優(yōu)秀STEAM案例 | 創(chuàng)意燈

在小學(xué)科學(xué)課程中開展STEM教育，不僅具有很強(qiáng)的綜合性、實(shí)踐性，而且對于小學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)造力思維以及工程思維等的培養(yǎng)具有重要的核心價(jià)值。文中闡述分析STEM教育理念的核心特征和意義，以“創(chuàng)意燈”為例，探索基于跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動5EX設(shè)計(jì)模型的STEM課程教學(xué)設(shè)計(jì)策略。

跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動5EX設(shè)計(jì)模型華南師范大學(xué)李克東教授認(rèn)為: STEM教育就是讓學(xué)生面對真實(shí)情境的問題，通過將科學(xué)探究、數(shù)學(xué)應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)和技術(shù)制作有機(jī)統(tǒng)一，運(yùn)用跨學(xué)科的知識和方法來解決實(shí)際問題，學(xué)生通過做中學(xué)，提升學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的一種教育方式。我們不難看出: STEM教育的核心特征是運(yùn)用跨學(xué)科的知識和方法去解決問題，是面向全體學(xué)生的教育方式。因此，STEM教育課程的設(shè)計(jì)要凸顯跨學(xué)科學(xué)習(xí)的精神，即課程是圍繞一個主題，通過多個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)來搭建的，而不是簡單的一節(jié)課堂教學(xué)就能實(shí)現(xiàn)。
李教授把跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動分為如圖1所示的五個學(xué)習(xí)活動環(huán)節(jié)。這五個學(xué)習(xí)活動即為跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動5EX模型。
接下來，筆者將基于本設(shè)計(jì)模型，以設(shè)計(jì)“創(chuàng)意燈”為例，闡述整體STEM課程以及不同環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)活動搭建的策略。

課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐**(一) 課程目標(biāo)**
設(shè)計(jì)“創(chuàng)意燈”STEM 課程是以蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級《電與磁》單元為基礎(chǔ)和參照點(diǎn)，以電學(xué)知識為基本內(nèi)容的 STEM 課程。其目標(biāo)指向STEM四大維度的培養(yǎng)，即科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)(見表1) 。

該課程以“燈”為載體，通過燈的欣賞、資料收集、實(shí)地測量考察等活動，使學(xué)生了解電學(xué)的基本知識; 能借助不同的材料，以與他人合作的方式開展燈的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制作; 在動手實(shí)踐操作中，掌握畫、量、拼、搭等技術(shù)技能，以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、數(shù)學(xué)應(yīng)用能力、工程設(shè)計(jì)能力和技術(shù)制作能力。

(二) 課程框架及實(shí)施過程

依據(jù)設(shè)計(jì)“創(chuàng)意燈”課程的目標(biāo)，課程內(nèi)容按5EX模型構(gòu)建的課程框架(見圖2) ，即為:項(xiàng)目導(dǎo)入(EQ+EM) 、項(xiàng)目實(shí)施(ET) 、項(xiàng)目拓展(EC)和項(xiàng)目評價(jià)(EＲ)四階段。

設(shè)計(jì)“創(chuàng)意燈”課程是一個復(fù)雜的、系統(tǒng)的課程體系，課程內(nèi)容之間形成一個整體，其中項(xiàng)目評價(jià)是貫穿于整個課程的。

(三) 課程實(shí)踐

(1) 引入真實(shí)情境，自主提出問題

STEM 教育的核心特征是跨學(xué)科學(xué)習(xí)，而跨學(xué)科學(xué)習(xí)是以真實(shí)情境中的問題為任務(wù)驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生尋找解決問題辦法的一種學(xué)習(xí)形式。因此，STEM 課程學(xué)習(xí)主題的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是與現(xiàn)實(shí)生活緊密相關(guān)，是學(xué)生可以認(rèn)識和理解并能產(chǎn)生實(shí)際應(yīng)用效果的問題。

廈門通士達(dá)有限公司是廈門本土輕工業(yè)，始創(chuàng)于1958年，擁有半個多世紀(jì)的國企品質(zhì)。課程伊始，帶領(lǐng)學(xué)生到其科普基地進(jìn)行現(xiàn)場參觀，在欣賞本土企業(yè)的輝煌發(fā)展歷程的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生提出并思考: 燈是如何被點(diǎn)亮的? 同時(shí)，在參觀過程中引導(dǎo)學(xué)生將觀察到的關(guān)鍵信息進(jìn)行收集并記錄。通過現(xiàn)場參觀、親身體驗(yàn)，學(xué)生進(jìn)入了真實(shí)情境，提出問題，并在問題的驅(qū)動下，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式進(jìn)行STEM主題學(xué)習(xí)。

(2) 親歷探究學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)應(yīng)用，塑造科學(xué)精神

STEM 課程設(shè)計(jì)和實(shí)施過程必須重視科學(xué)精神的培養(yǎng)。此環(huán)節(jié)有以下5個流程: 創(chuàng)設(shè)情景、提出問題→面對問題、作出假設(shè)→選擇方法、進(jìn)行探究(科學(xué)實(shí)驗(yàn)) →收集信息，歸納整理→分析信息，形成觀點(diǎn)。

以設(shè)計(jì)“創(chuàng)意燈”STEM課程為例，其EM環(huán)節(jié)就是讓學(xué)生圍繞“點(diǎn)亮二極管”這一問題，通過科學(xué)探究方法和數(shù)學(xué)方法，理解并應(yīng)用簡單電路，串聯(lián)、并聯(lián)，導(dǎo)體、絕緣體等科學(xué)知識。面對問題，學(xué)生想當(dāng)然用導(dǎo)線連接電路元件，此時(shí)筆者出示面團(tuán)，請學(xué)生試試用導(dǎo)線作為連接電路的元件。這樣，在EM環(huán)節(jié)滲透了導(dǎo)電、絕緣面團(tuán)定量配比的數(shù)學(xué)知識，而且為學(xué)生開放性地捏塑電路模型提供平臺。

活動中，學(xué)生面對真實(shí)問題，學(xué)會提出不同解決點(diǎn)亮二極管的方案，學(xué)會運(yùn)用不同的方法探究連接電路的方法，掌握綜合運(yùn)用科學(xué)探究和數(shù)學(xué)運(yùn)用解決問題，從而逐步形成科學(xué)思維。

(3) 體驗(yàn)設(shè)計(jì)與技術(shù)制作，形成工程思維

此環(huán)節(jié)遵循以下6個步驟: 明確任務(wù)，明確需求→提出方案，畫出草圖→選好材料，制定計(jì)劃→動手制作，完成原型→性能測試，改善方案→修改原型，定型制品。

教師出示視頻，展示生活中各式各樣的燈：節(jié)能燈、聲控?zé)?、串?lián)電路燈、并聯(lián)電路燈、不同造型的燈……并讓學(xué)生思考需要生產(chǎn)一批符合不同客戶需求的“創(chuàng)意燈”，需要思考的本質(zhì)內(nèi)容是什么，即這些燈亮起來的方式存在哪些差異? 隨后，讓學(xué)生結(jié)合教師自主開發(fā)的STEM創(chuàng)意電學(xué)工具箱自主學(xué)習(xí)不同電路，歸納不同電路的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。學(xué)習(xí)完之后請學(xué)生畫出“創(chuàng)意燈”草圖。學(xué)生根據(jù)草圖，選用STEM創(chuàng)意電學(xué)工具箱內(nèi)的相關(guān)模塊化組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，將感興趣的物品結(jié)合電路創(chuàng)造出來。激發(fā)了學(xué)生的想象力，擴(kuò)展了學(xué)生對電學(xué)探究空間，讓探究更深入，更具有靈活性、開放性。同時(shí)讓學(xué)生知道制作一款可以出售的燈需要綜合多個方面因素，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)，而且在學(xué)習(xí)的過程中，也讓學(xué)生充分意識到小組合作的重要性。

(4) 創(chuàng)意設(shè)計(jì)吸塵器，激活創(chuàng)新能力

通過讓學(xué)生設(shè)計(jì)一款“簡易吸塵器”，使學(xué)生嘗試走進(jìn)社會，將電學(xué)知識與社會聯(lián)系。教師根據(jù)“吸塵器”產(chǎn)品的需求提出更高要求的設(shè)計(jì)任務(wù)，如吸塵器的原理及其電路知識，課后，引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)檢索，查找與電學(xué)主題相關(guān)的科學(xué)史和最新研究技術(shù)，從而激發(fā)學(xué)生拓展知識的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

(5) 開展多元評價(jià)與反思，檢測學(xué)習(xí)效果

STEM課程學(xué)習(xí)注重對學(xué)生的評價(jià)及學(xué)生的自我反思。其評價(jià)是以過程性評價(jià)為主、總結(jié)性評價(jià)為輔，以多元評價(jià)對象參與評價(jià)的方式，對相關(guān)知識、任務(wù)完成、創(chuàng)意設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行測試與評價(jià)。學(xué)生在參與制作“創(chuàng)意燈”STEM課程時(shí)，將會參與多元學(xué)習(xí)活動評價(jià)(分為自我評分和小組評分，包括規(guī)劃設(shè)計(jì)能力、技術(shù)制作能力、測量分析管理能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、成果展示能力) 和學(xué)習(xí)反思 P-M-I-Q 表格(見表2) 。

學(xué)生通過多元學(xué)習(xí)活動評價(jià)和學(xué)習(xí)反思P-M-I-Q表格，能夠把握自我學(xué)習(xí)狀況，并自我評估還需要參與何種學(xué)習(xí)過程才能夠達(dá)到對知識和能力的進(jìn)一步理解和掌握。這一評價(jià)過程有助于促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。反思通過對原教材中《電與磁》中“簡單電路”一課的改版和優(yōu)化，歸納總結(jié)出STEM課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐的有效措施為: 在5EX模型指引下，教師可以先挖掘原課程中與科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程相關(guān)的活動內(nèi)容，再緊扣 STEM 教育的核心特征細(xì)化課程的教學(xué)目標(biāo)，搭建課程教學(xué)活動的基本環(huán)節(jié)；從項(xiàng)目導(dǎo)入(EQ+EM) 到項(xiàng)目實(shí)施(ET) ，從項(xiàng)目拓展(EC) 到項(xiàng)目評價(jià)(EＲ) ，激發(fā)學(xué)生調(diào)用各學(xué)科知識，以達(dá)到提升綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識解決問題的能力，培養(yǎng)其科學(xué)精神和創(chuàng)新意識。