基于STEAM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施初探

1、基于STEAM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施初探摘要：STEAM教育在美國(guó)的迅猛發(fā)展，為我國(guó)學(xué)者的研究打開(kāi)了一個(gè)新的視角。隨著對(duì)STEAM教育的深入了解，不難發(fā)現(xiàn)它的優(yōu)勢(shì)所在。新版小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)開(kāi)展STEAM教育，促進(jìn)跨學(xué)科整合。在實(shí)際的科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，如何踐行STEAM教育理念，與小學(xué)科學(xué)課程進(jìn)行有效融合，這需要一線的小學(xué)科學(xué)教師們積極探索和實(shí)踐。關(guān)鍵詞：STEAM教育小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)一、研究背景（一）STEAM教育理念的發(fā)展隨著學(xué)科整合課程的興起和推廣，國(guó)人開(kāi)始關(guān)注到美國(guó)的STEM教育。說(shuō)到STEM教育，要從1986年美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究委員會(huì)發(fā)表的本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育算起，在這

2、份文件中，它明確提出了 “科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)教育集成”的綱領(lǐng)性建議，強(qiáng)調(diào)為適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的挑戰(zhàn)，應(yīng)該“使美國(guó)下一代成為世界科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者”。不僅如此，美國(guó)在往后的數(shù)年中，逐漸出臺(tái)了多部關(guān)于發(fā)展STEM教育的政策法規(guī)。在政策法規(guī)和政府資金的雙管扶持下，美國(guó)的STEM教育以非常迅猛的速度發(fā)展起來(lái)并逐步趨于平穩(wěn)。在STEM教育發(fā)展到一定程度的階段，STEAM教育開(kāi)始被提出，最早提出STEAM教育的是美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的學(xué)者格雷特亞克門（GeOrgette Yakman ）及其團(tuán)隊(duì)。賈斯汀布雷迪JUStin Brady ）也認(rèn)為，藝術(shù)是點(diǎn)燃創(chuàng)造力的火花，在引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)中，加入藝術(shù)的S

3、TEM教育猶如插上一雙騰飛的翅膀。安迪康納（Andy Connor ）也贊同在STEM教學(xué)中加入藝術(shù)的成分1。我國(guó)的研究者們也結(jié)合具體國(guó)情積極發(fā)展STEAM教育，努力探索適合本國(guó)發(fā)展的教育路徑。2015年9月，國(guó)家教育部在關(guān)于"十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見(jiàn)（征求意見(jiàn)稿）中正式提出探索STEAM教育的教學(xué)模式2。國(guó)家逐步重視STEAM教育的發(fā)展，鼓勵(lì)將STEAM教育理念與我國(guó)現(xiàn)有的課程相融合，助力我國(guó)新課程改革，從而為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和綜合能力較高的人才。（二）我國(guó)小學(xué)科學(xué)課程目前存在的問(wèn)題在小學(xué)科學(xué)教育備受重視的同時(shí)，小學(xué)科學(xué)課程的問(wèn)題也在日益凸

4、顯。在傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)課堂，科學(xué)教師習(xí)慣于將教材的內(nèi)容以知識(shí)化的形式教授給學(xué)生們，學(xué)生的主體地位比較難得以體現(xiàn)，雖然隨著教師們的教育觀念的更新，科學(xué)教師的教學(xué)方式也在努力更進(jìn)，以期能跟得上時(shí)代的腳步，但還是難免陷在窠臼里。傳統(tǒng)的科學(xué)課程教學(xué)方式不利于學(xué)生們形成開(kāi)放式的思維模式，離能成功調(diào)動(dòng)起學(xué)生的積極主動(dòng)性還相差略遠(yuǎn)，加之家長(zhǎng)們對(duì)科學(xué)課程的重視程度有限，很大一部分的學(xué)生其科學(xué)視野較窄，沒(méi)有適量的科學(xué)認(rèn)知儲(chǔ)備便談不上創(chuàng)新，相應(yīng)的在這方面的成果就會(huì)相對(duì)薄弱，學(xué)生們找不到成就感，對(duì)科學(xué)的興趣也就日漸衰退，要想打破這樣一個(gè)惡性循環(huán)鏈，必須打破原本的結(jié)構(gòu)組成，除了教師個(gè)人自身上素質(zhì)必須極力提高之外， 還需

5、要更新我們現(xiàn)下使用的科學(xué)教材以及相對(duì)應(yīng)的課程設(shè)計(jì)。在教材方面，自2017年小學(xué)科學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)之前，國(guó)家層面就已經(jīng)積極組織相關(guān)人員編寫了一、二年級(jí)的科學(xué)教材，并在新課程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的時(shí)候，一二年級(jí)的教材跟著一起發(fā)布并投入使用。教育部計(jì)劃從2019年9月起更新三年級(jí)的科學(xué)教材，往后逐年遞更，直至將現(xiàn)行的舊科學(xué)教材全部更新為新教材。從一、二年級(jí)的教材來(lái)看，新教材很大一個(gè)亮點(diǎn)是緊跟課程標(biāo)準(zhǔn)的變化而變化，新課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，除了原本的物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)三大領(lǐng)域，新增加了技術(shù)與工程領(lǐng)域，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了加入數(shù)學(xué)和藝術(shù)，開(kāi)展 STEAM教育，促進(jìn)跨學(xué)科整合。面臨一系列的新形勢(shì)新變化，基于STEAM理

6、念下的小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)顯得尤為得重要，如何能夠從學(xué)生出發(fā)，并在實(shí)踐中回到學(xué)生身上，需要一線的科學(xué)教育工作者們和研究者們精心設(shè)計(jì)課程教學(xué)設(shè)計(jì)，并在實(shí)踐中高效踐行設(shè)計(jì)理念，這一切都值得我們深入探討和挖掘。二、概念界定（一）STEAM教育的內(nèi)涵STEAM 是 SCienCe（科學(xué)）、TeChnology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Arts（藝術(shù)）和 Mathematics（ 數(shù)學(xué)）五個(gè)英文 單詞第一個(gè)字母的縮寫，是一種集技術(shù)、工程、科學(xué)、藝術(shù)和數(shù)學(xué)的多學(xué)科融合的綜合教育理念。STEAM教育是從STEM 教育演變而來(lái)。STEM教育自提出之日起就受到了廣泛的重視，美國(guó)政府的法令和資金支持，

7、促使STEM教育以非常迅猛的速度發(fā)展著并逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。也正是在這個(gè)時(shí)候，STEAM教育被提出，藝術(shù)（A）的融入為STEM教育提供更廣闊的發(fā)展空間，為問(wèn)題的解決提供一種新思路。上世紀(jì)90年代，STEAM教育逐漸在美國(guó)、韓國(guó)、日本以及其他歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始盛行，以此增強(qiáng)國(guó)家創(chuàng)新力，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。STEAM教育理念倡導(dǎo)將不同學(xué)科知識(shí)進(jìn)行整合，以跨學(xué)科的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合教學(xué)，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用綜合的知識(shí)、技能解決真實(shí)世界中遇到的問(wèn)題3 o STEAM教 育注重實(shí)踐，注重對(duì)創(chuàng)新能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，倡導(dǎo)“做中學(xué)”。根據(jù)對(duì)近幾年逐漸興起的STEAM教育的主流課程的研究，有少兒編程教育、3D打印、機(jī)

8、器人教育等新興課程。STEAM可將教學(xué)內(nèi)容從獨(dú)立性關(guān)注到多個(gè)學(xué)科通過(guò)自然 集成性的教學(xué)方式進(jìn)行整合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的整體性建構(gòu)和認(rèn)知4。在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力、與團(tuán)隊(duì)的溝通、交流協(xié)作能力，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力，幫助學(xué)生適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷變化。（二） STEAM教育的特點(diǎn)關(guān)于STEAM教育的特點(diǎn)，目前對(duì)其給出界定的研究者甚少，而對(duì)于STEM教育的特點(diǎn)討論的人就多一些。姑且從窺探STEM教育特點(diǎn)起，來(lái)逐步認(rèn)識(shí)STEAM教育的特點(diǎn)。李揚(yáng)在他的STEM教育視野下的科學(xué)課程構(gòu)建中提到STEM 教育具有開(kāi)放與動(dòng)態(tài)性、回歸性、實(shí)踐性、豐富性和綜合性的特征5。在STEM教育理念與跨學(xué)科整合模

9、式中，余勝泉和胡翔將STEM教育的核心特征闡述為具有跨學(xué)科性、具有趣味性、具有體驗(yàn)性、具有情境性、具有協(xié)作性、具有 設(shè)計(jì)性、具有藝術(shù)性、具有實(shí)證性和具有技術(shù)增強(qiáng)性 。肖小藝在她的基于STEM的小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)研究中提到 STEM教育具有跨學(xué)科性、實(shí)踐性、開(kāi)放性、藝術(shù)性、設(shè)計(jì)性等特征7。結(jié)合各研究者對(duì)STEM教育特點(diǎn)的討論，筆者認(rèn)為，加入藝術(shù)（A）元素的STEAM教育首先應(yīng)該具有藝術(shù)性的特點(diǎn)，A的加入無(wú)疑使STEM教育的內(nèi)容更為豐富， 形式更為多樣，其次筆者認(rèn)為 STEAM教育還具有綜合性、情境性、實(shí)踐性、趣味性等特點(diǎn)。1.藝術(shù)性藝術(shù)（A）的加入讓STEM教育披上了藝術(shù)的光環(huán)，STEAM教育的藝

10、術(shù)性強(qiáng)調(diào)了把STEAM教育和人文、社會(huì)科 學(xué)聯(lián)系起來(lái)8。2.綜合性STEAM教育的綜合性不僅體現(xiàn)在將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)這幾門學(xué)科整合起來(lái)，用一種綜合性的方式進(jìn)行系統(tǒng)化教學(xué)，還體現(xiàn)在具體的實(shí)踐和評(píng)價(jià)中。 在STEAM教育的具體研究中，眾多學(xué)者也在不停得探索適合的評(píng)價(jià)機(jī)制，以期能夠可持續(xù)激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣和發(fā)展動(dòng)力。3. 情境性STEAM教育以真實(shí)的生活情境為背景，強(qiáng)調(diào)具體的情境中“做中學(xué)”、“學(xué)中思”。情境化的學(xué)習(xí)方式強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合，在學(xué)習(xí)中逐步樹(shù)立自我效能意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力9。4. 趣味性基于STEAM教育離不開(kāi)趣味性。例如：雞蛋受到大氣壓強(qiáng)的原理可以被吸進(jìn)燒瓶里；廚房

11、的菜香味坐在客廳都能 被鼻子聞到；玩小球滾斜坡的游戲時(shí)，坡越高滾得越快等等生活中有趣的實(shí)際例子就能夠引發(fā)孩子們進(jìn)行一系列的探索 和鉆研。這是學(xué)生們聯(lián)系生活實(shí)際的紐帶，所以利用有趣的生活案例為引子，促進(jìn)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣不失為一個(gè)良策。5.實(shí)踐性STEAM教育強(qiáng)調(diào)以項(xiàng)目活動(dòng)為基礎(chǔ)，基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)，并獲得實(shí)踐的課堂體驗(yàn)10。在實(shí)踐體驗(yàn)中建立師生良好的互動(dòng)關(guān)系，為促進(jìn)平等師生關(guān)系發(fā)揮光和熱。三、STEAM教育在教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中的分類（一）分科教學(xué)的STEAM教育STEAM教育首先應(yīng)該是分科的教育，這是 STEAM教育的基礎(chǔ)。學(xué)生需要在理解單個(gè)學(xué)科的相關(guān)概念和教學(xué)內(nèi)容 的基礎(chǔ)上建立學(xué)科間的聯(lián)系，從而進(jìn)

12、行整合的 STEAM教育，整合的STEAM教育并非越多越好，不能完全取代分科教 學(xué)的STEAM教育。分科的STEAM教育兼顧各科的學(xué)科核心知識(shí)體系，它與一個(gè)個(gè)單獨(dú)的STEAM教育項(xiàng)目不一樣，而是有其內(nèi)在的知識(shí)連接。比如，小學(xué)科學(xué)課程，它就有四條明顯的核心線索，分別是物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域（能量、物質(zhì)構(gòu)成、 運(yùn)動(dòng)、力的相互作用等），生命科學(xué)領(lǐng)域（植物、動(dòng)物、生命的延續(xù)、生物與環(huán)境的關(guān)系），地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域（地 球的運(yùn)動(dòng)、地球與宇宙、地球與人類的活動(dòng)等），技術(shù)與工程領(lǐng)域（人工世界、發(fā)明、設(shè)計(jì)等）11。（二）整合的STEAM教育STEAM教育的核心是跨學(xué)科，以跨學(xué)科的方式進(jìn)行STEAM教育能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)

13、動(dòng)機(jī)，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情, 培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)的情境中的問(wèn)題解決能力。STEAM教育的跨學(xué)科整合主要有以下幾種范式：1. 基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)教學(xué)模式以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的課堂教學(xué)理念很早被引入小學(xué)課堂使用。項(xiàng)目教學(xué)的核心是學(xué)生事先計(jì)劃好即將要完成的某項(xiàng)實(shí)踐 活動(dòng)。開(kāi)展這類活動(dòng)，要求學(xué)生跨學(xué)科長(zhǎng)期進(jìn)行鉆研和探究，整個(gè)過(guò)程是以學(xué)生為中心，教師起到的是輔助的功能?；?于STEAM教育理念的科學(xué)課程尤其適合使用項(xiàng)目化學(xué)習(xí)。何為項(xiàng)目化學(xué)習(xí)？項(xiàng)目化學(xué)習(xí)與探究性學(xué)習(xí)、基于問(wèn)題的學(xué) 習(xí)有相似之處，皆是以一種問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，并持續(xù)深入探究，但項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在看重研究過(guò)程的同時(shí)對(duì)成果和結(jié)論也同樣看 重12。2. 基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)教學(xué)模

14、式以問(wèn)題為核心，創(chuàng)設(shè)有效的情境，引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題，學(xué)生們通過(guò)討論、協(xié)同學(xué)習(xí)生成創(chuàng)意，經(jīng)過(guò)與專家的討論與 分辨，學(xué)生們繼續(xù)自主進(jìn)行探究和修正，從而解決問(wèn)題并反饋。在此過(guò)程中，教師輔助學(xué)生達(dá)成目標(biāo)，學(xué)生們?cè)谶@個(gè)過(guò) 程中學(xué)會(huì)應(yīng)對(duì)問(wèn)題，尋求解決方案，鍛煉品質(zhì)，提升核心素養(yǎng)。3. 基于工程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)教學(xué)模式設(shè)計(jì)與一般的簡(jiǎn)單活動(dòng)不一樣，其本質(zhì)上是為了解決某一問(wèn)題而生發(fā)的一種教學(xué)I策略。工程設(shè)計(jì)為學(xué)生們創(chuàng)造一個(gè)真實(shí)的情境，化抽象為具體，幫助學(xué)生理解相關(guān)概念。工程設(shè)計(jì)以其動(dòng)態(tài)變化之特征 而具顯魅力。工程設(shè)計(jì)不能一蹴而就，需要進(jìn)行迭代性得更改與校對(duì)，從一開(kāi)始的確認(rèn)問(wèn)題到最后的產(chǎn)品生成，會(huì)經(jīng)過(guò) 一些列的反復(fù)與糾正

15、。工程設(shè)計(jì)的主要步驟有：確認(rèn)問(wèn)題；調(diào)查研究，確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)和條件；形成方案；驗(yàn)證其可行性；測(cè) 試優(yōu)化、調(diào)整方案；完善方案13。四、基于STEAM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施制作簡(jiǎn)易太陽(yáng)能熱水器教學(xué)設(shè)計(jì)選擇蘇教版小學(xué)科學(xué)二年級(jí)上冊(cè)第二單元第4課曬太陽(yáng)，二年級(jí)的學(xué)生以直觀感受和初步的簡(jiǎn)單動(dòng)手制作為基礎(chǔ)，學(xué)生嘗試觀察日常生活的自然現(xiàn)象體悟太陽(yáng)一天的活動(dòng)，通過(guò)運(yùn)用多種感官 感知太陽(yáng)是能夠發(fā)光發(fā)熱的。采用多學(xué)科多領(lǐng)域整合，培養(yǎng)小學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新意識(shí)，提升小學(xué)生核心素養(yǎng)。本教 學(xué)設(shè)計(jì)適用于低年級(jí)，用時(shí)建議1課時(shí)?；顒?dòng)名稱制作簡(jiǎn)易太陽(yáng)能熱水器活動(dòng)目的感知太陽(yáng)能夠發(fā)光發(fā)熱?；顒?dòng)類型探究性分組實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備器材

16、每組黑色自封袋1只、塑料瓶1個(gè)、水50ml?；顒?dòng)步驟1.在塑料瓶中裝入50ml的水。2.將塑料瓶蓋緊，放入黑色自封袋中，裹緊瓶子并放到陽(yáng)光直射的地方。3.10-15分鐘后，將塑料瓶取出，水倒入燒杯，同時(shí)準(zhǔn)備一杯從水龍頭剛放出來(lái)的水，兩者比 較，說(shuō)說(shuō)有什么發(fā)現(xiàn)。4.提供太陽(yáng)能熱水器的圖片，將熱水器上的集熱管與曬的黑色的大塑料瓶相比，它們有什么相 似之處。5.收集與整理桌面。注意事項(xiàng)1. 為保證效果，水不易多。2. 曬得時(shí)間根據(jù)季節(jié)變化可適當(dāng)延長(zhǎng)或縮短?；顒?dòng)現(xiàn)象1.塑料瓶中的水摸上去比較從自來(lái)水龍頭剛放出來(lái)的水熱?；顒?dòng)結(jié)論黑色塑料袋能夠收集熱量?；顒?dòng)延伸尋找生活中利用黑色物體吸熱的現(xiàn)象?；顒?dòng)原理顏色深的物體吸熱性能佳?；顒?dòng)評(píng)價(jià)是否完成活動(dòng)設(shè)計(jì)和制作；成品是否美觀；小組成員是否良好合作。以上教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了 STEAM教育教學(xué)理念的要求，學(xué)生們分小組活動(dòng)，在形成的學(xué)習(xí)共同體中，學(xué)生們相互合作， 相互討論與溝通，共同解決問(wèn)題，這就是STEAM教育理念背景下小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)想培