STEAM教育與項目式學習

〔摘" "要〕" 在基礎教育課程改革深化背景下，STEAM教育與項目式學習融合為科學教學創新提供了新的思路。本文以教科版科學五年級下冊“船的研究”單元為例，先是系統探討二者在教育目標的內在一致性和方法層面的互補性。后續提出五項實施策略：基于科學現象設計主題任務，運用數字化工具輔助探究，遵循工程設計流程開展實踐，融入美學要素提升作品表現力，采用量化分析優化評估體系。憑借以上教學策略，教師能有效激發學生的科學探究興趣，為小學科學教育創新提供實踐參考。

〔關鍵詞〕" 小學科學；STEAM教育；項目式學習

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）15" " 0080-03

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確提出，小學科學教師應培養學生的科學觀念、科學思維、探究實踐和態度責任。STEAM教育將科學、技術、工程、藝術和數學等多學科有機整合，與課程標準所提出的目標高度契合，強調教師在真實的情境中引導學生運用多學科知識解決問題，從而提升其綜合素養。項目式學習以問題為驅動，憑借設計具有挑戰性的任務，引導學生在完成任務的過程中主動探究，同樣與新課標所提倡的“做中學”理念相契合，能夠為學生提供在實踐中學習、在體驗中成長的機會。

一、STEAM"教育與小學科學項目式學習的契合點

（一）教育目標一致

項目式學習（Project-Based"Learning）英文簡稱為PBL，主要是以學生為核心的動態學習模式。學生在小學科學課堂參與項目式學習，可以深度掌握科學知識體系。而STEAM教育理念源自美國政府針對K12教育所發起的倡議，著重強化科學、技術、工程、藝術、數學多領域教育。教師在小學階段實施STEAM教育，旨在幫助學生扎實構建多學科知識架構，如在科學領域理解基礎科學原理，在數學方面熟練掌握運算規則。因此，STEAM教育與項目式學習在教育目標上具有高度一致性，均致力于促進學生完整構建知識體系。?

（二）學習方法互補

教師實施項目式學習，主要在于引導學生自主發現并解決開放性問題。學生參與項目式學習的過程中會歷經獲取知識、精心規劃項目方案、切實執行項目任務以及小組交流協作等環節。STEAM教育則強調融合并運用多學科知識，教師在小學科學項目式學習中融入STEAM教育，能為學生提供更為多元的學習方法。例如在“船的研究”單元教學中，學生運用科學知識剖析船的浮力原理，借助技術手段選擇合適工具，依照工程思維構建船的結構，融入藝術審美優化船的外觀設計，運用數學方法計算船的載重，這些方法相互補充，共同助力學生全面發展。

二、STEAM教育與小學科學項目式學習課例研究

（一）挖掘科學現象，規劃項目主題

在小學科學項目式學習中挖掘科學現象并規劃項目主題是課程關鍵起始環節。科學現象是自然規律的外在表現，項目主題則是引導學生自主探究的核心線索。教師規劃項目主題需要建立在深入理解科學現象的基礎上，同時兼顧學生的認知發展水平和課程標準要求。在STEAM教育架構下，規劃項目主題更需要考慮有機融合多學科知識，使其自然嵌入學生的學習過程。

以教科版科學五年級下冊“船的研究”單元為例，本單元涉及船的歷史、材料、載重、動力等多方面知識。以往的小學科學課堂通常側重于單向灌輸知識，學生只能被動接受，缺乏自主探究的體驗。為改善這一狀況，教師可從船的發展歷史入手，引導學生觀察獨木舟、帆船、蒸汽船等不同船舶的特點，進而引出“如何改進船舶性能”的驅動性問題。隨后教師可設計“設計一艘載重量大且穩定性好的船模”作為項目主題。此設計緊密結合教材知識點，以科學歷史現象為切入點，讓學生在實踐探究中理解科學知識，提升解決問題的能力，從而增強小學科學教學的實效性。

（二）巧用技術工具，推動項目實施

數字化時代背景下，在科學教育中應用技術工具已成為培養學生科學核心素養的重要途徑。教師在科學教學中適當介入技術能有效降低學生學習過程中的外在認知負荷，有助于學生將更多注意力集中在解決問題上。其中技術工具不僅有實物工具，還涵蓋數字軟件等虛擬工具，能輔助學生更高效地獲取信息，開展實踐操作。與此同時，學生合理運用技術工具可將抽象知識直觀化，降低學習難度，從而在實踐中感受技術對科學研究的支撐作用，提升科學素養與技術應用能力。此外，學生在項目式學習中使用技術工具需要遵循“必要、適度、有效”三項原則，既要避免過度炫技淡化科學本質，又要充分發揮其在精準采集數據和促進協作交流方面的獨特優勢。

當前教學中學生在參與學習項目時，常因未能有效使用技術工具而導致項目推進出現困難。對此教師可在學生設計小船環節指導學生運用簡單繪圖軟件或紙筆，繪制出詳細的小船設計圖，標注使用材料和小船結構。此做法不僅能清晰呈現學生的設計思路，還便于學生在小組間交流討論，優化設計方案。后續學生制作小船時，教師可引導學生利用剪刀和膠水處理材料，制作船體。同時在學生測試小船載重量時，教師需指導學生使用天平、砝碼等工具準確測量小船載重量，計算出準確的數據。對于安裝動力系統，可引導學生使用小電動機、導線、開關等工具，搭建簡單電路，為小船提供動力。總之，教師引導學生合理運用以上技術工具，能幫助學生將所學知識轉化為實踐操作，提升其動手能力。而且學生使用工具能更加深入理解船的結構、載重、動力等知識點，形成嚴謹科學態度，讓項目式學習在科學有序的氛圍中推進，從而有效完成教學目標。

（三）依循工程步驟，開展項目實踐

工程教育是STEAM教育的重要組成部分，其核心在于憑借有序的步驟解決實際問題。教師開展小學科學項目式學習活動時依循工程步驟，能引導學生像工程師一樣行動，從明確問題與需求出發，經過設計方案、制作模型、測試優化等環節，最終實現解決問題的目標。這一過程既能讓學生掌握科學知識技能，還能培養其邏輯思維、團隊協作以及創新能力，幫助學生學會在實踐中運用知識，提升其綜合素養。

在“船的研究”單元教學中，教師可以引導學生深入體驗完整的工程設計流程（見下圖）。在問題識別階段，教師向學生展示從獨木舟到現代輪船的演變歷程，引導學生思考船舶設計中的浮力原理、結構穩定性、動力系統等關鍵要素。學生需要提前明確任務的具體要求，使用限定材料制作一艘載重量至少達到200g且具有自主動力系統的小船，并控制制作成本。該階段教師應注重培養學生的問題意識，要求其用筆記記錄觀察到的現象和中途產生的疑問。進入方案構思環節學生需要分組討論并繪制詳細的設計圖紙，構思過程中學生應考慮以下因素：船體形狀對流線型的影響；不同材料對浮力的作用；動力系統的選擇與安裝位置。

在此階段，學生需要運用數學知識計算船體體積與載重量的關系，評估不同設計方案的可行性。教師則鼓勵學生提出創新性解決方案，借鑒潛艇的壓載艙設計來改善穩定性，或參考帆船的風力利用方式來優化動力系統。

到了原型制作階段，學生應根據設計方案選擇鋁箔、泡沫板、木條等合適的材料進行制作。其間教師應向學生提供電子秤用于精確控制材料用量，簡易電路元件用于組裝動力系統。在制作過程中，學生需要不斷對照設計圖調整船模，解決材料強度不足、動力系統安裝不穩等問題。此階段教師要特別注重培養學生的工程素養，要求學生詳細記錄制作過程中的每一個步驟細節。測試評估環節，學生需要按照預定的評價標準，測試制作完成的小船。測試載重量時要求小船能夠穩定承載200g重物而不沉沒，檢驗動力系統時要求小船可自主航行一定距離，測試穩定性時要求小船在裝載重物后不易側翻。在此期間學生需準確記錄各項測試結果，為后續優化提供依據。

優化改進環節體現出工程設計的迭代特性。學生根據測試結果分析設計中的不足，提出改進方案。如當學生發現船體容易側翻時就需要調整重心位置或增加船體寬度，發現動力不足時則應該優化風帆角度或改進推進裝置。最終來到成果展示與反思階段，學生需制作展板介紹自己的創作流程，并撰寫工程報告。教師組織作品展示會，讓學生互相評價交流經驗。憑借這樣的完整工程實踐，學生既能深入理解浮力、穩定性等科學概念，還可以掌握系統化的問題解決方法。

（四）融入藝術元素，豐富項目成果

STEAM教育中的“A”（Arts）元素為科學項目注入獨特的美學維度。藝術教育不光培養學生的審美素養，更重要的是發展學生的創造性表達，這與科學教育強調的邏輯思維形成互補。教師在項目式學習中融入藝術元素可以激發學生的設計思維，讓科學探究過程更具創新張力。

教師在“船的研究”單元教學中可以從三個層面融入藝術元素，在船體設計環節，引導學生運用比例、對稱、色彩等美術原理優化船型外觀，借鑒傳統船舶的流線型設計，或是為船體繪制具有文化特色的圖案裝飾。而在模型制作階段鼓勵學生關注材料的美學表現，指導其選擇不同質感的材料組合，運用剪紙、拼貼等藝術手法美化船體。到了成果展示時教授學生制作圖文并茂的項目手冊，利用信息圖表清晰呈現設計思路，運用攝影機記錄制作過程的關鍵節點。

（五）借助數學方法，優化項目評估

量化評估是科學探究的重要環節。美國數學教師協會（NCTM）強調，應在真實的問題情境中培養學生的數學應用能力，幫助學生在解決實際問題時自然發展數學思維。在STEAM項目中應用數學方法既能讓評估結果客觀準確，還能幫助學生建立數據驅動的決策意識，培養其理性思維和科學態度。

對此教師可設計多層次的數學評估活動，船體設計階段引導學生運用幾何知識計算不同船型的表面積與體積比，預測其載重能力。如讓學生比較長方體、圓柱體等不同幾何形狀的鋁箔船，幫助其直觀理解“體積相同情況下，表面積越小載重量越大”的數學規律。在成本核算環節，指導學生建立簡單的線性方程，平衡材料成本與性能需求的關系，培養其工程經濟意識。測試階段則引入統計學方法，要求學生記錄多次載重實驗數據，計算平均值并分析誤差范圍，理解科學測量的不確定性。后續教師需為學生特別設計“性能指數”評估表，將載重量、穩定性、動力效率等指標量化為具體分數，經過加權計算得出綜合評分。這種量化的評估方式，不僅能讓項目成果更具可比性，更可以幫助學生建立起“用數據說話”的科學態度。?

三、結語

綜上所述，STEAM教育與小學科學項目式學習的深度融合代表著未來基礎教育改革的重要方向，這種跨學科教學模式將科學探究、工程設計、數學分析、藝術表達有機整合，為培養具有核心素養的未來公民提供有效路徑。從認知發展視角看，此學習方式能充分激活學生的多元智能，促進其抽象思維與形象思維的協同發展。

參考文獻

[1]林娟.貫徹STEAM教育理念進行“船的研究”項目式學習[J].小學科學，2025（7）：103-105.

[2]孫世紅.小學科學教育中基于主題單元的項目式學習策略[J].天津教育，2025（4）：181-183.

[3]王玉立.“融教育”視域下小學科學項目式學習的實踐探索[J].遼寧教育，2024（22）：10-13.

[4]趙陳黎杰.基于STEM教育的小學科學項目式學習研究[J].小學生（下旬），2024（2）：4-6.