“降落傘”STEAM課程的設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)施研究

“降落傘”STEAM課程的設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)施研究摘要：本文將STEAM教育理念與降落傘課程相結(jié)合，讓學(xué)生自己動(dòng)手針對傘繩數(shù)量、傘面材料、傘面大小、傘面形狀、傘繩與傘面直徑比、傘繩材料、傘繩長短七個(gè)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)與制作實(shí)踐過程中掌握降落傘的下降規(guī)律，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力和基于問題、基于工程設(shè)計(jì)、基于項(xiàng)目的以真實(shí)情境為背景的解決真實(shí)問題的能力。STEAM教育STEAM教育就是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合教育。[1]STEAM的教育理念可以概括為：以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過工程和藝術(shù)解讀科學(xué)和技術(shù)。[2]STEAM教育是一種以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)、以問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的整合學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)不僅是學(xué)習(xí)科學(xué)知識的過程，同時(shí)也是理解工程技術(shù)藝術(shù)的過程，是了解設(shè)計(jì)、制作、反思與修正一個(gè)項(xiàng)目的過程。[3]STEAM教育框架如圖1所示，它將多個(gè)學(xué)科連接起來，以跨學(xué)科的方式指導(dǎo)教學(xué)，形成了一個(gè)金字塔的形狀。金字塔的最頂層是通識水平，這一水平代表的是最終的教育目標(biāo)。通識教育和全人教育密切相關(guān)，因此，金字塔頂層和終身教育相互聯(lián)系。金字塔的第二層為綜合水平，這一水平是STE@M教育（藝術(shù)與STEM相互作用，因此STEAM表示成了STE@M），鼓勵(lì)學(xué)生通過跨學(xué)科的方式去發(fā)現(xiàn)和解決問題。金字塔的第三層是多學(xué)科水平，這一水平在過去科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上增加了藝術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生增加藝術(shù)美感。金字塔的第四層是具體學(xué)科水平，這一水平增強(qiáng)了科學(xué)、技術(shù)、工程藝術(shù)和數(shù)學(xué)學(xué)科相互之間的聯(lián)系。金字塔的第五層是具體課程水平，這一水平主要是科學(xué)、技術(shù)、工程藝術(shù)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的相關(guān)課程。[4]“降落傘”STEAM課程的設(shè)計(jì)1.課程目標(biāo)設(shè)計(jì)本項(xiàng)目主要是引導(dǎo)學(xué)生知道物體在下落時(shí)所涉及的科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程等學(xué)科相關(guān)知識及思想方法;在研究影響降落傘下降快慢因素的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)過程中，通過調(diào)查收集資料尋找證據(jù)，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題的過程，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、求真務(wù)實(shí)的態(tài)度;調(diào)整完善并最終完成降落傘的制作，通過科學(xué)探究與工程設(shè)計(jì)的融合，提高創(chuàng)新與實(shí)踐能力;體會(huì)科學(xué)與地理、物理、工程、技術(shù)與藝術(shù)等學(xué)科的關(guān)聯(lián)，感悟多學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了STEAM教育理念的五個(gè)方面，如表1所示。2.課程內(nèi)容設(shè)計(jì)本課程主要針對降落傘的七個(gè)影響因素進(jìn)行研究，具體研究內(nèi)容如表2所示，學(xué)生通過對這些影響因素的研究，習(xí)得制作降落傘的知識，從而動(dòng)手制作一款自己覺得最好的降落傘。3.課程實(shí)施設(shè)計(jì)課程對七個(gè)因素進(jìn)行分項(xiàng)研究，每一個(gè)研究都要經(jīng)過參與、解釋、探索、反思、創(chuàng)新五個(gè)環(huán)節(jié)。通過參與環(huán)節(jié)讓學(xué)生知道各自的任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力;通過解釋環(huán)節(jié)幫助學(xué)生進(jìn)行思考，培養(yǎng)邏輯思維能力;在探索環(huán)節(jié)通過實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的操作能力;在反思和創(chuàng)新兩個(gè)環(huán)節(jié)通過再思考，并進(jìn)行創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。4.課程評價(jià)設(shè)計(jì)根據(jù)評價(jià)的基本內(nèi)容制訂評價(jià)表，主要包括三個(gè)方面的評價(jià)：一是活動(dòng)的內(nèi)容目標(biāo);二是活動(dòng)過程要素;三是活動(dòng)效果分析。在劃分出評價(jià)的各種類別后，根據(jù)評價(jià)的重點(diǎn)，賦予不同的評價(jià)項(xiàng)目不同的權(quán)重系數(shù)，綜合評價(jià)學(xué)生在活動(dòng)過程中的發(fā)展?fàn)顩r。為了充分了解傘繩的數(shù)量這一因素對降落傘下降情況的影響，從而促進(jìn)學(xué)生在活動(dòng)中達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，本課程制訂了適合學(xué)生的課程學(xué)習(xí)評價(jià)方案：①教師組織各小組展示不同傘繩數(shù)量的降落傘。②小組安排成員進(jìn)行匯報(bào)并展示各項(xiàng)成果，包括制作降落傘所產(chǎn)生的作品資料，如降落傘模型、過程性記錄表（活動(dòng)記錄單）等。③活動(dòng)結(jié)束后，教師組織學(xué)生對小組作品進(jìn)行自我評價(jià)，采用如表4所示的評價(jià)量規(guī)表?！敖德鋫恪盨TEAM課程的教學(xué)實(shí)施1.課程內(nèi)容實(shí)施以下是研究傘繩數(shù)量的過程，傘面材料、傘面大小、傘面形狀、傘繩與傘面直徑比、傘繩材料、傘繩長短六項(xiàng)因素對降落傘下落時(shí)間影響實(shí)驗(yàn)也根據(jù)以下步驟進(jìn)行。（1）參與環(huán)節(jié)——教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)境：播放相同條件下不同傘面數(shù)量降落傘同時(shí)降落時(shí)的視頻，讓學(xué)生觀察其下落時(shí)間的差異。教師提問：為什么這幾個(gè)降落傘同時(shí)下落，但是它們的下落時(shí)間卻并不相同呢？學(xué)生活動(dòng)：思考這幾個(gè)降落傘不同的地方，尋找得出此情境中的關(guān)鍵因素——傘繩數(shù)量。（2）解釋環(huán)節(jié)——任務(wù)的發(fā)布與分析制作一組降落傘，研究傘繩數(shù)量對降落傘降落時(shí)間的影響。本次任務(wù)改變的條件為傘繩數(shù)量（根據(jù)折疊技術(shù)、裁剪技術(shù)的支持，選擇不同傘繩的數(shù)量，如4根、8根、10根、12根、14根、16根等），不變的條件有傘面大小、傘面形狀、相同重物、傘繩材料等。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)降落傘從同一個(gè)高度同時(shí)投放，學(xué)生及時(shí)記錄每一次測量的數(shù)據(jù)以及測試過程中的現(xiàn)象和問題，并且重復(fù)測試。（3）探索環(huán)節(jié)——降落傘的制作與測試同組學(xué)生進(jìn)行降落傘的制作，控制傘繩數(shù)量不同，保持其他條件相同，做出3個(gè)或3個(gè)以上的降落傘，將它們從同一高度進(jìn)行投放，通過多次測量，選取平均值，并及時(shí)記錄數(shù)據(jù)。（4）反思環(huán)節(jié)——數(shù)據(jù)的整理與選擇學(xué)生根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，選擇出實(shí)驗(yàn)得出的相同條件下最適合降落傘下落的傘面材料。同時(shí)，各小組公開實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有不一致的通過反復(fù)試驗(yàn)，尋找出存在的問題并進(jìn)行討論與解決，難以解釋的可詢問教師。（5）創(chuàng)新環(huán)節(jié)——理想降落傘的設(shè)計(jì)與制作學(xué)生以小組為單位在規(guī)定時(shí)間內(nèi)闡述自己小組的設(shè)計(jì)（小組依據(jù)自身的知識與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行“無限制性”設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出最理想的降落傘）。在闡述設(shè)計(jì)后，組長領(lǐng)取材料，各組學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)圖分工制作降落傘。在制作完成后，挑戰(zhàn)第一個(gè)任務(wù)，讓降落傘攜帶10g重物（1個(gè)鐵墊片）從3米左右高空安全打開降落，并進(jìn)行三次測試，取平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。2.課程效果評價(jià)為有效檢驗(yàn)該模式實(shí)施效果，筆者在有限的范圍內(nèi)選取了案例學(xué)校實(shí)驗(yàn)班開展課堂教學(xué)實(shí)踐，并對各小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，清晰地獲得該模式的實(shí)施反饋情況?；顒?dòng)中統(tǒng)計(jì)了四組學(xué)生關(guān)于傘繩數(shù)量對比實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，具體如表5所示。通過傘繩數(shù)量這一項(xiàng)研究可知，傘繩數(shù)量越多，降落傘能夠平穩(wěn)降落的時(shí)間越久，但是第四組實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論和其余組不同，他們的結(jié)論是4根尼龍繩下降時(shí)間最長，而8根卻比4根時(shí)間短。筆者與該組學(xué)生進(jìn)行交流，發(fā)現(xiàn)是由于傘繩未粘貼均勻，導(dǎo)致數(shù)據(jù)有誤，但同時(shí)也提醒了其他學(xué)生在制作過程中要注意傘繩的粘貼。根據(jù)四組學(xué)生關(guān)于傘繩數(shù)量、傘面材料、傘面大小、傘面形狀、傘繩與傘面直徑比、傘繩材料、傘繩長短等的對比實(shí)驗(yàn)，實(shí)施效果評價(jià)，具體如下頁表6所示?！敖德鋫恪盨TEAM課程效果分析1.跨學(xué)科整合，STEAM素養(yǎng)形成2.任務(wù)導(dǎo)向，創(chuàng)新意識培養(yǎng)“降落傘”STEAM課程以其獨(dú)特的教學(xué)模式，給予學(xué)生親身體驗(yàn)獲得知識的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在操作中學(xué)習(xí)，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。自行設(shè)計(jì)降落傘的任務(wù)不僅僅是對知識的考量，還是對學(xué)生操作能力、反思能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)精神等的考量，有利于學(xué)生的全面發(fā)展，體現(xiàn)了STEAM教育的核心，即發(fā)現(xiàn)問題—設(shè)計(jì)方法—解決問題—驗(yàn)證效果，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。3.陶冶情操，藝術(shù)思維提升在降落傘制作的過程中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下考慮降落傘的色彩搭配、形狀組合等視覺效果。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中，潛移默化地用藝術(shù)進(jìn)行多角度的探索。通過該項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生的情操得到陶冶，藝術(shù)思維得到提升。4.學(xué)生感悟，綜合能力提升在“降落傘”課程實(shí)施過程中，學(xué)生遇到了各種問題，如降落傘傘面難以裁剪，容易損壞;在創(chuàng)新環(huán)節(jié)加上重物后，會(huì)與先前所得結(jié)論產(chǎn)生差異;自行設(shè)計(jì)降落傘時(shí)不能單純將各個(gè)實(shí)驗(yàn)所得最優(yōu)材料組合;自行設(shè)計(jì)時(shí)間不夠等。在一次次嘗試與失敗中學(xué)生學(xué)會(huì)了堅(jiān)持和反思，并通過知識的相互碰撞實(shí)現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí);通過小組合作，學(xué)生明白了團(tuán)結(jié)的真諦，達(dá)到綜合能力的高度提升。“降落傘”課程是STEAM教育理念與課程融合的一大實(shí)踐，深入貫徹“主動(dòng)參與，樂于探究，勤于思考”的原則，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生去親身體驗(yàn)影響降落傘下降的因素，在過程中培養(yǎng)了學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題、探究合作、解決問題的能力。[1]袁利平，張欣鑫.論STEAM教育與核心素養(yǎng)的對接[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，2017，46（05）：164-169.[2]趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學(xué)生創(chuàng)新能力——