借鉴设计型学习模型设计STEAM教学活动

◇贺瑞盈 钟 媚 毕荣娟 王浩钦（广东：佛山科学技术学院）

一、引言

随着信息时代的到来，我国的经济、文化事业正朝数字化方向转型，对技术和人才的要求都提高了。为了从根本上解决人才供应的问题，国家高度重视基础教育阶段对学生科学素养和创新思维的培养。2017年2月，教育部颁发了修订版《义务教育小学科学课程标准》，首次以科学课为依托，提出STEM教育的标准。2022年，教育部颁发新版《义务教育科学课程标准》（以下简称《课标》），指出义务教育科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程，具有实践性。

STEAM课程以系统视角来统筹科学、技术、工程、艺术和数学五个学科，主张教学要在真实情境中开展。这与《课标》提出的发展学生学习、思维、实践和创新能力的目标高度契合。

二、项目源起

目前，越来越多的中小学校已将STEAM课程纳入体系，各级学校纷纷在原有课程基础上进行尝试和优化。但在实践过程中，STEAM课程开发还存在困境，如课程类型方面，我国一直以分科课程为主，教师进行课程整合时缺乏经验，使得知识结构碎片化或缺乏逻辑；课程实施方面，学生多以被动接受知识为主，兴趣和实践在一定程度上被忽略；课程组织方面，一线教师往往止步于项目式教学的形式，却困惑于教学活动设计的具体步骤。

本文依托小学科学学科，设计了一个“筝舞童年，放飞梦想”的跨学科主题学习活动。那么，如何在STEAM理念的引领下，重构课堂形式，重组跨学科知识要点，促进学生科学思维和实践能力的发展，就成为亟待解决的关键问题。

结合研究与实践，笔者认为可以立足STEAM理念，基于DBL理论，依托小学科学课，利用现代化技术手段来设计一个小学科学高年级STEAM教学活动流程来解决上述问题。

STEAM教育打破学科壁垒，融合多学科知识，将培养学生创新能力、发散思维贯穿于整个学习过程中。“设计型学习（DBL）”作为实现STEAM教育理念的一种有效模式，可以在STEAM教学开展过程中为学生发现并解决问题提供思考维度和提供实践的机会。

可以说，设计型学习融合继承了传统的探究式学习和项目式学习的可行之处，又在此基础上发扬了自己的特色，更加凸显教育过程的“动态性”和“工程性”，强调内容的“综合性”和“生成性”，体现了作品的“迭代性”和“实践性”，实现了培养思维的“创造性”和“发散性”。

三、基于DBL的STEAM教学活动设计模式

本文选用美国密歇根州立大学教育学院福特尤斯（tortusD.）和德尔希曼（DershimerR.C.）联合开发的“基于设计的科学学习循环模型”为参考。该模型按照五个相互关联的环节组织实施，以“识别和定义境脉”为起点，围绕作品的生成展开，重视学习过程的体验性和参与性。

该模型指导的学习活动突出“循环迭代性”，在实际的学习过程中，学生根据具体需求和目标，有所选择地跳转到所需环节，并不是要循规蹈矩地按着箭头所指的方向顺序完成每一个环节。这种“自主环节选择”更符合学生个性化的学习，有利于学生灵感的迸发和创造性思维的显现，其关注学生的科学探究和推理能力，强调通过现实产品的迭代和反馈实现学生推理过程具体化和产品完善化，以此培养学生解决问题和设计的能力。

在对STEAM教学内容加以研析，并深入理解设计型学习内涵的基础上，笔者设计基于DBL的小学STEAM课程教学活动框架，从教学内容设计到教师的教学，再到学生的学习，最后内化为学生思维能力、学习能力、实践能力、合作能力、创新能力的培养的逻辑顺序依次展开。

基于DBL的小学STEAM教学活动框架的内核是STEAM理念，以此为圆心展开，突出不同学科交融的特征。由圆心向外扩展的第一层是参考的DBL模型；第二、三层分别具体明确了以教师为主导的教的流程和以学生为主体学的流程；第四层是目标层，是活动所期望培养的学生的能力。

四、基于DBL的STEAM教学活动设计

考虑到设计型学习和3D打印对学生基础知识和能力有一定的要求，故本活动建议面向五六年级学生开展。本部分以基于DBL的STEAM学的活动流程为参照，进行具体的以“筝舞蓝天，缤纷童年——自制简易风筝”为主题的教学活动设计。以下具体阐述每一环节体现的STEAM理念和教学流程。

（一）设计理念

STEAM的跨学科融合性是将相关联的学科知识进行统筹，打破学科之间的界限，将知识进行水平联结。在教学内容方面，从小学科学出发，并就现实需要补充以其他门类方面，用英文首字母作代号，呈现具体学习点。

“筝舞蓝天，缤纷童年——自制简易风筝”教学活动突破以往传统的教学方式，开展基于DBL的STEAM课程学的流程的教学活动。活动整合了“传统文化”“科学探究”与“技术与工程”模块，是跨学科知识的综合应用。

基于DBL的STEAM理念下教学活动的科学课“自制简易风筝”学习目标如下。

S（科学）：风筝可以顺利飞上蓝天，需要运用空气动力学的知识原理；3D打印中的设计、建模风筝零部件等基础知识。这些都属于科学领域。

T（技术）：利用3D打印技术打印风筝零部件，以及风筝的组合搭建及固定等。

E（工程）：整个流程需要学生从构思设计、不断迭代，直至成果落地亲自完成，有助于锻炼和体现学生的工程统整能力。

A（艺术）：风筝面的图案是丰富多彩的，可以培养学生的审美意识，使风筝兼具实用性和美观性。

M（数学）：图形，风筝面和各零部件平面图；角度，风筝提线的角度需要学生操作控制。

C（文化理解与传承素养）：风筝又叫纸鸢、鹞子，历史悠久，是中国古代劳动人民智慧的结晶。

（二）教学活动的设计与实施

DBL中教的流程面向教师，主要是指导教师在活动中的行为，但本文选用的模型在教师层面的关注度较低，存在一定的不足，结合实际情况做了些许完善。

在以上的铺垫和完善后，基于上文构建的基于DBL的STEAM的教与学的活动流程，具体展开制作简易风筝的教学活动。

第一阶段

教师:确定主题，创设情境。

学生:明确问题，分析需求。

教师先播放一个以“风筝的传说”为主题的短片，引起学生学习兴趣，然后提出“筝舞蓝天，缤纷童年——制作简易风筝”的主题社区活动。需要学生来完成风筝的制作。同时，向学生讲解风筝的图案可以寄托人们的美好愿景与情思。

从学生角度看，学生能够尝试以用户（社区群众等）的需求点出发，思考“什么样的风筝更容易飞上天？”“需要做哪些准备？”等问题，这符合设计型学习中的核心环节“共情”。教师用真实的任务作为驱动，学生积极寻求问题的解决办法，体验学习的挑战性。

在此过程中，教师要注意引导学生明确需要解决的问题及解决问题的方向，并配以探究记录表和资料搜集表，突出设计型学习“随时需要解决，随时查找资料”的特征。

第二阶段

教师：学情分析，启发引导。

学生：头脑风暴，设计方案。

教师提前准备需要讲解的知识点或用到的工具等，并且在该环节要引导学生将上一阶段所思考问题进行筛选，分析出真正需要解决的问题。特别提醒，针对小学阶段的学生，教师可以遵循组间同质、组内异质的原则来分组，以确保任务的顺利完成。

学生以小组探讨的方式进行头脑风暴，根据预设成果和设计理论、工具，将信息进行处理。在讨论过程中，每个成员都可以随时查找、完善已有资料。在讨论过程中，学生不仅要梳理自己搜集到的资料，也要与其他同学进行观点的碰撞、融合等，共同解决问题，协作完成风筝的初步设计方案或图纸等。

第三阶段

教师:新知讲解，提供工具。

学生:小组合作，制作作品。

教师提前准备好学生可能需要的工具，并对要用到的3D打印相关知识点和设备使用方法进行全面讲解，以便能掌握活动的节奏，把握提供指导的程度。教师引导学生带着原理思考并上网查找资料解决“木棍要撑在哪里才能保证风筝的飞行？”“什么风向有助于风筝起飞？”等问题。

学生根据上一阶段的初稿及教师提供的支持开始动手实操，在制作的过程中发现问题并及时主动地解决问题。例如，“当零部件打印失败或打印出的零部件有问题时如何解决”等。并将所出现问题、初步思考以及解决方法进行记录。经过组内的共同协作，初步完成初代风筝作品。

该阶段在教学实施方面极具亮点，本课例涉及3D打印技术，通过“造物”的过程，让学生的思维可见，让学生的创意落地。

第四阶段

教师:监督进度，提供指导。

学生:作品测试，调适修改。

教师作为活动的发起者和学生的引导者，应设置必要的思路指引，同时做好安全提示。

学生作为活动的主体，应积极参与作品的制作，更重要的是测试产品、完善产品。

第五阶段

教师:组织交流，评价反馈。

学生:组间互评，迭代完善。

首先，教师要组织学生代表展示各组的风筝，包括设计思路以及讲明解决问题的过程，最重要的是组织风筝的试飞活动；其次，组织学生进行交流，探讨问题的解决办法或还没解决的问题等；最后，教师下发评价量表，组织学生进行互评和自评。

该环节，学生进行交流并完成评价表。但这并不是活动的结束，而是在各小组讨论后，根据实际情况面对新产生的挑战，然后再次进入本组风筝的优化、测试阶段，解决细节问题，以期展示日到来之际放飞风筝活动。

五、结语

在设计型理论的支持下，创新小学课堂，发挥跨学科融合理念，加入3D打印技术，将学生的思维从想象转变为立体，充分激发了学生的学习兴趣，锻炼了学生的动手能力，培养了学生的问题意识。最为重要的是，整个过程基于学生真实生活情境，将工程设计和迭代循环在学习中尽情体现。同时，关注艺术（Art）方面的培养，既强调对学生多学科交叉融合的综合学习能力的培养和学习思维的开拓，又强调对学生人文艺术方面的熏陶。在今后的研究中，我们将进一步对课程整合和培养目标的落实进行深入探讨，以期探索出更有效的培养策略。