基于STEAM教育理念的小學科學教學設(shè)計與實施初探

1、基于STEAM教育理念的小學科學教學設(shè)計與實施初探摘要：STEAM教育在美國的迅猛發(fā)展，為我國學者的研究打開了一個新的視角。隨著對STEAM教育的深入了解，不難發(fā)現(xiàn)它的優(yōu)勢所在。新版小學科學課程標準強調(diào)開展STEAM教育，促進跨學科整合。在實際的科學教學過程中，如何踐行STEAM教育理念，與小學科學課程進行有效融合，這需要一線的小學科學教師們積極探索和實踐。關(guān)鍵詞：STEAM教育小學科學教學設(shè)計一、研究背景（一）STEAM教育理念的發(fā)展隨著學科整合課程的興起和推廣，國人開始關(guān)注到美國的STEM教育。說到STEM教育，要從1986年美國國家科學研究委員會發(fā)表的本科的科學、數(shù)學和工程教育算起，在這

2、份文件中，它明確提出了 “科學、數(shù)學、工程和技術(shù)教育集成”的綱領(lǐng)性建議，強調(diào)為適應未來社會的挑戰(zhàn)，應該“使美國下一代成為世界科學和技術(shù)領(lǐng)導者”。不僅如此，美國在往后的數(shù)年中，逐漸出臺了多部關(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，美國的STEM教育以非常迅猛的速度發(fā)展起來并逐步趨于平穩(wěn)。在STEM教育發(fā)展到一定程度的階段，STEAM教育開始被提出，最早提出STEAM教育的是美國弗吉尼亞理工大學的學者格雷特亞克門（GeOrgette Yakman ）及其團隊。賈斯汀布雷迪JUStin Brady ）也認為，藝術(shù)是點燃創(chuàng)造力的火花，在引導學生創(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教學中加入藝術(shù)的成分1。我國的研究者們也結(jié)合具體國情積極發(fā)展STEAM教育，努力探索適合本國發(fā)展的教育路徑。2015年9月，國家教育部在關(guān)于"十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）中正式提出探索STEAM教育的教學模式2。國家逐步重視STEAM教育的發(fā)展，鼓勵將STEAM教育理念與我國現(xiàn)有的課程相融合，助力我國新課程改革，從而為我國的經(jīng)濟社會發(fā)展培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和綜合能力較高的人才。（二）我國小學科學課程目前存在的問題在小學科學教育備受重視的同時，小學科學課程的問題也在日益凸

4、顯。在傳統(tǒng)的科學教學課堂，科學教師習慣于將教材的內(nèi)容以知識化的形式教授給學生們，學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，科學教師的教學方式也在努力更進，以期能跟得上時代的腳步，但還是難免陷在窠臼里。傳統(tǒng)的科學課程教學方式不利于學生們形成開放式的思維模式，離能成功調(diào)動起學生的積極主動性還相差略遠，加之家長們對科學課程的重視程度有限，很大一部分的學生其科學視野較窄，沒有適量的科學認知儲備便談不上創(chuàng)新，相應的在這方面的成果就會相對薄弱，學生們找不到成就感，對科學的興趣也就日漸衰退，要想打破這樣一個惡性循環(huán)鏈，必須打破原本的結(jié)構(gòu)組成，除了教師個人自身上素質(zhì)必須極力提高之外， 還需

5、要更新我們現(xiàn)下使用的科學教材以及相對應的課程設(shè)計。在教材方面，自2017年小學科學新課程標準出臺之前，國家層面就已經(jīng)積極組織相關(guān)人員編寫了一、二年級的科學教材，并在新課程標準發(fā)布的時候，一二年級的教材跟著一起發(fā)布并投入使用。教育部計劃從2019年9月起更新三年級的科學教材，往后逐年遞更，直至將現(xiàn)行的舊科學教材全部更新為新教材。從一、二年級的教材來看，新教材很大一個亮點是緊跟課程標準的變化而變化，新課程標準規(guī)定，除了原本的物質(zhì)科學、生命科學、地球與宇宙科學三大領(lǐng)域，新增加了技術(shù)與工程領(lǐng)域，同時也強調(diào)了加入數(shù)學和藝術(shù)，開展 STEAM教育，促進跨學科整合。面臨一系列的新形勢新變化，基于STEAM理

6、念下的小學科學課程設(shè)計顯得尤為得重要，如何能夠從學生出發(fā)，并在實踐中回到學生身上，需要一線的科學教育工作者們和研究者們精心設(shè)計課程教學設(shè)計，并在實踐中高效踐行設(shè)計理念，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）、TeChnology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Arts（藝術(shù)）和 Mathematics（ 數(shù)學）五個英文 單詞第一個字母的縮寫，是一種集技術(shù)、工程、科學、藝術(shù)和數(shù)學的多學科融合的綜合教育理念。STEAM教育是從STEM 教育演變而來。STEM教育自提出之日起就受到了廣泛的重視，美國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)。也正是在這個時候，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，為問題的解決提供一種新思路。上世紀90年代，STEAM教育逐漸在美國、韓國、日本以及其他歐洲發(fā)達國家開始盛行，以此增強國家創(chuàng)新力，推動經(jīng)濟社會的發(fā)展。STEAM教育理念倡導將不同學科知識進行整合，以跨學科的方式對學生進行綜合教學，引導和鼓勵學生運用綜合的知識、技能解決真實世界中遇到的問題3 o STEAM教 育注重實踐，注重對創(chuàng)新能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，倡導“做中學”。根據(jù)對近幾年逐漸興起的STEAM教育的主流課程的研究，有少兒編程教育、3D打印、機

8、器人教育等新興課程。STEAM可將教學內(nèi)容從獨立性關(guān)注到多個學科通過自然 集成性的教學方式進行整合，進而實現(xiàn)目標的整體性建構(gòu)和認知4。在教學過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力、與團隊的溝通、交流協(xié)作能力，學會學習和終身學習能力，幫助學生適應經(jīng)濟社會的不斷變化。（二） STEAM教育的特點關(guān)于STEAM教育的特點，目前對其給出界定的研究者甚少，而對于STEM教育的特點討論的人就多一些。姑且從窺探STEM教育特點起，來逐步認識STEAM教育的特點。李揚在他的STEM教育視野下的科學課程構(gòu)建中提到STEM 教育具有開放與動態(tài)性、回歸性、實踐性、豐富性和綜合性的特征5。在STEM教育理念與跨學科整合模

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科性、具有趣味性、具有體驗性、具有情境性、具有協(xié)作性、具有 設(shè)計性、具有藝術(shù)性、具有實證性和具有技術(shù)增強性 。肖小藝在她的基于STEM的小學科學課程設(shè)計研究中提到 STEM教育具有跨學科性、實踐性、開放性、藝術(shù)性、設(shè)計性等特征7。結(jié)合各研究者對STEM教育特點的討論，筆者認為，加入藝術(shù)（A）元素的STEAM教育首先應該具有藝術(shù)性的特點，A的加入無疑使STEM教育的內(nèi)容更為豐富， 形式更為多樣，其次筆者認為 STEAM教育還具有綜合性、情境性、實踐性、趣味性等特點。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)性強調(diào)了把STEAM教育和人文、社會科 學聯(lián)系起來8。2.綜合性STEAM教育的綜合性不僅體現(xiàn)在將科學、技術(shù)、工程、數(shù)學、藝術(shù)這幾門學科整合起來，用一種綜合性的方式進行系統(tǒng)化教學，還體現(xiàn)在具體的實踐和評價中。 在STEAM教育的具體研究中，眾多學者也在不停得探索適合的評價機制，以期能夠可持續(xù)激發(fā)學習者的興趣和發(fā)展動力。3. 情境性STEAM教育以真實的生活情境為背景，強調(diào)具體的情境中“做中學”、“學中思”。情境化的學習方式強調(diào)學生動手與動腦相結(jié)合，在學習中逐步樹立自我效能意識，培養(yǎng)學生的探究能力9。4. 趣味性基于STEAM教育離不開趣味性。例如：雞蛋受到大氣壓強的原理可以被吸進燒瓶里；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，坡越高滾得越快等等生活中有趣的實際例子就能夠引發(fā)孩子們進行一系列的探索 和鉆研。這是學生們聯(lián)系生活實際的紐帶，所以利用有趣的生活案例為引子，促進學生們的學習興趣不失為一個良策。5.實踐性STEAM教育強調(diào)以項目活動為基礎(chǔ)，基于問題解決的學習，并獲得實踐的課堂體驗10。在實踐體驗中建立師生良好的互動關(guān)系，為促進平等師生關(guān)系發(fā)揮光和熱。三、STEAM教育在教學實踐活動中的分類（一）分科教學的STEAM教育STEAM教育首先應該是分科的教育，這是 STEAM教育的基礎(chǔ)。學生需要在理解單個學科的相關(guān)概念和教學內(nèi)容 的基礎(chǔ)上建立學科間的聯(lián)系，從而進

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 學的STEAM教育。分科的STEAM教育兼顧各科的學科核心知識體系，它與一個個單獨的STEAM教育項目不一樣，而是有其內(nèi)在的知識連接。比如，小學科學課程，它就有四條明顯的核心線索，分別是物質(zhì)科學領(lǐng)域（能量、物質(zhì)構(gòu)成、 運動、力的相互作用等），生命科學領(lǐng)域（植物、動物、生命的延續(xù)、生物與環(huán)境的關(guān)系），地球與宇宙科學領(lǐng)域（地 球的運動、地球與宇宙、地球與人類的活動等），技術(shù)與工程領(lǐng)域（人工世界、發(fā)明、設(shè)計等）11。（二）整合的STEAM教育STEAM教育的核心是跨學科，以跨學科的方式進行STEAM教育能夠激發(fā)學生的學習

13、動機，引發(fā)學生的學習熱情, 培養(yǎng)學生在真實的情境中的問題解決能力。STEAM教育的跨學科整合主要有以下幾種范式：1. 基于項目的學習教學模式以項目為基礎(chǔ)的課堂教學理念很早被引入小學課堂使用。項目教學的核心是學生事先計劃好即將要完成的某項實踐 活動。開展這類活動，要求學生跨學科長期進行鉆研和探究，整個過程是以學生為中心，教師起到的是輔助的功能?；?于STEAM教育理念的科學課程尤其適合使用項目化學習。何為項目化學習？項目化學習與探究性學習、基于問題的學 習有相似之處，皆是以一種問題為驅(qū)動，并持續(xù)深入探究，但項目化學習在看重研究過程的同時對成果和結(jié)論也同樣看 重12。2. 基于問題解決的學習教學模

14、式以問題為核心，創(chuàng)設(shè)有效的情境，引導學生提出問題，學生們通過討論、協(xié)同學習生成創(chuàng)意，經(jīng)過與專家的討論與 分辨，學生們繼續(xù)自主進行探究和修正，從而解決問題并反饋。在此過程中，教師輔助學生達成目標，學生們在這個過 程中學會應對問題，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)計的學習教學模式設(shè)計與一般的簡單活動不一樣，其本質(zhì)上是為了解決某一問題而生發(fā)的一種教學I策略。工程設(shè)計為學生們創(chuàng)造一個真實的情境，化抽象為具體，幫助學生理解相關(guān)概念。工程設(shè)計以其動態(tài)變化之特征 而具顯魅力。工程設(shè)計不能一蹴而就，需要進行迭代性得更改與校對，從一開始的確認問題到最后的產(chǎn)品生成，會經(jīng)過 一些列的反復與糾正

15、。工程設(shè)計的主要步驟有：確認問題；調(diào)查研究，確認標準和條件；形成方案；驗證其可行性；測 試優(yōu)化、調(diào)整方案；完善方案13。四、基于STEAM教育理念的小學科學教學活動設(shè)計與實施制作簡易太陽能熱水器教學設(shè)計選擇蘇教版小學科學二年級上冊第二單元第4課曬太陽，二年級的學生以直觀感受和初步的簡單動手制作為基礎(chǔ)，學生嘗試觀察日常生活的自然現(xiàn)象體悟太陽一天的活動，通過運用多種感官 感知太陽是能夠發(fā)光發(fā)熱的。采用多學科多領(lǐng)域整合，培養(yǎng)小學生的思維能力和創(chuàng)新意識，提升小學生核心素養(yǎng)。本教 學設(shè)計適用于低年級，用時建議1課時?；顒用Q制作簡易太陽能熱水器活動目的感知太陽能夠發(fā)光發(fā)熱?；顒宇愋吞骄啃苑纸M實驗準備器材

16、每組黑色自封袋1只、塑料瓶1個、水50ml?；顒硬襟E1.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，同時準備一杯從水龍頭剛放出來的水，兩者比 較，說說有什么發(fā)現(xiàn)。4.提供太陽能熱水器的圖片，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1. 為保證效果，水不易多。2. 曬得時間根據(jù)季節(jié)變化可適當延長或縮短。活動現(xiàn)象1.塑料瓶中的水摸上去比較從自來水龍頭剛放出來的水熱?；顒咏Y(jié)論黑色塑料袋能夠收集熱量。活動延伸尋找生活中利用黑色物體吸熱的現(xiàn)象?；顒釉眍伾畹奈矬w吸熱性能佳?；顒釉u價是否完成活動設(shè)計和制作；成品是否美觀；小組成員是否良好合作。以上教學設(shè)計體現(xiàn)了 STEAM教育教學理念的要求，學生們分小組活動，在形成的學習共同體中，學生們相互合作， 相互討論與溝通，共同解決問題，這就是STEAM教育理念背景下小學科學課程設(shè)計想培