STEAM视角下的初中科学课程教学实践研究

何芳瑛

【摘要】  本文探讨STEAM理念如何与科学课堂教学的结合，以压强教学为基础，为有效融合STEAM课程理念，该案例尝试以项目制教学为基础，采用5-E教学模式，即参与、探究、解释、详细说明、评价，将现有的课堂教学融入STEAM理念进行调整，提高科学课和其它学科的融合度，从而提高学生的核心素养。

【关键词】  STEAM 5-E教学模式 压强

【中图分类号】  G632.4                      【文献标识码】  A 【文章编号】  1992-7711（2020）23-021-02

一、STEM教育的定义

STEM是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写，其中科学在于认识世界、解释自然界的客观规律;技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题;数学则作为技术与工程学科的基础工具。由此可见，生活中发生的大多数问题需要应用多种学科的知识来共同解决。

二、科学实验的定义

根据研究目的，运用一定的物质手段，通过干预和控制科研对象而观察和探索科研对象有关规律和机制的一种研究方法。目前，人们对利实验类型的分类，还缺少较系统的研究。按照实验的目的不同，可以把科学实验分为定性实验、定量实验和结构分析实验。根据实验手段（仪器、设备工具等）是否直接作用于被研究为标准，实验可分为直接实验和模型实验。

三、STEAM理念和科学课的结合

STEAM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）和数学（Mathematics）的缩写，是基于问题学习、基于项目学习、基于工程设计等方式将科学、技术、工程和数学五门学科融合的教育。其本质是在多个独立的学科中建立一个桥梁，将多个学科找到融合點，为学生提供整体认识世界的机会。在现实生活中，学生所遇到的问题往往是复杂的，光用一门学科知识很难解决。引导学生重新思考科学、技术、工程、艺术和数学的内涵及他们之间存在的关系，把学习的零碎知识变成相互联系、完整统一的整体，有助于学生对生活中的实际问题的思考和解决。毕竟，学生最终面对的是一个完整的世界。而科学课与STEAM理念的结合相比其他学科有其优势，STEAM理念强调真实情景、亲自动手、思维逻辑、合作探究和分享评价，这与科学课程培养学生的方式和目的是一致的。

四、STEAM 视野下项目化学习的建构

在STEAM视野下将原有的科学课程利用项目化学习进行建构，教师可以在现有教材中选择适当的内容，比如本案例原来是压强的教学，教师可以将压强设计成贴近生活实际的课例，通过脚印寻人，这样的项目化建构不仅激发学生的学习兴趣而且联系生活实际，在科学、数学、工程、技术等进行融合，对这个实际问题的解决，提高学生的多种知识应用的能力。

五、5-E教学模式

在项目化学习建构过程中，选择的课例以5-E教学模式为载体。5-E教学模式是由贝比提出。他将学习活动分为5个阶段：参与（engagement）、探究 （exploration）、解释（explanation）、详细说明（elaboration）、评价（evaluation），强调以学生为中心，通过实验的方式解决问题，以小组合作学习促进学生对科学概念的理解和知识的建构。

笔者在STEM教育理念的指导下进行课堂实践，总结了固有的教学流程：参与、探索、解释、评价、应用，该模式更好地体现了“学”为中心的理念。

参与：教师创设学习情境，提供对学生具有潜在意义的学习材料，提高学生学习兴趣，引导学生对情境中的现象提出问题，引发思考，联系已有的知识经验，暴露出前概念中存在的问题，积极参与研究学习;

探索：在自主探索环节中可以利用调查，实验，产品制作等方法对问题进行建模，将数学工具合理的应用，进行头脑风暴积极思考可能解决问题的方案和方法，联系工程和技术学科的相关知识进行方案的设计和实施，组内进行交流讨论，在实施过程中不断的改进;

交流：本环节学生可以用多种方式进行表达和阐述，尤其重在对实验数据的处理和对现象的分析、概括，尽可能用专业术语描述实验现象，表达实验结论，解释实验原理等。在交流中强调的是取长补短，提取精华;

评价：评价其实渗透在整个教学过程中，并不独立存在。生生评价，组间交流能深化对概念的理解，本过程需要强调生生评价的重要性。教师也需要准备问题库，对学生的交流展示进行有效评价，重在概念知识的应用;

应用：将所学的内容活学活用，通过产品制作和综合实践报告来反馈。最好能联系生活实际，将所学知识进行迁移，应用到解决实际问题的过程中。联系生活实际解决更多的问题。

六、5-E教学模式下的压强教学案例

在5-E教学模式下对项目化课程进行教学设计，完成最终的知识构建，我们以压强第一课时为例，阐述在该课例中，五个环节如何环环相扣，整个课例将科学、技术、工程、艺术和数学有机的融合在里面。

1.参与阶段

该阶段的活动目的在于吸引学生的注意力，提高学生的兴趣，使他们能够亲身参与到课堂中，帮助学生获取记忆中的已有知识，将现有知识和已有知识发生联系。本课例采用生活真实情境引入，激发对学生已有知识的回顾，激发学生努力的解决问题的渴望。

2.探究阶段

该阶段给学生留有足够的思考、设计、调查的时间，教师提供材料并进行引 导。学生可团队协作进行实验，通过探索建立起科学、技术、工程、数学及其它学科之间的联系，即STEAM所提倡的做中学的过程。

学生1：通过测量脚长，判断人的身高，从而确定同学。

方案1：通过测量脚印的长度，将这个长度（L）乘以身高和脚长的比值（K）求出身高（H）即：H=KL

学生2：通过测量脚印面积，判断人的身高来判断

方案2：对于不规则的脚印，采用数格子的方法，将脚印拓印在保鲜薄膜上，然后放在方格纸上，数出格子数乘以每一个格子的面积，就是脚印的面积，然后估算每位同学的脚印面积。

学生3：通过脚印的深浅，判断人的体重，来确定同学

方案3：通过脚印的深浅，找到一些和体重的关系，来确定同学。

3.解释阶段

该阶段学生将对他们的探索和探究进行分析和解释，沟通理解，分析可能性方案。他们澄清自己的理解发现，以多种方式进行交流。

小组学生对方案1的分析：

根据七上年级的一个探究活动，身高和脚长的比值在6.8-7之间，经过测量脚印长度为25厘米，所以身高为170厘米-175厘米。但是在这个区间内的学生比较多，很难锁定一个人。

小组学生对方案2的分析：

根据数格子法，计算出脚印的面积大概235平方厘米，同样但是在这个区间内的学生比较多，而且腳印的面积很难精确测量，数格子法误差较大，很难锁定一个人。

小组学生对方案3的分析：

脚印的深浅和体重有关，但是不知道具体的关联，方案不够完整。

脚印的深浅的确与体重大小有关，那是不是体重越大脚印就越深？提出疑问：压力的作用效果不仅与压力大小有关？课本实验探究：压力作用效果与哪些因素有关，抽象概括（领悟）：压力作用效果与压力大小和受力面积有关，压强的概念，脚印的深浅。

4.详细说明阶段

该阶段学生将巩固并扩展刚刚获取的科学概念，通过修改方案或实验进行进一步的探究。

设计实验：用刻度尺测出脚印的平均深度为1.5厘米，然后各小组用小钉凳放在同样的沙土上，在小钉凳上放上一次性杯子，往里面加水，通过连续变化压力直到小钉凳没入沙土中的深度和脚印深度相同。利用台秤称出质量求出压力，利用F实/S钉=F人/S脚求出人的体重。

5.评价阶段

评价是学习环中的重要环节。但不是一个特定的阶段，它贯穿整个教学过程。 在“5-E”模式中，评价是由教师、学生共同完成。它不但要求对学习结果进行评价。而且要求对学习过程进行评价。

通过学生数据的记录，通过EXCEL的数据处理，完成了学生体重的估算，发现是一位体重在88千克左右的同学，最后通过体重的估计我们锁定了这位同学。

在这五个阶段中，学生和教师都有明确的分工，教师作为引导者，指引学生针对具体内容提出有待探索的问题，进而开展研究，学生通过研究经验和总结对问题做出拓展性的理解。本课例通过压强的学习，结合数学，工程，技术等学科知识，解决脚印找人的实际问题。在平时的教学过程中，可以开始尝试将STEAM教育理念渗透在教育教学过程中。

[ 参  考  文  献 ]

[1]李崎颖，等.STEM视角下的初中科学课程教学实践研究[J].中国教育信息化，2016（12）.

[2]李杨.STEM教育视野下科学课程建构[D].金华：浙江师范大学硕士学位论文，2014.