STEAM课程开发模型与应用

梁灵辉

摘   要 教育部在2017年发布的新修订课程标准中，倡导基于STEAM的跨学科学习方式。目前对于STEAM课程整合的研究尚少，尤其是基于全学科的整合研究。STEAM课程开发模型，分析了四种课程来源，每种课程来源嵌套三种课时形态，共形成十二种基本的课程组态。该模型可对各个学科进行有效整合，并提升STEAM课程开发效率。

关键词 STEAM  课程开发  模型

美国教育课程改革的重点就在于对STEAM课程的关注与发展，即一种以科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）五个要素整合而成的新型课程形态。我国教育参考并开展了STEAM教育，来促进课程改革。在2017年发布的新修订课程标准中，小学科学、高中化学、高中生物、高中信息技术、高中通用技术等均倡导基于STEM或STEAM的跨学科学习方式，培养学生面向真实情境的问题解决能力。

目前国内对于STEAM教学案例开发，以及基于全学科的STEAM课程整合等均缺乏相应研究。由于STEAM课程正处于发展的初始阶段，教育工作者对课程整合方式研究尚少，有必要开展基于STEAM的课程开发模型研究。形成适合于STEAM课程开发的模型，为教师提供教学参考，可有效推进基于STEAM的课堂教学。

本文结合STEAM课程开发实践，梳理了课程内容的四个来源：地方特色、传统文化、科技创新、项目平移等。形成了课程实施的三种形态：以1课时为单位的微项目，以4课时为单位的短项目，以16课时为单位的长项目，如图1所示。

一、课程开发类型

1.地方特色类

该类STEAM课程开发目标，旨在结合地方特色与地方经济，为地方特色经济发展起助推作用。基于产业了解对应职业的特点，培养学生的生涯规划能力。同时培养学生解决复杂问题的能力，提高自我决策能力以及对自己未来进行规划的意识和能力，形成较强的职业意识及职业探索兴趣。

地方特色课程包含了较多的技术性课程，主要有两方面的来源。一是基于地理位置，如台州市第一中学，该校与椒江区职业中专仅一墙之隔，学校充分利用职业中专在技术培训及场地上的优势，开发了3D造型、机器人、金属工艺等“普职融通”课程，作为学校科技教育的启蒙项目，融入学校的STEAM教育体系。二是基于地方经济，如温岭市大溪中学周边水泵产业发达，学校开发了结合水泵的STEAM课程“泵韵”。以水泵为载体，研究水泵的运行、表面处理、水泵的进出水阀设计、外壳造型、水泵组装与控制等知识。

2.传统文化类

该类STEAM课程开发目标，旨在了解古代的科技发展，传承优秀的传统文化。同时培养学生的人文素养、探究意识和兴趣，能自主制定方案，综合运用各学科知识，解决实际问题的能力。通过项目学习了解传统文化的发展过程，形成较强的社会责任感。

传统文化中的各种项目具有浓厚的人文底蕴，包含了较多的技术性项目并具有一定的科学原理。主要有三方面来源：一是传统建筑，如传统的梁拱结构桥、亭台楼阁、庙宇古塔等，台州市路桥中学以传统的梁桥、拱桥等为载体，开发了STEAM课程“桥梁欣赏与模型制作”;二是传统手工艺，如榫卯结构、石木窗格等，台州中学以传统榫卯、斗拱等结构为载体，研究木结构的设计与加工过程，开发了STEAM课程“精巧木结构探究与设计”;三是传统器具，如水车、风车、投石机等。

3.科技创新类

该类STEAM课程设置目标，旨在培养学生的创新能力、基于真实情境下的问题解决能力。同时培养学生观察生活、善于思考、勤于动手的习惯，能运用跨学科知识解决实际问题的能力，形成较强的技术敏感性。

课程内容主要有两个来源：一是部分學校在开展小创造小发明上积累的案例，这些项目简单易操作，跨学科整合特征明显，并能锻炼学生的思维能力与动手能力，如台州学院附中以科技创新项目为载体，形成了各具特色的STEAM项目;二是借鉴各类媒体的创造发明类栏目，如中央电视台的《我爱发明》《小发明解决大问题》等相关栏目，这些项目经过适当提炼，均能转化为适合在学校开展的STEAM课程资源。

4.项目平移类

该类STEAM课程设置目标，旨在借鉴国外优秀及成熟的STEAM项目，为教师开发校本化的项目提供参考，为学校的STEAM课程体系建设提供前期支撑。

课程内容主要来自美国等STEAM教育先行国家，这些国家在STEAM教育方面进行了先期探索，形成了较多体系化强、具有一定适应性的项目，这些项目通过国外专家的培训对接，即可平移至国内学校，经过一定时间的消化吸收后，可以形成适合学校开展STEAM教学的校本化项目。如浙江省推行的中国-印第安纳州STEAM项目平移工程，采用外籍教师项目分析、教学示范、平移学校参与讨论等形式，利用暑假约两个星期的时间进行项目对接，部分项目已进入中小学校的拓展课程体系。

二、课程开发形态

1.微项目课程

微项目课程为最基本的项目单元，设计为1个课时内完成。项目分为探究、设计、物化、评估四个环节，各个环节对应STEAM的五个不同维度，并按环节不同各有侧重。探究环节重在了解前置知识，科学原理、人文与历史知识;设计环节侧重方案设计与筛选、数学建模等内容;物化环节主要侧重技术加工、工程制作等内容;评估环节侧重培养工程思维，渗透人文素养。微项目课程是STEAM课程设计中的基本单元，大部分长项目与短项目均可分解成对应的微项目。

2.短项目课程

短项目课程属常见的STEAM单个项目形态，项目设计为4课时，项目对应的各个课时分解至STEAM的五个维度中，并按课时不同设计各有侧重。探究课时重在研究项目的人文历史特点及科学原理;设计课时重在引导技术设计及数学建模能力;物化课时重在培养工程思维及提高技术能力;评估课时重在培养产品意识及人文素养。部分短项目课程中的独立课时，也可按微项目课程结构进行分解，对应至STEAM的五个维度中。

3.长项目课程

长项目课程设计16课时，分解为4个短项目，每个项目4个课时，各个项目及课时可参照短项目课程，分解至STEAM的五个维度中，并按载体不同各有侧重。长项目课程结构的4个短项目，可采用两种形式组织：一是递进式结构，设计四个同一来源且关联性较强的短项目，项目难度逐渐提升，教学过程中须按顺序开展短项目的学习;二是组合式结构，设计四个同一来源但无关联度的不同项目，每个项目构成独立的短项目，教学过程中可单独开展部分短项目的学习。

三、课程开发模型应用

1.长项目传统文化类课程

“STEAM课程—桥梁模型”以传统建筑中的各类桥梁为主体。课程采用长项目结构，参照如图4所示的课时模型，采用递进式长项目结构，从易至难设计梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等4个短项目，每个项目设计4个课时，项目共计16个课时对应STEAM的五个维度。

桥梁模型以历史中最早出现的梁桥作为知识探究项目，较具文化特点的拱桥作为引入项目进行教学，悬索桥、钢架桥等桥梁则作为主体项目，后期的斜拉桥作为拓展项目开展。通过各类桥梁模型的学习过程，培养学生在产品设计过程中的责任意识。

2.长项目地方经济类课程

“STEAM课程—设计与实践”以台州“七大千亿”产业集群为切入点，采用无人机、新能源汽车、智能马桶、家用缝纫机等项目，形成了适合开展STEAM的四个短项目，这四个项目形成组合式的STEAM长课程。每个短项目再采用如图3所示的课时模型，在4个课时内整合STEAM的五个维度。如无人机项目，探究环节有基于对飞行器发展历史等人文方面的认识，伯努利原理、无线通讯、惯性法则、作用力与反作用力等科学方面的研究;设计环节分析了无人机的结构数据、动力搭配、四轴飞行器的方向控制等;物化环节完成了激光雕刻、无人机组装等过程;评估环节对完成的无人机进行测试，采用的测试方法包括通讯测试、力效测试、抗干扰测试等。

3.微项目科技创新类课程

北京师范大学台州附属高级中学以小发明项目为基础，形成了以微项目为基础的STEAM课程。如“老人防摔气囊”案例，采用微项目结构，结合如图2所示的课时模型，该项目在1个课时内整合STEAM的五个维度。探究环节有基于对超重失重原理的分析，设计环节渗透了设计草图绘制，方案筛选等技术设计过程，物化环节采用压力传感器、三极管及气囊等材料，制作成简易的老人防摔保护装置，评估环节还有基于工程的测试及改进过程。装置中的压力传感器检测压力，传感器在失重时会检测不到压力，此时气囊会及时弹出，避免老年人直接摔在地面上。通过小发明与小创造载体的学习，培养学生的发散性思维及问题解决能力。

4.短项目平移项目类课程

台州市黄岩第二高级中学以美国印第安纳州的平移项目为载体，进行校本化开发后，形成了“VEX扫地机器人”的STEAM项目。该课程采用短项目结构，结合如图3所示的课时模型，在4课时内整合STEAM的五个维度，探究环节分析了机器人所处的工作环境、本身的功能需求，研究了轮胎、齿轮、轴、梁、链条等机械装置，设计环节要求学生从数学角度分析速度与机械结构、电机功率、扭矩之间的关系，设计合适的传动装置;物化环节采用了VEX机械套装，让学生在真实情境中体驗机器人搭建和程序编写的过程;评估环节采用了三种测试手段，吸力测试、稳定性测试、避障测试等工程测试方式。通过真实世界中的问题解决，培养学生的工程素养。

本文提出了STEAM课程开发的四条途径与三种形态，这种嵌套式二级结构，构建了十二种课程开发组态，以STEAM的各个维度为内容目标，形成了STEAM课程开发的适宜模式。该模型用于开发STEAM课程，可有效进行课程整合，开发出适合开展STEAM教学的案例，可直接与教学相结合。该模型的应用不仅能提升教师的课程开发能力，还能提高教师跨学科教学水平。采用该结构开发的STEAM课程，具有一定的指向性与操作性。

参考文献

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【责任编辑  郑雪凌】