建構(gòu)“學(xué)與做+STEAM”特色課程

〔摘""要〕"《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在學(xué)科關(guān)聯(lián)建議中提出“倡導(dǎo)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式”。落實(shí)新課標(biāo)的理念，在新時(shí)期的課堂教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，關(guān)鍵是學(xué)習(xí)方式、教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變以及評價(jià)方式的變革。STEAM教育是基于真實(shí)問題情境發(fā)生的，將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)進(jìn)行跨學(xué)科融合，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。文章以科學(xué)學(xué)科項(xiàng)目化課程《小小橋梁工程師》為例，具體探討“學(xué)與做+STEAM”特色課程的構(gòu)建策略?！碴P(guān)鍵詞〕"小學(xué)科學(xué)；“學(xué)與做+STEAM”特色課程；建構(gòu)STEAM是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)有機(jī)地融為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?？茖W(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)之間存在著相互支持、互補(bǔ)和相互發(fā)展的關(guān)系。只有通過相互碰撞，學(xué)生才能實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)、理解學(xué)習(xí)，真正培養(yǎng)不同的能力和認(rèn)知。因此，STEAM教育開發(fā)的綜合人才將是未來社會的主要需求之一。一、指向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的“學(xué)與做+STEAM”特色課程（一）STEAM教育對學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)STEAM教育包含了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)五大學(xué)科，對學(xué)生的培養(yǎng)提出了多重素養(yǎng)層面的要求：其一是科學(xué)素養(yǎng)，要求學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識科學(xué)看待和面對這個自然世界；二是技術(shù)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生使用、管理、理解和評價(jià)技術(shù)的能力；三是工程素養(yǎng)，讓學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)與開發(fā)過程；四是藝術(shù)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生審美觀念、鑒賞能力與創(chuàng)作能力；五是數(shù)學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生解決多種情境下數(shù)學(xué)問題的能力。（二）小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容與STEAM教育新版課標(biāo)中，把科學(xué)課程內(nèi)容分為物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程四大領(lǐng)域。在技術(shù)工程領(lǐng)域中，學(xué)生需要利用所學(xué)的各個方面的知識，針對某個問題進(jìn)行“設(shè)計(jì)—制作—測試—再設(shè)計(jì)—再制作—再測試……”，在“做”科學(xué)中加深對知識的理解和體驗(yàn)，提高探究的能力。技術(shù)與工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)過程與STEAM教育的理念有很多相同之處。（三）指向核心素養(yǎng)的STEAM課程體系的建構(gòu)自2016年以來，STEAM教育越來越多地走進(jìn)中小學(xué)，成為學(xué)校實(shí)施創(chuàng)新人才培育的熱詞。學(xué)科拓展類課程，指的是基于STEAM理念繼續(xù)對科學(xué)課程的內(nèi)容做深度和廣度的延伸設(shè)計(jì)與教學(xué)；跨學(xué)科類課程是指根據(jù)學(xué)生實(shí)際生活中某一個現(xiàn)象，生成研究主題，確定研究對象，設(shè)計(jì)研究方案，圍繞這一現(xiàn)象開展一系列探究實(shí)踐。通過小組合作討論可以解決問題的方案，利用器材建構(gòu)實(shí)物模型作品，研究并完善解決方案，解決生活中的問題。二、指向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的“學(xué)與做+STEAM”特色課程建構(gòu)“學(xué)與做+STEAM”特色課程的構(gòu)建，有利于學(xué)生科學(xué)興趣培養(yǎng)、科技知識教育、科技技能培養(yǎng)、科學(xué)思維能力培養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)。下面以蘇教版五年級下冊《蛋殼與薄殼結(jié)構(gòu)》一課與教科版六年級上冊《用紙?jiān)煲蛔鶚颉芬徽n的融合為例，具體探討STEAM課程的實(shí)施。（一）STEAM理念下的課程融合五年級下冊“仿生”單元中《蛋殼與薄殼結(jié)構(gòu)》中有用紙做一座拱橋和平橋并比較這兩座紙橋的承重力的實(shí)驗(yàn)，目的是讓學(xué)生認(rèn)識到拱形結(jié)構(gòu)承重力強(qiáng)的特點(diǎn)，但這一部分在教材中篇幅占比比較小。而教科版六年級科學(xué)“技術(shù)與工程”領(lǐng)域中，《造一座紙橋》是課程體系中的一堂基礎(chǔ)課，這堂課是專門用一節(jié)課的時(shí)間去做紙橋，讓學(xué)生用所學(xué)的形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)去設(shè)計(jì)紙橋。結(jié)合這兩節(jié)課可以做一個融合課堂。課堂上十幾分鐘的制作時(shí)間轉(zhuǎn)瞬即逝，大家紛紛呈現(xiàn)出自己的成果，有直梁橋、拱橋、鋼索橋……有的小組的橋站立很穩(wěn)定，但承重稍微差點(diǎn)；但也有小組的橋只是站立穩(wěn)定，一放上重物就塌了；甚至還有小組的橋還沒造好，站都站不住……學(xué)生們意猶未盡。制作一個橋梁模型是一個長時(shí)工程實(shí)踐過程，受材料、時(shí)間、實(shí)驗(yàn)效果等多方面的制約，很難將這個活動高效、完整地在課堂上呈現(xiàn)。所以，我們可以利用課后服務(wù)時(shí)間，專門開設(shè)STEAM教育課程《小小橋梁工程師》，讓學(xué)生根據(jù)已有知識、材料和限制性條件對制作任務(wù)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，并把這個任務(wù)轉(zhuǎn)化成操作，通過控制相關(guān)變量，最終完成作品的制作、改進(jìn)和創(chuàng)新，旨在培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問題的實(shí)踐能力。而創(chuàng)新實(shí)踐是中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)之一。（二）STEAM教育理念下的課程實(shí)施1.問卷調(diào)查，確定驅(qū)動問題。為了準(zhǔn)確分析學(xué)情，讓教學(xué)更有針對性和實(shí)效性，我們對六年級全體學(xué)生采取問卷星的形式進(jìn)行了調(diào)查。我們綜合問卷結(jié)果，師生協(xié)同合作、共同探討、綜合考慮，最終確立驅(qū)動性問題——同學(xué)們能化身橋梁工程師，在學(xué)校路上建設(shè)一座過街天橋嗎？2.集體研討，明確學(xué)科知識。從前面的課堂小組學(xué)習(xí)情況來看，學(xué)生造橋失敗的主要原因是他們?nèi)狈Α皹颉钡闹R。所以，在課前我們聯(lián)合了各學(xué)科教師做了一些關(guān)于橋梁的微課視頻，提前讓學(xué)生了解，自主學(xué)習(xí)，初步了解“橋”的構(gòu)成原理及所需學(xué)科知識。3.創(chuàng)設(shè)情境，引出學(xué)習(xí)主題。在課程實(shí)施過程中，首先利用短視頻，出示4個國內(nèi)外著名的大橋——趙州橋、維琪奧橋、金門大橋、米約大橋，那么，這些橋都是什么橋呢？它們都有什么特點(diǎn)？在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)如下任務(wù)情境：學(xué)校路上將建造一座過街天橋，方便人們通行，如果你是一個橋梁設(shè)計(jì)師，你能綜合運(yùn)用所學(xué)的橋梁知識和技能，設(shè)計(jì)制作一個橋梁模型嗎？嘗試搭建一座能承重不少于4個鉤碼，寬度10厘米、跨度30厘米的橋梁模型。4.任務(wù)驅(qū)動，開展小組活動。任務(wù)一：我來解密橋。首先是提出問題，比如：什么樣的橋才穩(wěn)固，能夠承受足夠的重量？需要使用什么材料？如何連接這些材料？三角形該如何運(yùn)用？……帶著這些問題，學(xué)生開始查閱資料和圖片。大多數(shù)橋梁都會在橋墩的建造過程中引入三角形支撐的元素。三角形穩(wěn)定性是指三角形有著穩(wěn)定、堅(jiān)固、抗壓能力強(qiáng)的特點(diǎn)。在很多國家的建筑中都有三角形的應(yīng)用，如埃及金字塔、故宮和埃菲爾鐵塔；一些建筑橋梁的工具也是以三角形形狀制造的，如起重機(jī)、三角形吊臂。只要三角形的三條邊的長度被完全確定，那它的形狀面積也會被確定下來，這個就叫三角形的穩(wěn)定性。任務(wù)二：我來搭建橋。①一輪嘗試，搭建橋梁。在美術(shù)老師的引領(lǐng)下繪制橋梁設(shè)計(jì)草圖，構(gòu)建模型。那么，所構(gòu)建的橋梁承重力如何？測量橋墩之間的跨度是否達(dá)到30厘米或以上，然后放上一定的鉤碼進(jìn)行測試。在加放重物時(shí)應(yīng)該慢慢增加重量，增加到4個鉤碼而橋沒有發(fā)生明顯變形，則制作成功。各小組展示制作的橋梁并進(jìn)行測試，并在全班分享交流制作中的問題與提高橋梁承重的策略。在此過程中，分別請不同達(dá)標(biāo)等級的組介紹，互相學(xué)習(xí)長處，互提修改意見。理清問題之后，小組針對遇到的問題，運(yùn)用獲得的概念和經(jīng)驗(yàn)，展開再設(shè)計(jì)。②二輪完善，改進(jìn)作品。在相互交流意見后，各個小組繼續(xù)對所設(shè)計(jì)的橋梁進(jìn)行二次改進(jìn)和完善，再次檢測改進(jìn)后的橋梁和承重效果。在此過程中，學(xué)生需要對兩次制作橋梁的結(jié)果進(jìn)行對比分析，思考對原設(shè)計(jì)做了哪些改善和調(diào)整？改進(jìn)后的橋梁有沒有進(jìn)步？又是如何做到的？如果沒有進(jìn)步，其原因在什么地方？可與老師共同商討，進(jìn)一步完善方案。這一次，學(xué)生能夠嚴(yán)格按照自己的再設(shè)計(jì)進(jìn)行再制作，并表達(dá)想法。在比較兩次作品的優(yōu)劣中進(jìn)一步深刻構(gòu)建科學(xué)概念，培養(yǎng)工程思維。③三輪挑戰(zhàn)，創(chuàng)新思維。在科學(xué)課課堂中，學(xué)生設(shè)計(jì)的橋很多都無法承重，除了沒有及時(shí)做完的小組，其他小組失敗的原因大部分都出在結(jié)構(gòu)上，所以在這次跨學(xué)科課程學(xué)習(xí)中，需要重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，來盡量提高橋的承重。在材料不變的情況下，如果要增大橋梁的承重量，該如何進(jìn)行改進(jìn)呢？在這一環(huán)節(jié)中，材料不變，增加承重能力的挑戰(zhàn)蘊(yùn)含著需要對科學(xué)概念更為恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用，需要學(xué)生更加專注地應(yīng)用已經(jīng)形成的概念，持續(xù)運(yùn)用工程思維。在不斷嘗試下，學(xué)生們制作了一座新的紙橋。新的紙橋有一些進(jìn)步，但承重沒有明顯的突破。為了提高橋的承重力，有的學(xué)生提議采用3D技術(shù)進(jìn)行嘗試。在信息技術(shù)教師的指導(dǎo)下，首先在3DMAX軟件上進(jìn)行橋的繪畫，然后直接利用3D打印技術(shù)，把畫下的橋打印出來，學(xué)生相互交流，并進(jìn)行性能測試，然后一一進(jìn)行展示和交流。從這次動手制作的成果來看，大部分學(xué)生的橋都能很穩(wěn)定地站立，橋的總體承重能力都有所提升，從最初只能承重100g、200g，到現(xiàn)在普遍上都可以承重2千克甚至更多。但仍有小組橋的承重相對比較差。經(jīng)過總結(jié)和分析，發(fā)現(xiàn)還存在的問題有結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、承重不足，如有一組的橋墩只用了薄薄一層材料，經(jīng)過承重測試后就斷裂了。任務(wù)三：我來宣傳橋。作品制作完成后，成員上臺介紹本組作品的名稱、特點(diǎn)，回顧項(xiàng)目歷程，對本次學(xué)習(xí)活動進(jìn)行反思。5.課程反思，提煉教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。在《小小橋梁工程師》STEAM課程學(xué)習(xí)中，充分突出了學(xué)科融合性：科學(xué)教師幫助學(xué)生了解橋梁建設(shè)的科學(xué)原理和工程技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用技術(shù)知識和工具，設(shè)計(jì)和制作橋梁模型；數(shù)學(xué)教師將三角形具有穩(wěn)定性這一數(shù)學(xué)知識與實(shí)際問題相結(jié)合；語文教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行寫作和口語表達(dá)，如在“我來介紹橋”這一環(huán)節(jié)給學(xué)生搭建支架，讓他們創(chuàng)意寫作并以小組為單位進(jìn)行匯報(bào)；在建設(shè)橋梁前由美術(shù)教師引導(dǎo)學(xué)生畫出自己心中的橋梁草圖，這樣做激發(fā)了他們的藝術(shù)天賦和創(chuàng)造力；信息技術(shù)指導(dǎo)學(xué)生利用3DMAX對橋梁進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，以提高橋梁的承重力。通過語文、數(shù)學(xué)、科學(xué)和美術(shù)以及信息技術(shù)學(xué)科的綜合教學(xué)，我們激發(fā)了學(xué)生對橋梁的興趣和學(xué)科知識的探究欲。學(xué)生們運(yùn)用了數(shù)學(xué)原理、科學(xué)概念和工程學(xué)、美學(xué)知識等，在具體操作過程中獲得了