基于STEAM教育理念的“五角星”项目式教学实践与反思

顾彩梅 (浙江省杭州外国语学校 310023)

近年来，许多教育工作者展开了对STEAM教育的研究，他们的工作主要集中在对STEAM教育理念的定义及内涵的探索、对国外STEAM教育的历程以及发展进行分析，而对实践方面的研究很少.笔者所在的学校是浙江省中小学STEAM教育项目种子学校，致力于将STEAM教育理念落地课堂教学实践，以期提供STEAM教育理念下的实践样本，并且形成有效教学框架.笔者有幸也参与其中，开设了以“五角星”为主题的项目教学展示课，课程从一个驱动性问题出发，把数学作为STEAM教育的核心和基础，同时融合其他学科，采用项目式教学的方式展开教学，课后教研组展开深入交流，现将教学实践过程和教学反思整理如下.

1 STEAM教育理念与项目式教学

1986年美国国家科学基金会在《大学的科学、数学和工程教育报告》中首次提出“科学、数学、工程和技术”教育的纲领性建议，即STEM教育.后经发展，将代表人文艺术的Arts融入其中，形成了STEAM教育理念.该教育理念不是将几门学科简单地叠加，而是彼此之间进行融合，组成为一个有机整体.项目式教学是探索STEAM教育理念的一种新型教学和学习方法，它以真实问题为驱动任务，以制作作品为目的，学习和研究学科核心概念和原理，在实践中应用知识、获得知识，培养学生问题解决的能力.基于项目的STEAM兼顾STEAM和PBL两部分，既有STEAM跨学科融合、基于现实问题、参与度高等优势，又能充分在学习目标和学习过程中体现“项目”二字，使学习和研究过程局限在一定范围内，更加有针对性.

2 教学设计案例

2.1 确定研究问题

驱动性问题的获得来自一份生日礼物的分享——“用塑料管折叠的小星星”，学生们好奇为什么这样折叠得到的是立体五角星？于是他们首先自主探究完成了“纸带平结是正五边形”的证明(主问题)，然后经自由讨论发散出若干个子问题(表1中“教学内容”)：寻找折叠正五边形(五角星)的其他方法；探索足球上的几何图形；探索多边形的稳定性；认识正多边形、正多面体；了解正五边形的尺规作图和工业制图画法.

2.2 确定基于学情的教学目标

笔者以课外讨论班的形式组织八年级部分学生参加本课题的学习，学生具备一定的几何知识基础、几何直观和数学抽象能力，能进行简单的逻辑推理，求知欲望强烈，学习兴趣浓厚.教师根据学生自主讨论得出的不同主题，结合《义务教育数学课程标准(2011年版)》(以下简称《标准》)明确学习目标(表1).

表1 教学设计案例涉及的问题及对应的教学内容和目标

项目教学内容教学目标相关学科主问题证明“纸带平结”得到的五边形是正五边形了解等腰三角形、正五边形的概念,会用恰当的方法判定两个三角形全等数学子问题1折叠五角星等不同的平面和立体图形作品了解折叠的数学原理技术、数学子问题2认识足球上的几何图形了解正五边形、正六边形概念,会用方程解决问题体育、历史、数学子问题3认识稳定性,探索四边形及多边形的唯一存在性了解多边形全等、三角函数的概念,会解直角三角形科学、数学子问题4认识正多边形、正多面体了解正多边形和正多面体的概念数学子问题5画出正五边形(五角星)了解尺规作图的步骤和原理,了解工程制图的近似作法工程、数学、美术

2.3 项目设计与实施

(1)任务分工

学生自主选择自己感兴趣的子问题加入讨论小组(共5组)，小组讨论解决问题的基本步骤，并合理分工.数学教师作为整个项目的组织者、引导者和合作者，负责项目的进度和组内成员分工的协调，各学科教师在知识和方法层面给予指导，家长义工提供社会资源帮助.

(2)计划安排

项目课程安排四周时间，每周一课时，学生在课堂上汇报小组本周进展程度，并确定下周研究内容和分工.教师将各小组进展情况以“项目墙”的形式展示出来，针对不同主题的教学内容、教学目标以及进展情况，进行适当指导，提供解决问题的思路，指明问题所涉及知识所处的章节，让学生自主学习并解决问题.

2.4 成果展示与评价

区别于“项目墙”上的碎片化成果，在四周的项目课程结束后，学生要将自己参与研究的子问题的最终研究成果以恰当的方式向老师和同学汇报，成果可以以不同的形态加以呈现(见图1).第1组(对应1号主题，下同)学生给出了立体五角星的不同折叠方法，经过反复实践折叠出立方体、正四面体、八面体等多种几何体，并形成题为“折纸中的特殊三角形”小论文.第2组学生以演讲的形式带领大家了解了足球的发展史，并从数学的角度推导了足球面上正五边形和正六边形的个数.第3组学生以思维导图的形式展开从正三角形到正多边形的研究过程，给出了正多边形的定义，例举了很多正多面体的实物模型.第4组学生提交了两份小论文，一份是“物理学中的物体的稳定性”，另一份是“几何图形中多边形的唯一存在性问题”.第5组学生利用尺规作图和工程制图两种方法将正五边形完美地呈现在卡纸上，每幅作品都附有不同的作图原理.

图1 学生项目成果

在项目进行的中期和末期，对每个小组的项目进展情况进行评价，以保持学生推进项目学习的内驱力.评价以定性评价为主，采用师评、他评、自评等多种评价方式相结合，力求发现学生在项目过程中所表现的主观能动性、创造性，淡化其所不擅长的部分，因势利导其擅长的部分，保护学生持续学习的兴趣和积极性.

3 教学反思

3.1 实践启示

(1)基于STEAM教育理念的项目式教学法立足“做中学”，改变了原先的教学方法和模式，从“以教为中心”的传统教学方式中走出来，真正做到“以学为中心”.学生学习内容的出发点依赖于他们的兴趣和求知欲，学习内容的生长点依据他们原有的知识和经验，因此提出问题是“学为中心”的第一步.五角星项目，问题从学生中来，再到学生中去寻求解决问题的办法.在制定计划、小组分工、完成任务、反思评价的过程中，教师的教学始终以启发式引导为主，项目式教学的全过程都指向以学生为主体的“学为中心”模式.

(2)基于STEAM教育理念的项目式教学法，实现了学生对内容的深度学习.例如第4组学生关于稳定性问题的研究过程，很好地实现了指向具有概念性质的核心知识的深度理解与迁移.学生一开始对“稳定性”概念的认识是模糊的，与科学课程中的“物体的稳定性”相混淆，经过一周的摸索最终将问题锁定在“平面几何图形的唯一存在性”问题上.三角形的稳定性，指向三角形全等的核心知识；等腰梯形、平行四边形等特殊四边形的稳定性，指向三角函数核心概念迁移下的解直角三角形知识(图2).学习过程的项目化让学生的身份从旁观者切换成亲历者，从置身事外的感性认识者转变为身临其境的理性思考者和探索者，这更有利于深度学习的发生.

图2 学生关于稳定性问题研究的思维导图

(3)联合国教科文组织总干事埃德加·富尔在《学会生存》一书中指出：未来的文盲不是不识字的人，而是没有学会怎样学习的人.基于STEAM教育理念的项目式教学教会学生学习的若干策略.例如，第3组在研究足球表面的几何图形时，不直接由实物陈述结论，而是先经历足球从半正多面体发展而来的历史，再用数学的眼光、从数学的角度有序地思考和反复推理，最终确定几何图形的形状和个数.从“学会”到“会学”，让学生“学会学习、学会创造”是STEAM教育理念下的项目式教学的核心，这种教育模式提供了策略性知识路径，而以往的任何一种教育方式都没有策略性知识的教与学.

(4)《标准》指出：义务教育阶段数学课程的基本理念是“人人都能受到良好的数学教育，不同的人得到不同的发展”.基于STEAM教育理念的项目式教学法，把课本上的知识搬到了项目任务中，大大提高了学生参与学习的积极性，让每个学生发挥自身的特长并体会到自我价值.有选择地参与不同主题任务的做法保护了每个孩子(尤其是学困生)的学习兴趣，学生不再会因为不喜欢、没兴趣而缺失学习的内驱力，这与文献[2]的研究结果完全一致.

3.2 教后展望

(1)基于STEAM教育理念的初中数学项目式教学模式尚处在研究的起步阶段，部分教师及学生对课程的实施意义和价值存在认识上的误区，优质课程资源缺乏，建议学校鼓励广大教师顺应“互联网+”新时代特色，积极响应新课程理念，充分利用校本课程设计的主阵地，大胆探索STEAM课程的实施与开发.STEAM教育需要教育环境的改变，环境的改变是新的教学模式根植在当下这个时代得以迅速开花结果的必要条件.

(2)基于STEAM教育理念的教学模式让数学学科告别了唱独角戏的舞台，这对广大数学教师提出了更高的要求，迫切要求数学教师在提升自身专业素质的同时，多学习，多实践，多反思，使得现有的知识范畴和教学教法从原先的数学学科拓展到多个理科学科，甚至进一步到人文和社会学科，形成以数学为核心的多学科融合的教学方式.

(3)基于STEAM教育理念和项目式教学的特点，教师对课程评价的方式和方法做了大量的设想和尝试，更加关注过程性评价和描述性评价，但对过程性评价标准和量纲细化尚不够成熟.任何评价的目的都是为了促进学生更好地学习和改进教师教学方式，保持结果性评价定量化的利好，凸显过程评价描述性的优势，将两者结合，同时运用在课程教学的最终评价上，才能提高评价的准确度、可信度、意义和价值.