基于STEAM教育理念的初中科學教學設計實踐

[中圖分類號]G620 [文獻標志碼]A【文章編號]1008-2549（2025） 0004-0025-03

STEAM教育強調科學、技術、工程、藝術與數學的多學科協同，將傳統學科的邊界加以模糊化，以項目為載體構建真實的學習情境，為學生提供了整合知識、探索未知的契機。在初中科學教學中，這一理念的運用不僅拓展了科學教育的深度與廣度，還通過多維實踐激發學生的好奇心和創新意識。從教育目標來看，初中階段的學生正處于思維發展與世界觀構建的關鍵期，STEAM教育以問題導向和動手實踐為核心，使學生在解決復雜問題的過程中實現知識遷移與能力提升。從教學改革的角度看，STEAM教育為教師提供了更加開放的教學設計框架，使課程不再局限于單一知識的傳授，而是通過跨學科融合與項目化學習，實現從知識灌輸到能力培育的轉變。這種轉變不僅提升了教學的實踐價值，也為培養具有綜合素養和創新能力的未來人才提供了全新的教育范式。

一、STEAM教育理念賦能初中科學教學的核心優勢

（一）激發探究學習動機

在STEAM教育理念的支持下，初中科學教學突破了傳統單一學科教學的局限，通過多學科融合的方式，引導學生以更加開放的視角接觸科學知識，促使學生在學習中產生對未知問題的好奇心與主動探索的動力。探究學習的動機來源于學生對知識意義的理解，而STEAM教育通過打破學科壁壘，能使學生認識到知識之間的有機聯系，從而強化學習的價值感和目標感。同時，STEAM教育強調實踐與理論之間的平衡，通過任務驅動和問題導向的學習方式，使學生在解決實際問題的過程中體驗思維的挑戰與成就感，這種體驗激活了學生的內在驅動力。更重要的是，STEAM教學環境具有高度的開放性和包容性，為學生提供個性化的學習路徑，尊重其多樣化的興趣點與學習方式，從而使學生能夠從內心深處產生對探究過程的持續投人。

（二）強化問題解決能力

科學教育的核心目標之一是培養學生解決復雜問題的能力，而STEAM教育為實現這一目標提供了全新的路徑。在STEAM框架中，學生被置于跨學科的學習情境中，需整合多領域的知識資源進行思考與實踐，這種整合式學習有效提升了學生的認知遷移能力。問題解決能力的提升不僅依賴于知識的積累，更需要學生在面對開放性問題時具備邏輯推理、批判反思和創新設計的能力，而STEAM教學通過設計情境化、結構化的任務，引導學生在實踐中經歷從問題分析到解決方案優化的完整過程[。在這一過程中，學生的思維習慣逐漸從單一走向多元，從被動接受轉向主動探索。另外，STEAM教育的反饋機制促使學生不斷修正自己的思維路徑，這種動態的學習循環強化了其面對復雜問題時的應變能力與系統性思考能力，從而為未來的學習和實踐奠定了堅實基礎。

二、基于STEAM教育理念的初中科學教學設計的五維路徑

（一）科學探究導向的實驗設計與實施

科學探究是初中科學教學的核心環節，其實驗設計需要以問題驅動為導向，體現科學邏輯與實證思維的統一。實驗的設計應注重變量控制、數據分析與假設驗證的嚴密性，使學生在動手與思考中構建科學認知。實施過程強調探究過程的開放性和學生主體性的發揮，教師需通過精心設計的實驗情境，引導學生經歷觀察、質疑、分析、歸納等科學實踐環節，激發其批判性思維與自主探究能力[2。科學探究的實驗不僅是對自然現象的驗證，更是培養學生科學素養和創新能力的關鍵路徑。例如，在講解“酸和堿之間發生的反應”時，教師可以設計一個任務情境：如何利用酸堿中和反應調節酸性湖水的 pH 值以保護生態環境？然后教師可以首先引導學生回憶酸堿的基本性質，并提供多種酸堿溶液、指示劑和量具，要求學生分組設計實驗方案，探究中和反應的規律。這樣學生通過實驗，就可以逐步掌握酸堿溶液的用量比例，并利用指示劑的顏色變化判斷中和點。在實驗結束后，學生需要對數據進行整理，繪制pH變化曲線，并結合實驗結果計算酸堿用量的理論值與實際值的偏差，分析誤差來源。最后，教師還可以要求學生思考酸堿中和反應在實際環境保護中的應用場景，并提出合理的改良建議，從而讓學生獲得在真實情境中解決問題的實踐經驗，培養學生設計實驗與分析數據的科學素養。

（二）技術支持下的數字化教學創新

數字化技術的深度融合賦予初中科學教學更高效與多元的可能性。基于STEAM教育理念，數字化教學的核心在于資源整合與動態交互，通過虛擬實驗、實時仿真等手段，學生可在真實問題情境中探索科學規律。數字技術不僅拓寬了教學內容的廣度，還通過可視化數據與即時反饋增強學生概念理解的深度。教師需將技術工具設計為思考的延伸與探究的助手，以實現學習過程的個性化與精準化，最終推動從知識接收到能力生成的全面轉變。教師可以借助虛擬仿真平臺，讓學生在線搭建電路模型，包括電源、燈泡、電阻和開關等元件，并通過調整參數（如電壓、電阻的大小）觀察電流變化對電能轉化的影響。而學生們可以通過軟件實時記錄數據，生成電壓、電流和電阻的關系圖表，直觀地理解歐姆定律及電能轉化的過程。為了提升理解深度，教師還可以設置開放性問題：“如何才能設計出最節能的電路方案？”促使學生通過反復調整電路結構，優化電能利用率，并以小組形式交流設計成果。數字化工具的引入不僅克服了物理實驗中設備成本和操作失誤的限制，還讓抽象的電能轉化規律變得可視化，從而強化了學生的分析能力和科學建模思維。

（三）工程思維驅動的項目化學習設計

工程思維的引入要求教學從復雜問題的解決出發，將科學知識轉化為實踐應用的能力。項目化學習設計需要構建真實的問題情境，使學生在明確目標、規劃方案、反思優化的過程中形成系統化的認知與創造性思維[3]。通過將學科知識融入具體項目，工程思維能夠促進學生在協作中探索解決方案，在實踐中深化科學認知。同時，教師需在項目推進過程中平衡科學性與可操作性，既要關注對知識的應用，又要引導學生發展批判性思維與綜合實踐能力。課堂上，教師可以向學生展示生活中生銹的鐵制品及其帶來的經濟損失，引出如何防銹這一實際問題，并要求學生自主設計實驗進行探究。學生分組后，可以從酸性和潮濕環境中選擇一種模擬方案，將鐵片進行不同防護處理，包括涂油、鍍鋅、涂漆等，并在數天內定期觀察鐵片的腐蝕情況，記錄鐵銹產生的速度和程度。隨后，學生們可以結合實驗數據，分析不同防護方法的優劣，并綜合考慮材料成本與實際應用場景，提出最優的防銹方案。最后，各組通過展示實驗結果和設計方案進行討論和改進。通過這一項目化任務，學生在探究金屬化學性質的同時，發展了工程思維，也可以學會從多角度解決實際問題，提升學生的實踐能力和團隊協作精神。

（四）藝術創意融入的課堂活動優化

藝術創意的融入為科學教學打開了多感官、多維度的認知通路，其核心在于推動科學與藝術的深度交融。在STEAM教育理念下，課堂活動應通過藝術化設計激發學生的情感共鳴與想象力，使其在科學學習中體會到審美價值與文化意涵。創意的引入不僅提升了課堂的趣味性和參與度，還為科學概念的表達提供了多樣化的媒介，幫助學生在跨學科視角中實現知識的遷移與創造。教師可以首先通過視頻講解人體所需的主要營養成分及其來源，并結合學生的生活經驗，討論營養不良和營養過剩的危害。隨后，學生以小組為單位，用卡紙、彩筆、模型材料等工具，設計并制作一份具有均衡營養的餐盤模型，同時結合所學知識標注每種食物的熱量、營養成分及其比例。此外，教師還可以組織“健康餐盤大賽”，使學生通過海報或小組講解的形式展示作品，并由其他組成員和教師共同打分。最終，所有學生對設計理念進行反思，并改進自己的餐盤方案，從而加深學生對營養學知識的理解，還通過藝術表達提升了學習興趣，展現了科學與藝術結合的創造力。

（五）數學思維培養的問題解決方案

數學思維在科學教學中的作用體現在對抽象結構與量化規律的深刻理解。教學設計應注重在科學問題中融入數學模型的建構與邏輯推演，引導學生通過數學語言表達科學現象的本質。解決方案的設計需基于科學探究的需要，將數據分析與計算方法貫穿于問題解決的全過程，培養學生的推理能力與精確思維。在數學與科學的交叉點上，學生得以構建系統化的認知框架，提高對復雜問題的分析與解決能力[4]。例如，在講解“能量的轉化與守恒”時，教師可以設計一個結合數學建模的任務：分析滑梯運動中能量的轉化效率。在此過程中，教師可以讓學生觀察一個小球從滑梯頂端滑下的過程，并提出問題：“小球的勢能是如何轉化為動能的？摩擦力對轉化效率有多大影響？”引導學生通過實驗測量滑梯的高度、小球滑下的時間、最終速度等關鍵數據，并利用數學公式計算小球滑下過程中的動能、重力勢能及能量損失。然后，學生需要繪制函數圖像，分析摩擦力對能量轉化效率的影響，并結合實驗數據提出如何降低能量損耗的改進方法。教師在過程中可以適時引導學生將物理知識與數學知識相結合，幫助他們梳理邏輯關系，促使學生在理解能量守恒定律的同時，強化數據分析、函數應用和邏輯推理能力，體現了物理與數學的深度融合。

三、基于STEAM教育理念的初中科學教學實踐反思

（一）教師角色轉變與專業發展

在STEAM教育理念下，教師的角色不再局限于只是知識的傳授者，而是轉向學習的引導者、資源的整合者以及創新的支持者。這一轉變要求教師突破傳統教學思維，主動適應跨學科融合的教學需求，通過持續學習提升自身的專業素養。在教學實踐中，教師需要具備多學科的知識儲備和整合能力，同時對項目式學習、探究式教學等方法有深刻的理解，這不僅是對教師學科能力的挑戰，更是對其教學設計與組織能力的考驗。此外，教師的專業發展需要與教育技術相結合，教師在掌握現代化教學工具的同時，關注學生個體的學習需求，形成靈活的教學策略。STEAM教育的本質是培養學生的創新能力和綜合素養，這使教師必須從單一的知識傳遞者轉型為學生學習過程的促進者，幫助學生在復雜問題中形成邏輯思維與實踐能力。教師的專業發展應圍繞跨學科深度學習展開，并通過同行協作、教學反思與經驗總結實現自我提升，以適應新時代教育的多元化與動態化需求[]。

（二）學校管理與資源配置優化

STEAM教育的有效實施離不開學校層面的管理創新與資源優化。學校作為教育實踐的核心場域，應在管理理念上擺脫傳統學科壁壘的限制，構建跨學科的協作機制，為STEAM教育提供制度保障。在資源配置方面，學校需要統籌硬件設施與軟件資源，既要建設適合跨學科教學的實驗室、創客空間等實體場所，也要通過引入優質課程資源、優化師資隊伍結構等方式滿足教學需求。此外，學校管理應注重建立多方協作平臺，與高校、企業及社會機構開展深度合作，實現資源共享與優勢互補。STEAM教育的實施對時間、空間和課程設計提出了更高要求，學校需要在課程安排上進行靈活性調整，為項目式教學和探究活動提供足夠的時間支持。同時，學校管理層應關注教師的資源使用效率，定期評估教學資源的適用性與使用價值，為STEAM教育的持續發展提供科學的支持。

（三）STEAM教育推廣與政策支持

STEAM教育的普及與深化需要政策層面的強有力推動，這種推動不僅體現在頂層設計的引領作用上，還需通過具體的政策扶持措施加以落實。在政策制定過程中，應明確STEAM教育的核心目標與實施路徑，加強對學校和教師的指導，避免形式化操作導致教育目標的偏離。同時，政府和教育主管部門需要為STEAM教育提供持續性的財政支持，用于教學設施建設、師資培訓及課程研發。此外，政策支持還應注重區域間的教育公平，通過資源傾斜與補助政策，縮小城鄉學校在STEAM教育資源與實踐能力上的差距。為確保政策的有效落地，應建立健全動態評估機制，對各級學校的STEAM教育實施情況進行科學監測與反饋，并根據實踐效果調整政策方向。社會層面的支持同樣不可忽視，教育部門應在政策框架內推動企業、高校等社會資源參與STEAM教育的推廣工作，形成多主體協同發展的良性生態，為學生全面發展提供多維度的教育支持。

基于STEAM教育理念的初中科學教學設計實踐為學科教學注入了跨學科融合的創新活力。通過科學、技術、工程、藝術與數學的協同應用，學生在真實問題情境中激活了創造力，強化了邏輯思維與實踐能力。教學設計擺脫了傳統單一模式，構建了更為靈活、多元的學習環境，推動課程內容向綜合性與應用性轉型。STEAM教育理念不僅有利于學生核心素養的全面提升，還為教育現代化與創新型人才培養提供了有效路徑，展現出較好的實踐價值。

參考文獻：

[1]李琨，許曉蕾.基于STEAM理念的初中科學項目式學習設計--以《大氣的壓強》為例.中國現代教育裝備，2020（12）：47-51，56.

[2]胡金玉，樓曉燕，王希虎.基于STEAM教育理念的初中科學教學設計實踐[].中國教育技術裝備，2024（11）:119-122.

[3]徐亞奇.基于STEAM理念的初中科學項目化學習設計——以“自制地球儀”為例].科教導刊（中旬刊），2020（20）:150-151.

[4]李明.基于STEM教育理念的初中科學實驗教學探究——以“自制簡易密度計”為例[].教學月刊·中學版（教學參考），2023（6）：73-76.

[5]趙葉麗.融合STEM理念的初中科學教學實踐探索分析[J].新課程，2020（2）:4-5.

（責任編輯：劉瑩）