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1、STEAM理念下工程学习的设计与实践翻开文本图片集STEAM教育以一种独立新型的姿态出现在我国中小学中，它承载着点燃学生创新思维和培养未来创新型人才的责任。为实现这一目标，进行STEAM工程开发并开展STEAM活动，已成为一线科学教师及科技工作者特别关注的问题。笔者从教学目标、根本架构、建议课时、教学准备、实施流程和教学评价六个方面，设计与“投掷器有关的STEAM工程化活动，希望能为教师开发STEAM工程活动提供一定的参考。搭建工程的根本架构南京市玄武区教师开展中心的冯凌老师，在?实践STEM教育的“玄武路径?中提到STEAM工程活动的根本教学流程，即“引入问题与确定需求调查研究与学习支持分析
2、观点与建立模型测试优化与解决问题四个阶段。笔者将其简要地定义为八字，即“一引二研三建四优，将?投掷器?STEAM工程划分为4个阶段和9个章节（如表1）。明确工程的教学目标教学目标是关于教学将使学生发生何种变化的明确表述，是指在教学活动中所期待得到的学生的学习结果。在教学过程中，教学目标起着十分重要的作用。教学活动以教学目标为导向，且始终围绕实现教学目标开展。?义务教育小学科学课程标准?明确规定分别从“科学知识“科学探究“科学态度和“科学、技术、社会与环境四个方面阐述教学的具体目标。笔者认为，STEAM工程活动的教学目标，可以有别于小学科学单门学科，从科学、技术、工程、艺术和数学五门学科的不同领
3、域，去具体阐述整个工程的教学分科目标（不强制要求每项活动均要涉及五门分科目标），这样更有利于教师选择STEAM工程活动、把握教学目标和开展教学活动。比方，本工程活动蕴含着学生所需掌握的五门教学分科目标（如表3）。当然，针对工程活动的每课时，可以制定与之对应的课时目标，这样利于教师对课时教学目标和课时内容的把握，明确本课时学生所需要掌握的内容。比方，本工程活动第一课时，即?1.1认识与了解?和?2.1体验稳定性?两节内容的课时目标如表4。表4 第一课时的课时目标（第一课时 ?1.1认识与了解?+?2.1体验稳定性? 课时目标 1.用画图或文字的形式记录对投掷器的初步认识，学会用语言描述对投掷器工
4、作原理等的认识 2.激起学生对杠杆原理和弹力原理等在投掷器中的应用的兴趣 3.通过观察和实验，了解形状和结构的稳定性对制作投掷器的重要性 4.每次活动后，能习惯性地对团队的表现进行真实和及时性的评价 ）落实教学准备1.备课阶段精心落实动人心者，莫先乎情。情，不仅要表达在课堂上，更要表达在课前，即为上课准备的备课阶段。在备课的过程中，我们要充分考虑到大多数学生的学情，有效地把握教学目标，并设计出符合学生学情的教学设计，来提高学生的学习兴趣。备好一堂课是上好一堂课的前提。因此，课前教师要精心落实每一堂课的教学设计。比方，以本工程第一课时（?1.1认识与了解?+?2.1体验稳定性?）为例。课前要把握
5、课时目标，在考虑学生学情的根底上，做好教学设计，并做好教师预设。如果课堂中出现与预设目标差异较大的环节，需要教师在课后第一时间考虑并调整教学方案，在不断反思纠正的过程中，设计出最正确教案。2.材料准备落实到位一堂优质的、有意义的STEAM课具备这些特点：在活动中进行科学探究、数据分析和工程设计等，要实施到位就离不开活动材料的充分准备，要选择有结构、有创意的材料，同时还要贴近学生的日常生活，使学生运用简单的活动材料不断提高STEAM素养，锻炼创新思维与能力。以本工程第二课时?2.2体验杠杆?为例。教学中设计了“用力点距离支点远近与用力大小的关系的探究实验，这个探究杠杆原理的测力实验装置需要教师自
6、行准备，在不断的尝试和摸索中，最后用铁架台、杠杆尺、回形针、钩码和弹簧测力计组装，在下水实验成功后在课堂中使用，效果颇好（如图2）。又如，教师明确活动任务后，在设计与制作前为学生准备的活动材料，需要反复斟酌，不仅要考虑材料准备的便利性，还要考虑材料的结构性、创新性和平安性，最后在确定材料单价时，还需考虑到是否能正确地引导学生建立控制工程本钱的意识等（如表5）。确定具体实施流程1.引入问题与确定需求通过创设情境（如播放视频、图片等）的方式，将学生带入情境，启发学生回忆相关的旧知识、前概念或初认知，引起学生对工程的关注，激发学生的学习动机，从而引出工程研究中需要关注和掌握的重难点。比方，本工程的导
7、入，是通过张艺谋導演的影片?长城?片段进行的，影片中城墙内士兵用投掷器投射巨大火球的场景让人印象深刻，这种震撼足以让人有穿越到战场上的冲动，不是因为战争场面的浩瀚，而是因为古人的伟大智慧。如此震撼的场面能激起学生脑洞大开，向往着模仿古人一步步完成战争武器的创造创造。又如，本工程的需求，是通过初步了解学生对投掷器的认识完成的;教师介绍投掷器的开展历史和用途原理;出示各种投掷器图片，让学生观察比较;小组讨论完成下表（如表6）;然后师生交流、小组评价;最后指导学生思考找出一架投掷器的优势和缺点的方法等。最终引导学生确定需求和限制因素（即三角形稳定性、杠杆原理、弹力原理、比较韧性），解决问题所需的知识
8、、技能和方法。2.调查研究与学习支持通过调查了解已有的做法，通过探究让学生理解相关概念，通过操作习得思维方法，学会正确使用工具。总之，一切均是为解决工程活动中的问题做好知识、技能和方法的准备。比方，本工程主要的四项体验活动，即体验稳定性、体验杠杆、体验弹力和体验韧性，都是为制作出一款发射得“既远又准的投掷器做准备。其中，体验稳定性是为了让学生深刻地认识到“三角形具有稳定性和四边形不具有稳定性的概念，通过“判断图形结构的稳定性的实验活动，为搭建质量好、稳定性高的投掷器做最初的地基准备（如表7）。又如，体验杠杆和弹力是为了让学生掌握投掷器的动力来源，而其中的科学探究是为激发学生寻找投掷更远的方法，
9、如体验杠杆中探究“投掷距离与投掷角度的关系和体验弹力中探究“投掷距离与橡皮筋缠绕圈数的关系。3.分析观点与建立模型引导学生采用头脑风暴的方法，列出各种可能的解决方案，再运用分析、综合、类比的方法分析每个观点所包含的一切风险和利益，评估出操作的可行性，同时在控制工程本钱的前提下，根据评价量表，设计出最终解決问题的产品模型图，并按照模型设计图制作成品。比方，本工程的投掷器设计方案，让学生基于现有的材料，组团分工合作，在思考、讨论和交流的过程中，设计出一套属于团队自己的设计方案，引导学生标准绘制设计图，让他们知道设计图就像是导航路线一样，如果设计时有失误，会直接影响工程师制作成品。而且不同团队的个性
10、化方案能最大限度地调动起学生用心制作的积极性。而?量化评价表?可以作为检测成品效果和学科目标达成度的依据，共分为6个方面（即“谁最省钱“谁最相似“谁最坚实“谁最美观“谁投得更远和“谁介绍最好），分别涉及“S-T-E-A-M-+不同的学科（如表8）。在开展汇报会时，每个团队围绕设计理念、团队分工、执行任务时遇到的困难及其解决方法对自制投掷器进行介绍和展示。现场汇报时，一小组介绍，其他小组和教师作为评委对投掷器从相似度、坚实度、美观度和介绍情况等方面进行排序。最终，依据“评价标准中的团队总得分，来测试各团队科学、技术、工程、技术、数学（和语文）学科的目标达成度。4.测试优化与解决问题在所有可能的条
11、件下对模型成品进行闯关式测试，记录测试时的各种现象，引导学生进一步找出和分析缺乏的原因，尝试为实现更理想的效果而不断改进方案，制作出最正确的模型成品，形成最终的解决方案，总结整个过程中所取得的收获，同时反思存在的缺乏。比方，本工程有闯关式的测试，即“比一比谁更远和“比一比谁更准的PK，两场PK间存在着一定的递进和提升。“比谁更远只需学生运用好前阶段所掌握的三角形稳定性、杠杆原理、弹力原理和韧性即可。而“比谁更准的测试难度就大一些，对学生的要求更高，不仅要求投掷器的投掷效果好，还需要他们通过调节投掷器来控制最终的投掷位置。整场比赛让学生成为学习的主角，更能让他们获得成就感。又如，在每项活动后，教
12、师都会支持成功团队分享比赛的成果，如投掷器的优点、投掷距离远和投中率高的原因，让学生尽情发挥，分享活动成果，体验成功者的喜悦，这不仅是对自己的一种隐形的奖励，也是对其他学生的一种鼓励。当然，也需要让暂时失败的团队总结失败的原因和缺乏，最终找出解决问题的方法，进一步优化和改进模型。评价贯穿整个工程教学评价是依据教学目标对教学过程及结果进行价值判断，而课堂教学评价专指对在课堂教学实施过程中出现的客体对象所进行的评价活动，评价是促进学生成长、教师专业开展和提高课堂教学质量的重要手段。因此，将教学评价贯穿到整个工程活动是刻不容缓的。比方，笔者将教学评价贯穿于整个工程，分为过程性评价和总结性评价（如表9
13、）。过程性评价是在小组讨论、团队探究或组间比赛活动时采用，本工程共计12次（共计60颗）过程性评价，其中3次是讨论活动、7次是探究活动、2次是比赛。总结性评价是在最终投掷器展示时采用（5颗）。?投掷器?工程活动是笔者基于STEAM教育工程式学习设计的初探，该工程融合了科学、技术、工程、艺术和数学五门学科知识，运用多媒体技术、实验操作技术、工程设计技术等手段，辅以数学数据分析、综合考虑工程领域的全局意识、本钱意识等解决现实问题。在工程实施的四个阶段，按照学生认知水平层次，由低到高布置任务，在层层递进的实践中培养学生的综合素养。当然，仅凭这一工程的学习是远远不够的，只有不断立足STEAM理念开发和开展教学活动，才能真正到达培养学生的综合素养的目的。为此，笔者将会坚持不懈地对STEAM工程活动进行全面、深入和持久的探索与开发。
