學(xué)科融合教學(xué)實(shí)踐研究

筆者以科學(xué)課為載體，以用料簡(jiǎn)單、充分體現(xiàn)跨學(xué)科特性的制作簡(jiǎn)易投石機(jī)為契機(jī)，引入STEAM理念，嘗試進(jìn)行本次研究。以下為教學(xué)課例的具體實(shí)施。

（一）活動(dòng)背景及概述

學(xué)生用有限的材料制作一個(gè)成本合理、外形美觀且可以正常工作的簡(jiǎn)易投石機(jī)，在運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，增強(qiáng)自主探究、協(xié)作、語(yǔ)言表達(dá)、審美、質(zhì)疑、優(yōu)化改進(jìn)的綜合能力。

（二）STEAM學(xué)習(xí)目標(biāo)

S：了解杠桿及其原理、彈力等知識(shí)在投石機(jī)中的運(yùn)用。

T：學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方案、繪制草圖，選擇合適的材料，通過(guò)結(jié)構(gòu)搭建及固定完成投石機(jī)的制作。

E：學(xué)會(huì)按照設(shè)計(jì)圖完成投石機(jī)的制作，并對(duì)投石機(jī)的效果進(jìn)行測(cè)試與優(yōu)化改進(jìn)。

A：了解投石機(jī)的歷史；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)美觀的模型。

M：掌握三角形的穩(wěn)定性在投石機(jī)制作過(guò)程中起到的重要作用；學(xué)會(huì)計(jì)算成本，選擇最佳的材料完成投石機(jī)的制作。

（三）教法與學(xué)法

活動(dòng)采用探究式學(xué)習(xí)法推進(jìn)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)作為學(xué)生學(xué)習(xí)的支撐點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)教師給定的項(xiàng)目（問(wèn)題）首先進(jìn)行方案的制定，通過(guò)分組探究、任務(wù)分析、制作原型、測(cè)試改進(jìn)、展示評(píng)價(jià)等活動(dòng)階段進(jìn)行路徑優(yōu)化（見(jiàn)圖示）。

[教師主導(dǎo)][學(xué)生主體][提出問(wèn)題][制定方案][分組探究][制作原型][展示評(píng)價(jià)][測(cè)試改進(jìn)]

基于STEAM理念的小學(xué)跨學(xué)科融合教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

（四）教學(xué)流程

1.準(zhǔn)備階段：提出問(wèn)題—制定方案—分組探究

創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題：教師利用自行設(shè)計(jì)的小型派送機(jī)——投石機(jī)，準(zhǔn)確地將糖果派送至一位學(xué)生面前，由此引發(fā)“投石機(jī)”的話題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生探究如何制作一個(gè)簡(jiǎn)易的投石機(jī)。

任務(wù)分析，設(shè)計(jì)方案：小組合作進(jìn)行方案制定，明確成員分工與任務(wù)，明確探究方法。

分組探究：通過(guò)實(shí)物觀察、影像資料、動(dòng)手探究等方式進(jìn)行信息整合，了解背景知識(shí)。

（1）認(rèn)識(shí)投石機(jī)的種類(lèi)及結(jié)構(gòu)

學(xué)生分組觀察投石機(jī)實(shí)物圖，通過(guò)觀察與比較、討論與分析、假設(shè)與猜想，完成觀察記錄。小組問(wèn)題如下。

投石機(jī)的種類(lèi)？投石機(jī)的動(dòng)力？投石機(jī)的結(jié)構(gòu)？投石機(jī)的工作原理？

小組結(jié)論：

（2）認(rèn)識(shí)投石機(jī)的動(dòng)力來(lái)源——彈力

學(xué)生觀察動(dòng)畫(huà)片“憤怒的小鳥(niǎo)”中利用彈弓攻擊的畫(huà)面，認(rèn)識(shí)彈力并分析彈力的大小與哪些因素有關(guān)；彈力在投石機(jī)中可以起到什么作用。小組問(wèn)題如下。

憤怒的小鳥(niǎo)為什么會(huì)被發(fā)射出去？發(fā)射的距離遠(yuǎn)近與什么因素有關(guān)？擊中目標(biāo)還需要注意什么？彈力在投石機(jī)中還能起到什么作用？

小組結(jié)論：

（3）認(rèn)識(shí)投石機(jī)的結(jié)構(gòu)——體驗(yàn)三角形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

教師向?qū)W生展示鳥(niǎo)巢、埃菲爾鐵塔、高壓線塔、籬笆墻等建筑，讓學(xué)生觀察分析它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的相似之處，并讓學(xué)生猜想為什么它們的結(jié)構(gòu)中都會(huì)存在那么多的三角形。

學(xué)生利用材料盒中的一次性筷子和橡皮筋，分別制作三角形與正方形結(jié)構(gòu)，體驗(yàn)兩種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差異。小組問(wèn)題如下。

存在于不同建筑中的相似形狀是什么？什么形狀的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定？怎樣使其他形狀的結(jié)構(gòu)變穩(wěn)定？投石機(jī)的哪幾部分會(huì)用到三角形？

小組結(jié)論：

（4）認(rèn)識(shí)投石機(jī)的發(fā)射裝置——了解杠桿及其原理

學(xué)生利用材料盒中的橡皮和直尺，制作一個(gè)簡(jiǎn)易的杠桿，嘗試將另一塊橡皮拋出，體驗(yàn)橡皮支撐直尺的不同位置時(shí)，橡皮被拋出的距離遠(yuǎn)近有何差別。小組問(wèn)題如下。

橡皮處于直尺下方的什么位置拋出距離比較遠(yuǎn)？它與投石機(jī)的哪個(gè)結(jié)構(gòu)很相似？

小組結(jié)論：

2.實(shí)施階段：初步設(shè)計(jì)—制作原型

在活動(dòng)實(shí)施階段，教師要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生活動(dòng)方式與方法的指導(dǎo)，幫助學(xué)生找到適合自己的實(shí)踐方式，要指導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確記錄活動(dòng)過(guò)程，為活動(dòng)評(píng)價(jià)提供必要基礎(chǔ)。

初步設(shè)計(jì)：各小組設(shè)計(jì)要制作的簡(jiǎn)易投石機(jī)的方案，畫(huà)出簡(jiǎn)易投石機(jī)的草圖。匯報(bào)本組簡(jiǎn)易投石機(jī)的設(shè)計(jì)方案，闡述設(shè)計(jì)圖的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)理念（結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、節(jié)省成本、攻擊距離、審美等方面）。

制作原型：學(xué)生在聽(tīng)取了各小組的設(shè)計(jì)方案匯報(bào)后，比較各組設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)本組的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)，畫(huà)出比較清晰、美觀的設(shè)計(jì)圖。將改進(jìn)后的設(shè)計(jì)方案作為確定制作方案。小組成員在確定了制作方案后，利用材料盒中的現(xiàn)有材料，制作簡(jiǎn)易投石機(jī)。

3.改進(jìn)階段：原型測(cè)試—修改—作品展示

在改進(jìn)階段，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)作品原型進(jìn)行反復(fù)測(cè)試及組內(nèi)討論，不斷改進(jìn)優(yōu)化作品。

原型測(cè)試：學(xué)生在作品初步完成后，對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、發(fā)射效果等進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

修改：教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)測(cè)試結(jié)果，從橡皮筋的數(shù)量、用力的大小、支架的結(jié)構(gòu)、支點(diǎn)的位置等方面對(duì)投石機(jī)的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，提升作品的性能。

作品展示：各小組將測(cè)試合格的原型進(jìn)行美化和細(xì)節(jié)修整，在班級(jí)里進(jìn)行作品實(shí)物展示，并對(duì)其作品做相應(yīng)的介紹與描述，與大家分享制作心得體會(huì)，并著重談一談?dòng)龅絾?wèn)題是怎么解決的。

4.評(píng)價(jià)階段：多元評(píng)價(jià)方式

評(píng)價(jià)主要采取自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)等多元評(píng)價(jià)方式，設(shè)定在不同維度上進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如，結(jié)構(gòu)最佳、材料最少、設(shè)計(jì)最佳、配合最佳等。

學(xué)生用自己設(shè)計(jì)的投石機(jī)進(jìn)行投擲糖果比賽。以桌子的一端為起點(diǎn)，用自制投石機(jī)將糖果投射進(jìn)桌子另一端的靶區(qū)內(nèi)。每組學(xué)生操作投石機(jī)三次，并記錄糖果投射的第一落點(diǎn)位置。

（五）結(jié)論與反思

在小學(xué)科學(xué)課程中引入STEAM教育理念，為學(xué)生提供了先進(jìn)的實(shí)踐平臺(tái)，可操作性強(qiáng)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。在課程實(shí)施過(guò)程中，教師站在信息高度，科學(xué)選擇項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的橫向聯(lián)系；學(xué)生以問(wèn)題為導(dǎo)向，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，自主探究和協(xié)作解決，有效提升綜合素質(zhì)和能力。其一，各個(gè)學(xué)習(xí)小組經(jīng)過(guò)系列協(xié)作探究活動(dòng)，能夠循序漸進(jìn)地完成項(xiàng)目任務(wù)以及制作出美觀、有價(jià)值的作品；其二，根據(jù)課堂學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表以及與學(xué)生課下交流發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生均對(duì)科學(xué)探究、信息技術(shù)、測(cè)量計(jì)算、工程實(shí)踐等表現(xiàn)出極大的學(xué)習(xí)興趣，無(wú)形中也鍛煉了其運(yùn)用上述相關(guān)知識(shí)和技能解決問(wèn)題或完成任務(wù)的能力。由此可表明，基于STEAM理念的小學(xué)跨學(xué)科融合教學(xué)的實(shí)施對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)具有積極意義。

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