走进基于科学素养的STEAM教育

高方银

如何开展STEAM教育？

STEAM教育以项目（PBL）为引领，是基于真实世界的问题导向和实践体验，是透过科学、技术、工程、艺术与数学的跨学科课程统整及跨学科融合、拓展和延伸，是对传统分科教育模式的一种挑战和有益补充。基于科学素养的STEAM教育，需要在注重支架设计、探究实践、深度学习和迭代提升基础上，遵循基于建构主义的“五环”教学模式。

1.问题引入

教师设计并提供有问题导向、有探究意义、可手脑并用的探究活动;学生针对教师提出的问题、提供的实物、创设的情境或呈现的现象进行思考，形成认知冲突和激发探究欲望。

2.实践探究

学生进行基于个人自主或小组合作的实践探究，包括设计方案、动手操作、观察现象、建立关联、识别变量和概括规律;教师进行观察、聆听、敦促、指导、鼓励，适时纠正尤其是存在安全隐患的操作规程，必要时还可通过问题或建议的形式给予引导性提示，但切忌直接告知学生答案。

3.解释问题

首先是学生用简洁的语言陈述探究过程和分享探究结果，形成初步解释;其次是教师揭示科学概念（或原理），可以是语言讲授，也可以借助多媒体手段呈现，让概念（或原理）明确化，更容易理解。同时还要注重在学生新旧经历、新旧知识之间建立联系。

4.内化迁移

教师再次为学生提供宽泛的时间和空间，提出进阶的问题和任务;学生在已获得新知识、新技能的基础上，进一步尝试去解释新现象或解决新问题，实现让学生在进一步的交流讨论和实践探究中，加深对新知识的内化和新问题的思考。这个环节特别强调“任务”的系统性和综合性、“作品”的完整性与实用性，还应注意引导学生对相应概念、过程和方法进行进一步归纳总结，使其从术语到内涵全方位地认知理解。

5.评价升华

教师基于特定评价指标，通过学生“作品展示”等形式，去观察、评测和追踪学生应用新概念（或原理）解释问题、运用新方法（或新方式）解决问题的效能，再辅以封闭式与开放式相结合的延伸性问题，进一步拓展探究活动，拓宽探究范围和升华探究内容。

基于初中物理知识的STEAM教育课例设计

1.项目名称

制作载人（泥人）铝箔纸小帆船。

2.设计时间

2020年4月。

3.项目任务

①观察铝箔“纸船”与铝箔“纸团”在水中的沉与浮现象。

②折叠铝箔纸船。

③設计制作载人（泥人）铝箔纸小帆船。

④巩固学习和拓展应用阿基米德原理等浮力知识。

4.学情分析

课例针对初中学生，他们具有强烈的好奇心和探究欲望，具有小学科学“浮与沉”知识基础和纸船折叠实践基础，具有一定的观察、思考、创意和创造能力。

5.学科衔接

初中物理——浮力。

6.活动目标

（1）科学

①观察铝箔“纸船”与铝箔“纸团”在水中的沉与浮现象。

②阿基米德原理等浮力知识的实践应用。

（2）技术

①设计（手工或电脑绘制）架构（尺寸）合适的小帆船。

②制作载人（泥人）小帆船。

（3）工程

①综合设计（手工或电脑绘制）小帆船（船体、帆、桨、泥人）。

②选用铝箔纸、橡皮泥、小木棒等材料制作载人（泥人）小帆船。

（4）艺术

①捏制形体逼真的小泥人。

②制作架构协调、结构美观、平稳漂浮的小帆船。

（5）数学

①捏制体重适当的小泥人。

②制作尺度合理、比例协调、裁量适中和形体精致的载人（泥人）小帆船。

7.器材准备

铝箔纸、橡皮泥、小木棍、小水盆、水。

8.课时计划

3课时。

9.项目实施

（1）问题引入

①教师活动

提出问题：将铝箔纸制作成“船”放进水里，可否浮在水面上？将铝箔纸揉捏成“团”放进水里，可否浮在水面上？

②学生活动

思考讨论，形成认知冲突（自主+合作）：铝箔纸制作成“船”放进水里，能浮在水面上？铝箔纸揉捏成“团”放进水里，能浮在水面上？

（2）实践探究

①教师活动

观察、敦促和适时指导：将铝箔纸折叠成“船”放进水里;将铝箔纸揉捏成“团”放进水里。

②学生活动

实践探究，初步验证（自主+合作）：将铝箔纸折叠成“船”放进水里;将铝箔纸揉捏成“团”放进水里。

（3）解释问题

①教师活动

揭示问题：阿基米德原理，即浸在静止流体（液体或气体）里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。

②学生活动

形成概念，交流分享（自主+合作）：铝箔“纸船”有一个充满空气的空间，浮力大于或等于自身重量，会浮在水面上;铝箔“纸团”只有一个小的表面，浮力小于自身重量，会沉入水底。

（4）迁移内化

①教师活动

布置、观察和指导新任务：综合利用铝箔纸、橡皮泥、小木棒仿制一艘载人（泥人）小帆船;将制作的载人（泥人）小帆船放入水里试航。

②学生活动

实践拓展，迁移内化（自主+合作）：综合设计一艘载人（泥人）小帆船（船体、帆、桨、泥人等）;依据设计并利用教师提供的材料制作一艘载人（泥人）小帆船;将制作的载人（泥人）小帆船放入水里试航。

（5）评价升华

①教师活动

评价作品、升华问题和拓展学习：点评学生们完成的作品;升华知识——排水量：通常指船舶装满货物时排开的水的质量;引领学生上网查询“中国第一艘航空母舰”及其相关信息。

②学生活动

交流分享、拓展知识（自主+合作）：自主推介、小组互评作品;形成新知——排水量（通常指船舶装满货物时排开的水的质量）;拓展新知——排水量（轻载排水量、标准排水量、正常排水量、满载排水量、超载排水量）;了解中国第一艘航空母舰及其相关信息，增强爱国情怀。

STEAM教育的路径探究

1.基于生活化的STEAM教育

STEAM教育源于自然科学又必然融入生活实际。例如，当学生向空中抛投皮球时，教师可以顺势与之聊聊重力问题;当孩子分切生日蛋糕时，家长和孩子可以讨论一下分数或百分比;农村孩子在田间地头协助家人耕作时，家长可就镰刀、锄头、犁铧等涉及的杠杆原理与孩子们进行交流……努力让STEAM教育生活化。

2.基于好奇心的STEAM教育

STEAM教育的期望不是考试成绩的提升，而是好奇、兴趣的保持和态度、能力的培养。孩子们的好奇心与生俱来，STEAM课程的问题性、探究性，无疑会更加激发他们的好奇心。质疑的意识、求证的欲望、探究的行为，也定然是STEAM课程的内驱动力。当学生停留在浅层次问题提出时，教师要适时引导他们广泛查阅资料，鼓励他们思考多个可能的解决方案和提出开放式问题，并注重方案或问题的关联性、连续性和进阶性。

3.基于新课标的STEAM教育

2017版《中小学综合实践活动课程指导纲要》强调“学生综合运用各学科知识，认识、分析和解决现实问题”;2017版普通高中物理、化学、生物、信息技术等学科课程标准，也均在强调科学思维、科学态度、科学精神、科学探究和创新实践。因此，STEAM教育就是要基于新课标和落脚新课标，努力将培育积极的人生态度、价值取向、创新意识和关键能力进行有机整合，著力学生高阶思维强化和学生综合素质提升。

4.基于新技术的STEAM教育

组织学生观看科技类视频节目（包括节目本身的技术性及观看节目的媒体技术），然后展开问题性讨论;通过创意编程、开源电子设计、3D作品创作及智能机器人组装，让学生在“看中思”和在“做中学”，着力学生识别新技术、开发新技术和运用新技术的STEAM思维培养。但忌讳将STEAM课程开设为“能工巧匠”的培训，也无须追求精雕细琢的完美作品，要让学生在探究实践中获得体验、习得知识、掌握技能和渗透情感，最终培养“全面发展的人”。

5.基于真实场景的STEAM教育

作为提升国民科学素养、培养拔尖创新人才的STEAM教育，学习场景的真实、创新元素的多元至关重要。例如，搭建科学探究实验室或提供科学实践活动园，精心组织STEAM夏令营、科技活动周或置身职业场所，让学生在真实场景中广泛实践。与此同时，还要鼓励学生提出自己的真实想法，促使他们不断修正和改进方案，实现更深层次的理解。

6.基于真结论的STEAM教育

在现实的STEAM教学中，教师为了顺利完成教学任务，常常出现拼凑数据、估测结论等不计虚实行为，想方设法都要弄出一个“标准答案”。这种缺少科学意识的STEAM教育，会成为阻碍创新人才培养的绊脚石。真结论不等于“标准答案”，科学探究不等于“验证实验”。STEAM教学的关注点要从标准答案转向基于证据和推理的科学理性，要鼓励学生提出自己的真实想法，让不同观点发生真实碰撞，努力把问题变成引发高质量探究的启动器，为学生将来参与科学研究和社会生活奠定坚实的基础。

7.基于工程师的STEAM教育

让学生们勇于提问，勇于思考解决问题的措施，让学生们敢于创新，敢于直面新问题的挑战。现实中的问题常常可以有多种解决方案，寻找最优解决方案和不断改进器具模型的过程，即创新能力、批判性思维能力、解决问题能力和决策能力培养的过程，这就是所说的像工程师一样思考问题、解决问题和完成项目。

结束语

创新源自创意，创意来自创造。注重实践和跨学科融合的STEAM教育，必将在未来的教学中展现出独特的魅力，定能为师生的融合创新和协同发展激发新活力，注入新动力。＼

作者简介：高方银，信息技术正高级教师、特级教师，研究方向为中小学信息技术教育、现代教育技术及信息化教学。

基金项目：本文系国家出版融合重点实验室、人教数字教育研究院规划课题“边远地区区域性中小学教师信息化教学行为的研究”（课题编号：RJA0420003）研究成果。