毛國堅(jiān)

STEAM是本世紀(jì)初首先興起于美國的旨在提高學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)、增強(qiáng)國家科技競(jìng)爭力的綜合教育實(shí)踐活動(dòng)。起初以科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等相關(guān)科目的英文首字拼寫命名為“STEM”，后來發(fā)展為加入藝術(shù)科（Arts）的“STEAM”。學(xué)校在新課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中引入了STEAM教育的理念，開展了始于通用技術(shù)的STEAM教育實(shí)踐，著力培養(yǎng)學(xué)生的整合應(yīng)用與科技創(chuàng)新能力，構(gòu)建師生共同成長的實(shí)踐場(chǎng)，營造一種新的教育生態(tài)，讓身處其中的師生回歸生命的成長和可持續(xù)成長。

一、STEAM教育生態(tài)理念的構(gòu)建

“尊重、適合、選擇”是學(xué)校新課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的課程理念，即學(xué)校提供給學(xué)生的課程應(yīng)該滿足學(xué)生的個(gè)體需求，讓學(xué)生根據(jù)自己適合的興趣愛好自主選擇，讓每個(gè)學(xué)生的潛能得到發(fā)展，甚至成為學(xué)生與別人交往以及分享的空間?；诖耍瑢W(xué)校堅(jiān)持“立足實(shí)踐、突出綜合、重在創(chuàng)新”的原則，積極構(gòu)建STEAM教育生態(tài)系統(tǒng)。

1.立足實(shí)踐

我們突出課程的“實(shí)踐育人”價(jià)值，在課程中不斷提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手技能、分析判斷、合作學(xué)習(xí)的能力。例如，在STEAM學(xué)科教室建設(shè)中，我們故意留白，讓學(xué)生主動(dòng)建設(shè)的實(shí)踐空間，有的參與教室的文化設(shè)計(jì)與制作，有的參與實(shí)驗(yàn)設(shè)施的設(shè)計(jì)與制作。目前，50個(gè)學(xué)科教室都是由師生設(shè)計(jì)、建設(shè)的教室，學(xué)生的潛能就這樣的在實(shí)踐中得以發(fā)現(xiàn)與喚醒。

2.突出綜合

我們對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等多個(gè)學(xué)科（STEAM）進(jìn)行整合，開展基于探究的學(xué)習(xí)（基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、基于問題的學(xué)習(xí)、基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)），嘗試項(xiàng)目教學(xué)模式：在研究教材、理解課標(biāo)、分析學(xué)情后，我們進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，形成一個(gè)多功能、多學(xué)科的聯(lián)合的教學(xué)項(xiàng)目，一改以往的“講知識(shí)”“背技術(shù)”的授課模式。

3.重在創(chuàng)新

我們的研究分為三個(gè)層次：首先，我們研發(fā)一系列的綜合性的活動(dòng)和項(xiàng)目涵蓋通用技術(shù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的要求；其次，我們?cè)谠O(shè)計(jì)課程中對(duì)教材進(jìn)行重構(gòu)創(chuàng)新研發(fā)的一系列探究式的課程，體現(xiàn)出課程的價(jià)值；最后，我們整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等多個(gè)學(xué)科注重提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

二、基于STEAM教育生態(tài)理念的探究項(xiàng)目開發(fā)與實(shí)施

學(xué)校的STEAM教育課程項(xiàng)目開發(fā)實(shí)施步驟共五步，分別為：

1.生成項(xiàng)目主題

生成項(xiàng)目主題的關(guān)鍵是了解學(xué)生，了解學(xué)生喜歡探究的些什么。不同的學(xué)生群體興趣點(diǎn)不同，我們主動(dòng)接觸學(xué)生，召開交流討論會(huì)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣點(diǎn)。此外，教師也可結(jié)合自己的興趣和專長，生成課程。項(xiàng)目主題，我們還力求關(guān)注科技前沿、時(shí)事政治等問題。

2.制訂項(xiàng)目計(jì)劃

這一階段主要完成兩項(xiàng)工作：1. 確定項(xiàng)目開展的可行性；2. 確定項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)資源。這一環(huán)節(jié)實(shí)施的要點(diǎn)是：課程項(xiàng)目必須適合學(xué)生的學(xué)情，以學(xué)生的角度思考問題。

3.學(xué)生了解課程項(xiàng)目探究主題

這一階段的主要任務(wù)是讓學(xué)生充分了解研究對(duì)象是什么，預(yù)估自己能研究到哪個(gè)深度或?qū)哟?，并?duì)探究結(jié)果做一個(gè)預(yù)期。具體而言，我們引導(dǎo)學(xué)生了解研究的主題涉及面、研究過程需要應(yīng)用到的知識(shí)與技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽假設(shè)、提出問題，讓學(xué)生思考研究經(jīng)費(fèi)來源，并指導(dǎo)學(xué)生開展預(yù)期實(shí)驗(yàn)。

4.學(xué)生規(guī)劃探究的方案

這一階段的主要任務(wù)是組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并做好實(shí)驗(yàn)記錄、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，思考改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的辦法。具體而言，引導(dǎo)學(xué)生將數(shù)據(jù)做成表格或者圖形，思考數(shù)據(jù)說明了什么，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、尋找規(guī)律，告訴學(xué)生，可以接受或者推翻假設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有價(jià)值，能否解決現(xiàn)實(shí)問題。

5.成果評(píng)價(jià)與交流

學(xué)校給學(xué)生提供展示的平臺(tái)。這一階段，學(xué)生可以以小組為單位設(shè)計(jì)展板、PPT，進(jìn)行口頭報(bào)告，或者撰寫研究論文。

三、主題探究式項(xiàng)目設(shè)計(jì)及實(shí)施案例

2012年至今，全校各科組教師積極參與STEAM課程項(xiàng)目的開發(fā)與實(shí)施，現(xiàn)在每個(gè)學(xué)期都有50多個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目供學(xué)生選擇。本文以“彈珠挑戰(zhàn)”項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)施為例，具體闡述如何開展主題探究式項(xiàng)目。

【項(xiàng)目·彈珠挑戰(zhàn)】在一個(gè)60cm×

60cm的木質(zhì)底板上設(shè)計(jì)一個(gè)紙質(zhì)軌道結(jié)構(gòu)，高度不低于30cm，彈珠一次順利的滾下。要求有180度的彎道，彈珠下落的時(shí)間不能低于12秒，時(shí)間越長越好，材料越少越好，整體設(shè)計(jì)美觀。

環(huán)節(jié)1：利用高中所學(xué)知識(shí)分析項(xiàng)目的可行性

彈珠挑戰(zhàn)項(xiàng)目雖然沒有明確的問題，但是學(xué)生通過討論提出了關(guān)鍵的問題：

1.物體從30CM高度自由下落要多長時(shí)間？自由落體公式算的

t=0.24秒。可見自由下落時(shí)間很短，但是項(xiàng)目要求是12秒。這個(gè)問題突出挑戰(zhàn)的

意義。

2.如果物體從高30cm傾角為α的斜面無摩擦下滑12秒軌道要多長時(shí)間？建模分析：如果高度H=30cm下落時(shí)間t=12秒，需要多長的軌道呢？一個(gè)理想的軌道無摩擦，下落做勻加速運(yùn)動(dòng)①，加速

度與斜面的傾角α有關(guān)α=gsinα②，傾角與高度有關(guān)③，聯(lián)立得：

。解得S=14.7m。學(xué)生思考到這里就會(huì)發(fā)現(xiàn)，要在60cm×60cm的底板上建立一個(gè)14m長的軌道的是不現(xiàn)實(shí)的。

3.我們可以通過什么方法使得下落時(shí)間達(dá)到或者超過12秒呢？

學(xué)生總結(jié)延緩下落時(shí)間方法有：

（1）盡量減小坡度

（2）盡可能將軌道做長

（3）想辦法讓軌道的摩擦力增大（例如鋪設(shè)海面等軟物體。）

這一環(huán)節(jié)，學(xué)生的思考其實(shí)就是一種設(shè)計(jì)和控制了。

環(huán)節(jié)2：思考、探索結(jié)構(gòu)的承壓能力

常見的支撐結(jié)構(gòu)有三類：圓柱形、四棱柱形、三棱柱形（見圖b）。圓柱形結(jié)構(gòu)外形美觀、制作簡單；四棱柱形結(jié)構(gòu)：大多數(shù)房屋的支柱都是四棱柱形的；三棱柱形結(jié)構(gòu)比上述兩種橫向抗壓能力強(qiáng)、節(jié)省材料。根據(jù)項(xiàng)目要求，哪種支撐結(jié)構(gòu)適合本組設(shè)計(jì)要求？

該環(huán)節(jié)指導(dǎo)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)探究三種結(jié)構(gòu)的承壓能力：

1.各組分發(fā)三張普通A4紙

2.分別折成空心的四棱柱、圓柱、三棱柱（見圖b），接合處用雙面膠粘住

3.分別在四棱柱、圓柱和三棱柱上放一硬質(zhì)塑料板，然后往塑料板上不斷添加細(xì)沙，直到支柱被壓塌，

4.用天平稱出添加細(xì)沙的總質(zhì)量并記錄。

支柱形狀 四棱柱 圓柱 三棱柱

塑料板與細(xì)沙總質(zhì)量/克 830 880 450

實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果各個(gè)小組基本相同。在相同材料的情況下圓柱形和四棱柱形承壓差不多，最容易壓垮的是三棱柱形。

其實(shí)設(shè)計(jì)用沙來做承壓實(shí)驗(yàn)比較麻煩，因?yàn)橛操|(zhì)塑料板面積有限，較多細(xì)沙在上面容易在四周流出，學(xué)生也發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題。有學(xué)生回家改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方法，用盆子盛水來代替細(xì)沙。但是，在最后做出的作品中發(fā)現(xiàn)幾乎沒有圓柱形的支撐結(jié)構(gòu)，為什么呢？學(xué)生在制作過程中總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)：

1.在制作過程發(fā)現(xiàn)紙張?jiān)叫≈谱鲌A柱形的結(jié)構(gòu)越困難，制作三棱柱形反而難度并沒增加。

2.抗壓小的地方可以選擇三棱柱形因?yàn)橹谱骱唵喂?jié)省材料，抗壓大的地方可以制作四棱柱形的結(jié)構(gòu)。圓柱形結(jié)構(gòu)接觸面小，不利于各個(gè)支柱間，支柱與軌道間的粘貼。

3.三棱柱結(jié)構(gòu)其他兩種結(jié)構(gòu)橫向抗壓能力強(qiáng)，

4.項(xiàng)目要求是材料越節(jié)省越好，所不能盲目統(tǒng)一都制作某一種支撐結(jié)構(gòu)。

5.項(xiàng)目要求具有藝術(shù)性及結(jié)構(gòu)說明。

彈珠課程設(shè)計(jì)這個(gè)結(jié)構(gòu)承壓探究實(shí)驗(yàn)，能較好達(dá)到結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。

環(huán)節(jié)3：優(yōu)化系統(tǒng)，思考流程對(duì)設(shè)計(jì)的影響

學(xué)生學(xué)會(huì)制作傘形控制盤后發(fā)現(xiàn)，控制盤放在起點(diǎn)或者終點(diǎn)，時(shí)間差異很大。每一釋放的位置、速度不同，彈珠在控制盤下落的時(shí)間也不同。所以學(xué)生要思考傘形控制盤在他的作品中最佳的位置擺放。通過測(cè)試總結(jié)出規(guī)律：

1.彈珠落到控制盤上時(shí)應(yīng)該有一定的速度。不要在一開始就設(shè)計(jì)控制盤。

2.彈珠落到控制盤上時(shí)速度應(yīng)該切向的，如果徑向容易掉落失去設(shè)計(jì)的

意義。

學(xué)生在利用控制功能部件時(shí)也在考慮他的流程的安排，隨意的放置并不能達(dá)到最佳的效果。學(xué)生對(duì)控制位置設(shè)定的思考，實(shí)現(xiàn)流程對(duì)設(shè)計(jì)的影響的認(rèn)識(shí)。這個(gè)過程其實(shí)也是學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化

過程。

環(huán)節(jié)4：設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與交流

設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)與交流體現(xiàn)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中的思考，所以應(yīng)該形成文字的記錄，建立檔案，建立系統(tǒng)、完善的學(xué)生評(píng)價(jià)方案，記錄好在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中學(xué)生各方面的變化。

我們驚喜地看到，“彈珠挑戰(zhàn)”項(xiàng)目活動(dòng)可以促進(jìn)技術(shù)素養(yǎng)；可以促進(jìn)科學(xué)學(xué)習(xí)，特別是可促進(jìn)科學(xué)原理的學(xué)習(xí)與理解；可以促進(jìn)師生合作精神；可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力；可以提高學(xué)生觀察問題分析問題解決問題的能力；可以提升學(xué)生用數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，用工程、藝術(shù)的角度理解科學(xué)與技術(shù)。

在課程實(shí)施過程中我們發(fā)現(xiàn)：STEAM教育實(shí)踐更強(qiáng)調(diào)關(guān)聯(lián)學(xué)科的整合學(xué)習(xí)，項(xiàng)目活動(dòng)更好地體現(xiàn)了課程的開放性、實(shí)踐性、綜合性、創(chuàng)造性和科學(xué)與人文融合性；項(xiàng)目活動(dòng)能集中地體現(xiàn)更復(fù)雜和更高級(jí)的學(xué)習(xí)，由于知識(shí)整合更好地讓學(xué)生將各科知識(shí)融會(huì)貫通，提高學(xué)習(xí)效果和質(zhì)量；項(xiàng)目活動(dòng)使學(xué)生學(xué)會(huì)尊重、學(xué)會(huì)做事、學(xué)會(huì)合作與交流；項(xiàng)目活動(dòng)讓學(xué)生更容易接觸社會(huì)、了解社會(huì)。我們會(huì)在STEAM課程的探索之路上堅(jiān)持走下去。

（作者單位：廣西梧州市第二中學(xué)）

責(zé)任編輯：肖佳曉

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