融入STEAM教育的科学课程设计与实践

范文阳　刘　芳

融入STEAM教育的科学课程设计与实践

范文阳刘芳

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

研究主要论述将STEAM教育融入科学课程的设计与实践，以课程设计原则为依据，构建融入STEAM教育的科学课程设计模式，进行课程内容重构，并以迭代为主的创造型学习活动案例《台灯的设计与制作》为例，进行课程设计、实验活动设计、课程实施、进行反思与展望。

STEAM教育；科学课程；课程设计

引言

STEAM教育的前身是STEM教育，缘起于美国[1]。自迈入21世纪以来，STEAM教育便受到教育界人士的青睐，引起了各个国家的高度关注。随着STEAM教育里面的不断发展壮大，我国对科学课程教育提出了更高的要求，也为科学课程的改革带来了一条可行路径[2]。培养学生灵活的思维能力、动手实践能力，以及团结协作、创新实践，重视学生真实的学习体验是STEAM的初衷，在此背景下，结合我国科学课程教育的发展，探索设计将STEAM教育融入到科学课程的模式。

本文以培养学生的各项能力为目的，通过文献研究分析当下科学课程所存在的问题。在STEAM教育理念的支持下，首先，提出融入STEAM教育的科学课程设计目标、设计原则，设计出融入STEAM的科学课程模式[3]。然后，对融入STEAM教育的科学课程的教学内容、教学活动以及教学评价进行设计[4]。最后，开展教学实践，检验融入STEAM教育科学课程模式的可行性和有效性。以期为后续STEAM教育与科学课程融合的设计提供参考和借鉴。

1　研究的意义

1.1　理论意义

通过对STEAM教育相关文献的分析总结发现，国内对于在STEAM教育理念下的教学实践研究正在逐年增多，但在基于STEAM的科学课程设计方面的研究相对较少。通过对STEAM教育与科学课程融合的相关理论的梳理和分析，设计出融入STEAM的科学课程模式，进一步丰富科学课程教学理论，为科学教师提供新的科学课程设计的模式和思路[5]。

1.2　实践意义

STEAM教育理念强调学科之间的整合[6]。从课程性质层面来讲，相比其他学科课程，科学课程是更加符合“整合”思想的一门课程。在融入STEAM教育的科学课程模式下，学生可以运用学到的各类学科知识解决实际生活中的问题，动手操作能力得到加强，能够协作交流、分享自己的学习成果，敢于提出不同的意见或建议[7]。STEAM教育理念能够很好地体现教师的主导地位以及学生主体地位[8]。

2　课程设计

2.1　融入STEAM教育的科学课程设计模式

基于STEAM教育理念，以理论基础为支撑，以融入STEAM教育的课程设计目标为导向，以课程设计原则为依据，构建融入STEAM教育的科学课程设计模式，如图1所示[9]。该课程设计模式分为四个阶段，依次是分析阶段、准备阶段、实施阶段和评价阶段，以期达到培养生综合能力的目的[10]。

图1　融入STEAM教育的科学课程设计模式

2.2　课程案例设计

以迭代为主的创造型学习活动案例《台灯的设计与制作》为例。

2.2.1教学准备

教师与学生需要共同准备实验器材（PPT课件、微视频、导线、电池、小灯泡、.电池底座、三角尺、美工刀、扎丝、海绵胶、定位片、木块、底板、支杆、水彩笔等），课前安排学生准备部分实验器材，主要准备台灯灯罩、支杆、水彩笔和底座等相关材料，便于学生在整个实践过程中充分发挥自已想象力和创造力。

2.2.2教学过程

（1）情境导入。教师播放创作台灯的视频之前，布置以下观看任务：台灯由哪几个部分组成？制作台灯应用了哪些科学知识？在学生回答的基础上引出学习主题——设计制作台灯。

（2）进行创作。①明确任务要求：明确制作台灯任务要求，各小组自主设计制作台灯的方案，要求在完成台灯的制作的基础上，还要体现出创新性。②分析问题，合作探究，制定方案。要求各小组绘制台灯制作的草图，通过交流探讨后确定台灯的制作方案，具体方案制定流程如下：A.小组成员讨论交流，梳理交流制作台灯方案，做好记录；B.各组汇报方案制定情况，并对方案进行点评；C.师生之间进行相应的教学评价；D.各小组分别完善自己的制作方案。

3　课程教学案例实施

3.1　实验课程设计

3.1.1实验目的

本实验的主要目的是为了检验融入STEAM教育的科学课程模式促进学生各项能力培养的有效性。

3.1.2选择实验样本

将问卷发放给四年级四个班的全体学生，共发放218份问卷，回收问卷213份，回收率96.71%，最终得到有效问卷203份。利用SPSS对问卷数据进行独立样本T检验得到Sig（双侧）=0.882＞0.5，该结果表明有两个班学生的各项能力水平相当，无显著性差异[11]。故将四年级2班（52人）和4班（50人）分别作为实验班和对照班。实验班（2班）采用融入STEAM教学模式展开科学课堂学习：对照班（4班）采用传统的科学课堂教学模式。

3.1.3实验内容

以四年级科学教材的上册以及下册第一二单元中选取7个与STEAM进行整合的主题进行设计与实践，如表1所示。

表1　融入STEAM教育的科学课程设计实践内容

3.1.4实验假设

采用STEAM教育模式的实验组在实践动手能力、发现解决问题的能力以及团队合作能力等方面的得分比采用传统教学模式的对照组得分高[12]。

3.1.5实验方法

本研究主要依据实验班和对照班的前后测数据来得出，融入STEAM教育的科学课堂更能促进学生各项能力的提升。通过前测问卷筛选出两组平行班，分别设为实验组和对照组。在课程实施后，通过学生自我评价和教师评价分析实验班和对照班在各项能力培养之间的区别[13]。同时对实验班采用后测问卷来调查学生对于STEAM课堂学习模式的满意度。

3.2　STEAM教学活动过程设计

在具体的STEAM教学实践过程中，针对教师如何运用STEAM教育理念帮助学生更好地学习科学知识，提高学生的实践动手能力、合作探究能力以及发现解决问题的能力，设计出融入STEAM的科学学课堂教学活动过程[14]，如图2所示，能够很好地体现以学生为中心。

图2　融入STEAM的科学课堂教学活动过程

3.2.1明确主题

教师在设计项目主题活动时，应体现出科学课程与STEAM相关的教学目标。进行教学设计，应该以学生为中心，主要是为了培养学生的兴趣，激发出学习的热情以及动力，提高学生的工程设计思维[15]，体现的不单是项目作品的完成，也可以是设计流程或者设计方案等。

3.2.2制定方案

学生在教师的引导下，分别进行分组合作学习，构思、制定出不同的实施方案，通过进一步分析、优化，得到最终方案[16]。此环节，教师要充分激发学生的不同学科的知识储备，进行自主拓展，并依据不同学生的学习水平，给予相应的指导。最后，学生通过交流探讨、头脑风暴等设计出最优方案。

3.2.3作品创作

学生依据制定的最优方案，分工进行作品创作，此环节需要学生动手实践、调整修改，不断完善作品。教师跟进学生的项目进展，并指导学生活动，提供适时、适度的帮助[17]。

3.2.4分享与评价

教师组织各小组分享、汇报项目成果，依次进行组内评价、小组互评以及教师评价，总结出各小组在实施项目过程中的优点与不足，并对作品进行完善。

3.3　《台灯的设计与制作》教学案例实施

本研究主要将以迭代式为主的创造型学习活动《台灯的设计与制作》这节课作为融入STEAM的课程，对具体实施以及相关实施效果进行阐述，以此来检验迭代式学习活动设计的有效性[18]。在进行本次教学实践之前，教师提前在课程资源库上传台灯制作相关微课，让学生在课前了解台灯的设计与制作的过程，并准备好相关实验器材。学生主要准备台灯灯罩、支杆、水彩笔和底座等相关材料。课前准备为课堂教学活动的顺利开展做好基本保障。

表2　《台灯设计与制作》教学过程概要

4　教学反思

在开展教学实践时，通过与科学指导老师交流探讨和课堂学生表现情况的观察，对融入STEAM教育的课堂教学方案不断进行调整与优化，最后从各方面证明，授课效果不错，学生表示很喜欢这种学习方式，特别是在台灯的设计与制作这节课程，学生积极性显著提高，课堂氛围良好，各小组合作分工明确，有组织、有计划地完成台灯的设计与制作，并能够积极展示自己的创作成果。

该教学活动中，促进他们发现解决问题的能力、团结协作能力等，很好地增强了学生的自信心。任何事情都不具备完美性，融入STEAM的课堂教学活动仍存在一些不足之处。对于学生提出的问题，不能够做出通俗简易的回答，这是笔者需要加强的地方。对于活动的设计，个别地方考虑的还不是很到位，如在让学生设计灯罩时，原计划是让每组的学生都能参与灯罩的设计创作活动，但由于个别学生缺乏主动性，个别小组的学生没有带设计制作灯罩的材料，影响课堂的顺利开展，最终决定将该小组的学生分散到其他组中，让每一个学生都参与其中。笔者在上完课后，及时反思，针对不足之处与指导老师进行交流探讨，找出解决问题的方案，进行调整、改进并加以完善。

5　研究总结与展望

我国STEAM教育、创客教育等新型教育理念的不断发展，进一步加速了我国新一轮的课程改革。我国科学教育的课程设置及实践也在不断逐渐注入新的教育理念。STEAM教育注重培养学生利用跨学科思维解决问题的能力和双创能力。在STEAM教育理念的支持下，本课程设计融入STEAM教育的科学课程模式以注重培养学生的各项能力，在该模式的指导下以科学四年级上下册的相关内容为例，开展了一个多学期的教育实践。主要研究成果如下。

（1）探索设计融入STEAM教学的科学课程模式。以STEAM教育理念为基础，在建构主义理论、课程融合理论等相关理论的指导下，探索设计融入STEAM教育的科学课程模式，旨在培养学生的各项能力，该模式主要包括：分析、准备、实施和评价四个阶段。同时依据不同的课程内容，设计出如迭代式的教学活动，使得课程更为灵活

（2）开展融入STEAM教育的科学课程实践研究，检验融入STEAM教育的科学课程模式的有效性[19]。实验结果显示：①将STEAM教育融入科学课程，使得学生解决生活实际问题的能力不断提高；②将STEAM教育融入科学课程，学生普通动手实践能力增强，但是女生动手操作能力相比男生较弱一些，这需要老师后期进行加强；③将STEAM教育融入科学课程，学生协作意识，团结协作协作能力明显增强；④后测调查问卷的结果表明，学生对STEAM课堂教学模式满意度较高。

6 结束语

STEAM教育在我国起步较晚，对应学科的教育案例较为匮乏，导致论文缺乏十足的理论支撑。笔者只对科学四年级的教材的相关内容进行实践研究，且本论文的样本数量较小，研究内容具有一定的局限性。对于地区以及学校的不同，教学条件、师资力量、学生的综合水平等都存在差异，本研究的实验教学试点只有一个学校，学校整体综合实力平均处在南宁市各的中高水平。因而本研究所设计出的课程模式缺乏普适性。为进一步检验课程设计模式的有效性，理应增加实验点，选取不同地区的学校、不同年级进行实验。课程教学内容应多样化，可以对整合后的课程内容，加入一些竞赛活动或游戏，能够更好地丰富教学环节，激发学生学习的积极主动性，后续需要不断加强与改进。

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Science Curriculum Design and Practice Integrated into STEAM Education

This study mainly discusses the design and practice of integrating STEAM education into science curriculum. Based on the principles of curriculum design, this paper constructs a science curriculum design mode integrated into STEAM education, reconstructs the curriculum content, and takes the iterative creative learning activity caseas an example to carry out curriculum design, experimental activity design, curriculum implementation, reflection and prospect.

STEAM education; science courses; curriculum design

G712

A

1008-1151(2022)08-0169-04

2022-04-15

范文阳（1991－），广西交通职业技术学院讲师，区中级双师，从事课程设计、信息化教学相关研究。

刘芳（1975－），广西交通职业技术学院土木建筑工程学院教授，从事BIM技术、教育教学相关研究。