融合STEAM理念，以项目式重构科学教材——以教科版《科学》四年级上册“声音”单元为例

□倪丽萍

近年来，各式各样的STEAM校本课程、STEAM拓展性课程和相关培训机构已初具规模，但在校内开展专项STEAM课程，仍面临着课时不足、材料有限、教材缺乏和资金短缺等问题，对科学教师而言是极大的挑战。对此，教师转化思维，将STEAM理念以项目式的形式运用于小学科学课的日常教学中，不仅可以提升教师项目式设计和实施的能力，还能优化教学方式，构建有利于学生主动学习的课堂生态，让学生学会学习。

项目式学习强调在一定的时间内，学生能够通过研究来解决一个有趣而复杂的实际问题或者挑战，掌握知识并提升解决问题的技能。它是一种新型的探究性学习模式，以学科概念和原理为核心，在主题情境中以内驱型问题为导向，充分利用各种资源进行探究活动，最终完成作品，增强学习者解决复杂问题的能力。以教科版《科学》四年级上册第一单元“声音”为例，通过对此单元进行项目式学习，学生对声音的理解从知道声音能被听见到了解声音产生的原理和传播的途径。随着对声音的理解不断加深，学生的探究能力也得到了提升。

一、确定教学目标

根据STEAM理念要求、《义务教育小学科学课程标准》及教材特点，教师将“声音”单元的目标进行整合和拆分，分别从科学、技术、工程、艺术、数学五个方面入手，制定了如下目标。

（一）科学（S）

（1）了解物体通过振动产生声音。

（2）描述声音的基本指标分别为音高和音量。知道音高和音量的变化可以通过改变物体振动的方式来实现；知道物体振动的快慢频率决定了音高，振动的幅度大小决定了音量。

（3）举例说明在不同物质（如水、空气等）中，声音都可以向各个方向传播。

（4）外耳中的鼓膜能感受声波并产生振动，再从中耳到内耳，形成听觉。

（5）了解不同的器乐品种及发声原理。

（二）技术（T）

（1）利用身边的材料自制一个乐器，并能演奏出高低不同的6个音。

（2）能熟练调节乐器的音高。

（3）对演出曲目进行练习，在合奏中能和谐融入。

（三）工程（E）

（1）体会“提出问题—设计方案—进行制作—测试—改进再制作—再测试—形成产品”的工程技术流程。

（2）在测试音高的过程中，能找出音高不准的原因，并进行改进。

（3）在制作的过程中能尝试不同的材料及发声方式，确定最适宜的原材料。

（4）了解到科学技术对人类生活方式和思维方式的影响。

（四）艺术（A）

（1）能绘制出完善的设计图，并进行修改。

（2）学会设计、美化自制乐器的外观。

（3）能用自制乐器熟练演奏要求曲目。

（五）数学（M）

（1）能收集证据，并加以分析、推理、比较、概括，进而得出相关结论。

（2）能利用控制变量法调整各音阶之间的音高差。

（3）在绘制设计图时注意比例的合理性。

（4）通过精确测量使乐器实现对称。

二、开展项目式学习过程

为使学习内容更符合学生的需求，教师对项目式内容进行了重新设计。

（一）创设项目主题情境

项目情境应契合学生的兴趣点及现有的水平，由此才能激发学生主动参与，积极思考。近期《国家宝藏》《如果国宝会说话》等一系列纪录片大热，因此本项目拟通过让学生观看有关“贾湖骨笛”的视频，让他们了解“贾湖骨笛是迄今为止中国考古发现的最古老的乐器，也是世界上最早的可吹奏乐器”，体会远古先民对艺术的追求，了解当时技术与工程领域的成就。

（二）设计项目内驱型问题

问题的准确设定有利于后续活动内容的完善和项目的高效实施。内驱型问题旨在激发学生的内在动力，帮助他们自主、高效地完成任务。因此内驱型问题必须做到：契合学生的发展水平，让每位学生都拥有成功展示自我的机会；提供选择的机会，将问题与个人兴趣相联系。基于以上原则，教师将本项目的问题确定为“如何利用身边的材料设计并制作一件能演奏乐曲的乐器”。具体目标为“每位同学利用身边的材料自制一个乐器并演奏《小星星》”。学生自由组队参加团队赛，用有新意、有创意的方式合作演奏《欢乐颂》。

（三）设计项目活动内容

根据项目式学习的实施流程，在充分考虑主体、目标、情境等要素的基础上，教师将本项目的活动内容分解为：确定项目、制订计划、活动调研、设计与制作产品、交流汇报、迭代完善、总结评价七个阶段。各阶段的具体安排如表1。

表1

（四）整合项目实施过程

为了高效、完善地完成本项目，学生需要将各流程按照时间顺序详细安排并记录。本项目的具体实施过程如下（以打击乐乐器“飞来的音符”创作过程为例）。

1.明确目标及收集资料（两周）

教师以“贾湖骨笛”的视频为导入，让学生了解“贾湖骨笛是迄今为止世界上最早的可吹奏乐器”，同时让学生思考自己制作乐器的可能性，从而明确本项目的目标为自制乐器。

根据发声方式的不同，本项目将乐器分为三大类：管乐器、弦乐器和打击乐器。教师给学生安排课后任务：选择一类乐器，搜索相关资料，了解该类乐器的结构特点，并自制PPT，在下节课介绍相关乐器知识。

2.绘制设计图（一周）

教师指导学生从不同的角度绘制自制乐器的初步设计图，并让学生在课后寻找适宜的制作材料。

在该设计图中，学生以实验室常见的试管架和玻璃试管为主要材料，并利用橡皮泥填充试管与试管架之间的空隙，制作能够产生不同音高的乐器。

3.掌握乐器的发声原理（四周）

在日常课堂教学中，学生先学习声音的相关知识（如声音是如何产生、传播的），再通过操作各种简单的乐器，掌握调节音高和音量的方法，最后在学完《声音的高与低》一课后，请音乐老师对《小星星》的简谱进行指导。

4.乐器制作（三周）

学生自备主要材料，按照设计图进行制作，教师提供渔线、试管和橡胶锤等材料。在制作过程中，教师协助学生完成开洞、挖槽和打磨等一些有难度的操作。在项目实施初期，学生普遍认为本项目完成难度不高，自己能够制作出一件可以发声的乐器。但随着对“声音”单元知识的深入学习，尤其是在掌握了音高和音量的相关知识之后，学生将目标提升为“制作一件发声响亮、发音标准的乐器”。

在制作阶段，部分学生已经能制造出高低不同的声音，但不能确定最低的音是否为“哆”。教师建议学生先利用音频分析仪器等App来校对音高。经过一番努力后，学生反馈无论怎样调节，自制乐器的音阶都无法与标准音的do、re、mi、fɑ、sol、lɑ、si契合。最后，在咨询音乐老师后，学生才了解到虽然目前国际上习惯将标准音高定为A=440Hz，但历史上，标准音的音高也曾被定为465Hz、380Hz、409Hz等，因此只要让自制乐器各音阶之间的振动频率差保持一致就能成功演奏《小星星》。

乐器制作初步完成后，为了使其变得更加美观，美术老师对学生进行指导，让学生的绘画水平和艺术创新力得到进一步提高。以打击乐乐器“飞来的音符”为例，美术老师认为透明试管外观太过单一，可以通过在试管外侧画上图案，适当美化作品。

5.展示演奏（两周）

学生依次上台解说乐器的材料、种类和发声原理，并着重说明创新之处，最后演奏曲目《小星星》。在演奏的过程中，部分学生能顺利完成，但也有学生遇到一些问题，如发出的声音高低不明显、难分辨，音量太弱无法听清楚，乐器元件之间不牢固而影响演奏，等等。其中自制的打击乐乐器“飞来的音符”出现了声音低沉、音量偏弱的问题。经过反复尝试，学生发现以下问题：使用橡皮泥固定试管的效果虽然很好，但影响了试管的振动幅度和频率，因此需要改变试管的固定方式；音量太弱，用力敲击容易损坏试管，木筷不适合作为打击物；发出最高音的试管中即使不放水，最低音与最高音之间的音高差也还不够明显。这些问题须在下一阶段解决。

6.迭代完善（一周）

学生在演奏时虽然遇到了一些问题，但也从其他同学的作品中汲取到了不少智慧。本阶段，教师有针对性地提出指导意见，帮助学生进一步完善作品。学生从修改设计图着手，改善材料、优化结构，完成最终作品。学生通过迭代完善后形成了新的设计图和作品，如图1所示。

图1

在新的设计图中，学生从中国古代大型打击乐器编钟的造型中汲取灵感，将试管的固定方式改为悬挂式。为了避免单根试管敲击后撞击到其他试管，学生在试管后粘贴了一条透明胶带便于固定。通过多次尝试，学生将敲击物由木筷子改为不锈钢筷子，使得乐器受敲击后发出的声音明显变强。学生还将试管中的水改为油和不同浓度的盐水，加大不同试管中液体间的质量差。最后，为了更加美观，学生还使用色素将试管中的液体染上不同颜色，使效果更明显。

7.总结展示（一周）

学生录制演示视频，并从多个方面介绍乐器，如材料、结构、制作过程中遇到的困难和改进作品的方法等。他们讨论交流、总结收获，并表示对尚未解决的问题将会持续探究。

本项目未遵循既定的乐器分类标准，而是将乐器分为管乐器、弦乐器和打击乐器三大类。学生根据自身的兴趣进行自由选择，自主设计乐器，充分发挥创新能力和实践能力。在项目的尾声阶段，每班通过投票选出6件作品，共计24件作品参加“自制乐器”展览。创意十足的作品让路过的师生纷纷驻足观赏，大加称赞。这极大地增强了学生参与项目式学习的积极性。

三、组织项目评价

项目评价是对教学效果进行检测的工具，它与教学过程相互融合，能够促进学生的发展。评价的目的在于了解学生在学习过程中的表现及其存在的问题，鉴定学习的质量水平。项目评价必须做到主体多元化、方式多样化。不仅要有以教师为主体的评价，还要有学生的自我评价、相互测评以及家长对学生的测评。由此，本项目的评价采用终结性评价与过程性评价相结合的方式。终结性评价利用配备的测评卷进行，过程性评价分为教师评价、学生自评、家长评价，权重分别为40%、30%、30%，具体如表2。

表2

小学科学课程属于实践性课程，在科学课堂中，学生可以通过亲历研究过程，理解科学知识，增强实验探究技能，并在日常生活中运用所学知识及技能来分析、解决实际问题。本次活动是基于教材的项目式教学与STEAM理念有机结合的一次创新实践。学生在本次活动中体会到了动手、创造和展示自我的乐趣，养成了“动手做”的好习惯。学生的综合素养也得到了提升，科学教学效果明显。