指向深度学习的STEAM项目式教学设计与实践

陈子宜

【摘 要】为了培养学生的科学精神和创新精神，提升自主可控意识和数字素养与技能，本文从“未来太空车”项目背景、基于STEAM理念的项目教学分析和项目实施方案等方面展现指向深度学习的教学设计，形成了建立小组、明确任务、合作探究、作品展示、课内初评、反思优化和迭代评价等七个环节的项目式教学模式，同时为教师开展“跨学科主题融合”的STEAM课程教学提供参考和借鉴。

【关键词】深度学习；STEAM；项目式教学；跨学科

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）01-077-03

2022年，义务教育新课程标准发布，信息科技课程标准有了新的变化，其中把“跨学科主题”作为信息科技课程内容的重要组成部分。为了培养学生的科学精神和创新精神，提升自主可控意识和数字素养与技能，我们要变革教学方式，注重创设真实情景，以真实项目主题引导学生动手操作实践，发挥信息科技课程育人功能。本文以“未来太空车”项目为例，阐述如何落实指向深度学习的STEAM项目式教学。

深度学习是指在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程[1]。指向深度学习的STEAM项目式教学即通过创设真实情景，学习小组成员运用项目式学习创作含有STEAM元素的项目作品，在合作探究过程中激发学生的学习兴趣，让学生主动获得知识的重新建构和学会知识的迁移，提升学生高阶思维和解决复杂问题的能力，更好地促进学生的深度学习。

基于STEAM理念的项目背景分析

“未来太空车”是第八届全国青年科普创新实验暨作品大赛的科普实验单元。本项目仅限定装置动力系统、电池容量、装置重量及尺寸范围，装置材料和运动方案没有限制，要求参赛队员能够制作爬越障碍物的“未来太空车”项目作品。根据学生实际情况，我采用以“模仿—改进—创新”为主线的项目式学习设计思路。首先让学生根据套件模仿组装出简单的“未来太空车”作品，从而激发学生的学习兴趣和探索热情。接着通过爬越障碍物比赛来刺激学生不断改进原来的作品，促进学生进一步主动去获取物理、数学和信息科技等学科知识，从而不断解决探索过程中遇到的各种复杂问题。最后，有部分优秀的学生会舍弃旧方案，重新设计新方案并制作成新的優秀项目作品，从而达成培养学生具有科学精神、创新精神和自主可控意识的目标。

1.赛道要求

赛道材料使用木板制作，表面粘复印纸，赛道宽度30cm，出发点到障碍物距离30cm，越障后至终点线距离30cm。

2.装置要求

装置长、宽和高不能超过20cm×20cm×25cm；重量不超过300g；装置动力系统使用N20减速电动机和2个CR2032电池，不指定厂家。

基于STEAM理念的项目教学分析

1.项目的STEAM要素分析

“未来太空车”的设计是一个典型的STEAM项目，它的STEAM要素及相关内容如表1所示。

2.项目的教学目标要素分析

“未来太空车”项目的教学目标主要是以物理和数学核心素养为基础，结合STEAM理念制定教学目标要素如表2所示。

3.项目的课程内容安排

本项目课程内容分为两个活动任务，每个活动任务都融合STEAM要素制定，具体课程内容如表3所示。

基于STEAM理念的项目实施方案

1.课前准备阶段

本阶段包含建立小组和明确任务两个环节。

（1）建立小组。团队合作是开展项目式学习的一个重要组成部分，组建“好”的团队是开展项目式学习的关键。为此，教师先物色有较强组织能力和学科知识成绩好的同学担任小组长，然后让小组长按照不同层次的学生和性别均衡原则自由建立学习小组，这种做法既可以避免出现“强强联合，弱弱组队”的搭配现象，又培养了学生的集体意识和合作意识。

（2）明确任务。提前发放主题项目相关材料，各小组成员利用空余时间进行探讨和交流，让大家提前明确项目工作任务和探究流程，有利于提高项目式学习效果，同时也节约了课堂探究时间。

2.课中实践阶段

本阶段包含合作探究、作品展示和课内初评三个环节。

（1）合作探究。各小组成员根据课前分解的项目工作任务进行合作交流，不断解决探究过程中遇到的各种问题，逐步把集体设计的项目作品付诸实践创作，有效提高项目式学习效果。如在创作“未来太空车”项目作品时，小组成员通过合作探究把套件材料组装成能翻越障碍物的项目作品，大大激发学生的学习兴趣，促进学生学会自主探究；接着在调试“未来太空车”作品时，通过开展项目作品攀爬高度比赛，促使小组成员在合作探究中更加深入研究项目作品使用的材料和方案，不断学习组装、测量和数据分析中涉及的物理、数学和信息科技等学科知识，在解决问题过程中践行深度学习的行为，同时创作出优秀的项目作品。

（2）作品展示。各小组成员共同努力完成相应项目作品后，班级开展以小组为单位的作品展示活动，记录项目作品的相关数据。这种做法的目的是让各小组学生知道每节课一定有展现项目成果环节，从而促进他们从课前阶段就认真开展合作探究活动。同时也为学生提供作品交流的平台，让大家在作品展示过程中认识到自己的不足，从而为课后反思优化提供改进思路。

（3）课内初评。结合作品展示收集的数据和项目评价标准，班级开展课内项目作品初评，主要是采用小组自评、小组互评和教师总评等方式对项目作品进行多元化评价，同时让优秀项目作品的小组成员分享经验。这种做法有利于为其他小组成员在课后反思优化提供思路。

3.课后反思阶段

课后反思阶段包含反思优化和迭代评价两个环节。

（1）反思优化。允许各小组成员在课后根据课内作品初评成绩进行反思优化，找出本小组作品存在的问题，然后利用课余时间对项目作品进行调整改进。

（2）迭代评价。设置动态评价机制，允许经过优化改进后的项目作品继续挑战前面评选的优秀项目作品，形成迭代评价机制，不断激发学生的创意意识和创新精神，让学生只要自己不愿意服输，都可以一直在挑战项目作品的路上。

基于STEAM理念的“未来太空车”项目教学案例

1.安装未来太空车

（1）课前准备阶段。先挑选优秀小组长，然后让小组长组建学习小组，成员要有好、中和差三种等次的学生，并且要考虑男女性别人数均衡。随后给各小组发放“未来太空车”项目材料和“未来太空车”组装图片，以小组为单位提前熟悉完成组装“未来太空车”项目作品的流程。

（2）课中实践阶段。在此阶段中，我采用以下流程开展课中实践活动。首先展示“未来太空车”样品，然后介绍“未来太空车”项目的背景以及项目作品的竞赛规则。提示各小组学生在组装“未来太空车”时需要注意的工程问题：电动马达和底板安装一定要紧固；齿轮组齿轮正确紧密啮合；行星轮和转动杆要紧密卡紧。各小组根据图纸组装“未来太空车”作品，教师巡查课堂，及时解答学生在合作探究过程中遇到的问题。各小组组装好“未来太空车”项目作品后，接着进行爬高比赛作品展示，分别记录各小组作品爬行高度数据。通过小组自评、小组互评和教师总评等方式评出课内优秀作品，并且邀请优秀作品所在小组的成员上台分享经验。

（3）课后反思阶段。允许各小组成员找出本组项目作品存在的问题，然后反思改进和调试项目作品。允许各小组用反思优化后的项目作品挑战课内优秀项目作品成绩，形成迭代评价机制。这种做法既激发了学生的学习积极性，又培养了学生的创意意识和创新精神。

2.调试未来太空车

（1）课前准备阶段。学生利用勾股定理计算爬行高度和行星架长度、支杆长度之间的数据。延长行星架和支杆的长度要考虑符合装置的长、宽、高尺寸不超过20cm×20cm×25cm（初始尺寸和完赛状态）。发放延伸行星架和支杆长度的相关材料，小组探讨延伸材料和方案。

（2）课中实践阶段。在此阶段中，我采用以下流程开展课中实践活动。一是展示部分学生已经完成改进后的“未来太空车”样品，这种做法既满足了主动探究学生的成功感和荣誉感，又能够为其他学生提供改进的思路和方案。二是提示各小组学生在延长行星架长度和支杆长度时需要注意的工程问题：在装置最大尺寸范围内，支杆和行星架最優长度需要利用勾股定理计算；行星架和支杆延伸材料要考虑爬行时与纸面的摩擦力问题；如果采用伸缩延伸方案，要考虑装置伸展和缩回时间，伸缩过程不能超过3分钟。三是各小组在原有的“未来太空车”作品基础上，根据课前探讨的延伸方案实施延伸行星架长度和支杆长度，教师巡查课堂，及时解答学生在合作探究过程中遇到的问题。四是各小组完成延伸方案的“未来太空车”项目作品后，接着进行爬高比赛作品展示，分别记录各小组作品爬行高度数据。五是通过小组自评、小组互评和教师总评等方式评出课内优秀作品，并且邀请优秀作品所在小组成员上台分享经验。

（3）课后反思阶段。各小组成员找出本组项目作品存在的问题，然后改进和调试作品；或者根据比赛规则重新使用新材料和新方案完成新的“未来太空车”项目作品。各小组互相PK优化的项目作品，不断挑战新的项目作品成绩，不断形成迭代评价。

基于STEAM理念的“未来太空车”项目教学非常符合深度学习的特征，学生围绕着“未来太空车”挑战性主题开展小组合作探究，全身心积极参与组装、计算数据、选择材料和方案、改进方案和优化调试等环节，通过一次又一次刷新“来来太空车”项目作品翻越障碍物的高度，让他们体验到成功的乐趣，也培养了他们的创新精神和动手操作能力，从而让他们真正体验有意义的学习过程。

注：本文系广东省中小学教师培训中心专项科研项目2021年度课题“指向深度学习的STEAM项目式教学课例开发与实践研究”（课题立项号：GDSP-2021-Q008）、广东省教育研究院2020年STEM教育专项研究课题“珠海市实验中学STEM教育编程学习课程的建设研究 （课题立项号：GDJY-2020-S-b027）”的阶段性研究成果，受广东省周莉萍名教师工作室资助

参考文献

[1]张鹏，郭恩泽. 指向“深度学习”的教学策略研究[J]. 教育科学研究，2017（9）： 5.

作者单位：广东阳江市江城第一中学