STEAM 理念引领下发展学生核心素养的初中科学教学研究

浙江省杭州市大成实验学校 严飘飘

一、核心素养概述

2016 年发布的《中国学生发展核心素养》指出，学生发展核心素养，主要是指学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。根据国家人才发展的要求，提出了人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新这六大核心素养。学科核心素养教育是目前理论研究和实践研究的热点，这需要一个从理论到实践的过程，因此十分有必要进行一些教学上的尝试。

目前，普通高中各学科的课程标准都明确了各学科的核心素养，例如化学核心素养包括变化观念与平衡思想、宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任；物理核心素养包括物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任；生物核心素养包括生命观念、理性思维、科学探究、社会责任；地理核心素养包括人地协调观、区域认知、综合思维和地理实践力等。

而初中科学尚未确定学科核心素养。初中科学是一门集合化学、物理、生物、地理的综合学科，力图超越学科的界限，统筹设计，整体规划，强调各学科领域知识的相互渗透和联系整合。从普通高中各学科核心素养的内涵中，我们尝试概括初中科学的学科核心素养，即包括科学态度、社会责任、实验探究、创新意识、科学思维、科学观念等。

二、STEAM 教育概述

STEAM 教育是集科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）于一体的综合教育。STEAM 不是科学、技术、工程、艺术和数学知识的简单叠加，而是将多学科融合，教师以整合的方式进行课堂教学，学生能灵活地迁移知识从而解决实际问题，这与初中科学合科教学十分吻合。

学科之间不再有明显的知识界限，学生面对的问题更加整体，思考的方向更加宽广，评价的标准更加多元。这样的课堂既能提高学生的思维能力，又能强调知识的内在联系，从而加深学生对知识的理解与应用。STEAM 教育注重学习的过程，结合小组合作模式，有利于发挥每一个学生的优势；通过合作与探究，学生的主观能动性增强，充分激发了学生的潜能。STEAM 教育旨在达到培养综合性人才的目标，这一理念与我们所倡导的学生核心素养不谋而合，因此STEAM 理念为我们探索发展学生核心素养提供了一定的指导方向。

三、教学设计思路

各个国家和地区的STEAM 教育各有特色，但是大家都普遍认为学科课堂是STEAM 教育不可或缺的主要途径。那么，如何在科学学科课堂中实施STEAM 教育，更好地发展学生的核心素养？鉴于此，在理解初中科学核心素养的基础上，笔者尝试以STEAM 理念为引领，对“汽化与液化”第一课时进行了教学设计与实践，学生在科学态度、社会责任、科学探究、实验探究、创新意识、科学思维等方面获得了一定的发展。

“汽化与液化”内容选自浙教版七年级上册第四章“物质的特性”中的第六节。在本节内容之前，学生已经学习了“熔化”和“凝固”两种物态变化，知道物质在固态和液态之间是可以相互转化的。这节课接着学习“汽化”，其中蒸发内容在小学科学中已有学习，所以本节课应加深学生对蒸发的理解，也进一步深入解释一些生活现象，提高学生利用知识解决实际问题的能力。

本节课的教学主要围绕以下四个基本环节展开。一是聚焦贴近生活的核心问题。本节课主要目标为解决阴雨天衣物不易干的烦恼，你能自制一个简易的衣物烘干机吗？二是设计与制作。（1）方案设计：选择器材，设计一个简易的衣物烘干机，画出设计图并配文字以简要说明。（2）产品制作：利用现场提供的材料，动手制作一个简易的衣物烘干机。三是测试与评价。用自制的衣物烘干机来烘干衣物，并评估其优缺点。四是改进与完善。基于产品的评估，提出改进该产品的具体措施。

四、教学过程

（一）创设情境，引入新课

提出问题。（1）晒衣服时，衣服上的水变干的过程中，水的物态发生了怎样的变化？晒干衣服其实是湿衣物中的水分蒸发的过程，蒸发是汽化的其中一种方式。（2）冬季杭州阴雨绵绵，衣物不容易干，你有什么方法加快衣物变干？

（二）师生互动，探索新知

1.探索衣物烘干机的制作原理

提出问题。（1）生活中你有什么方法加快衣物变干？家庭中常用的方法：利用电吹风机、放于空调出风口附近、夏天用电风扇、使用衣物烘干机……今天的课堂目标是制作一台衣物烘干机，解决阴雨天衣物不易干的烦恼。（2）联系生活中电吹风机吹干头发的方法，衣物烘干机的原理可能是什么？可以通过温度升高、液体表面空气流速加快的方法加速衣物中的水分蒸发。

图片展示衣物展开晾晒与衣物折叠晾晒两种方法，应该选择何种方法晾晒？可见液体表面积越大，衣物中的水分蒸发越快。

2.活动：设计衣物烘干机

提供以下两组材料，任选下列的一组材料进行小组合作设计，并画出设计示意图。

甲组材料：加热片两片、风扇、圆铁片、小纸杯、大纸盒（可用小刀裁剪）。

乙组材料：酒精灯、风扇、圆铁片、小纸杯、大纸盒（可用小刀裁剪）。

材料介绍：加热片可防水，usb 接口，可用充电宝供电，长约10 厘米，宽约8 厘米；圆铁片直径约10 厘米；小纸杯杯口直径约7.5 厘米，杯底直径约5.5 厘米，高约9.2 厘米；大纸盒盒底直径约12 厘米，盒顶直径约13 厘米，高约8 厘米。

材料数量说明：小纸杯2 个、大纸盒2 个，小组按需选取。

小组内先交流自己的想法，互相吸纳想法与建议，设计方案，并以图文结合的方式呈现。小组展示并汇报衣物烘干机的设计方案，从设计原理与设计意图的角度详细介绍其设计的优点与亮点。其他小组聆听并分析不足，同时给出建议。

3.活动：制作衣物烘干机

利用所给材料，结合设计方案，制作过程中提供小刀、胶带、充电宝等材料。小组展示成品，其他小组聆听并分析不足，再次给出建议。

4.活动：使用衣物烘干机

选择衣物的模拟材料：酒精棉片、湿纸巾。使用自制的衣物烘干机，体验使用的过程。

（三）课堂小结

1.课后思考如何改进衣物烘干机

优化方案，继续完善衣物烘干机的制作。查阅文献可知，设计衣物烘干机的厂家常关注以下几点：外壳的材料无毒、便宜、保温效果好最佳；产品方便轻巧则更好；可调温可调风速；对衣物无损害；外观美观等。

2.课后展示自制的衣物烘干机

可以实物或者手抄报、实验分析报告等形式展现，组织学生、教师进行打分评比，给予鼓励。

五、教学设计反思

（一）课堂中贯穿STEAM 理念

课堂中学生准备了直尺等数学工具对材料进行比对与测量，精准分析材料之间的连接与组合、对称与稳定，很好地将数学知识运用到了科学课堂中。方案设计中追求产品外观的美观度以及使用的舒适度，课后以手抄报的形式展示成果，有效地将艺术与科学结合起来。课堂中结合STEAM 理念，通过设计衣物烘干机，学生对改变蒸发速度的方法更加熟悉。通过对衣物烘干机的制作、使用以及评价，学生能优化自制的衣物烘干机，将科学知识融合到工程技术中。

本节课中学生动脑动手进行实践，完成了科学探究与工程设计的活动。课堂中，学生既可以像科学家一样开展科学理论与科学建模的探究活动，也可以像工程师一样为满足某一需求进行工程设计与工程建造的设计活动以及操作活动。

学生自制的衣物烘干机，贴近生活并能解决生活中遇到的烦恼，启发我们以后也可以多鼓励学生进行小制作、小发明等，例如学生自制密度计、浮力计、酸碱指示剂、小孔成像、潜望镜等实践活动；也可以通过撰写小论文或者撰写实验报告等提高学生的人文素养。制作、发明与实践的过程加深了学生对科学概念、科学原理、科学规律的理解，也培养了学生的动手能力。结合STEAM 理念，激发学生自主思考的能力，将生活中出现的问题与科学知识紧密地联系在一起，能提高学生的实践能力，培养学生的科学探索精神。

（二）以发展核心素养为目标

教学过程发展了学生的科学精神、科学探究、理性思维、实践创新等核心素养。课堂上设计方案的过程中，绘制设计图的环节培养了学生的审美情趣，其经历画图的创作过程，感受到产品设计图纸的精准与细致以及数据的严谨。以生活中最常见的晒衣服作为引入，紧扣晒衣服情境以及杭州的冬天经常阴雨绵绵的现状，应景地提出最近总是下雨，经常出现的衣物不容易干的困扰，贴近学生的生活。通过引导学生回忆生活中解决衣服快速干的方法，引出设计衣物烘干机的原理，以及查找社会对制作烘干机的要求，都能引导学生对周围生活的关注，培养一定的社会责任与信息意识。

通过对烘干机原理的探索、对烘干机的设计、制作以及应用，发展了学生的理性思维、勇于探索、问题解决、实践创新、技术应用等方面的核心素养。通过对烘干机的改进与优化，发展了学生乐学善学、勤于反思等核心素养。

通过学生的制作成果评估学生的学习过程与结果，有利于培养学生的创造意识、交流合作等综合能力。在评价内容中，不仅应关注学生对学科知识的深度理解、科学原理及其迁移运用，还应关注学生的审美情趣、劳动意识、技术运用等素养是否得到提升。鼓励学生使用多媒体展示自己的产品，并鼓励学生开展自评与互评，有利于促进学生勤于反思、乐学善学、自我管理、批判质疑、勇于探究等核心素养的发展。