中小学STEAM课程的教学体系设计与应用——以“追风筝”地方特色课程为例

聂玉芳 李云文 首都师范大学

●研究背景

《义务教育课程方案和课程标准(2022年版)》(以下简称“新课标”)中指出，积极开展跨学科主题教学，注重培养学生在真实情境中综合运用知识解决问题的能力，而STEAM教育旨在通过将科学、技术、工程和数学等学科融合在一起，实现学科知识整合，其核心是将学科知识与实践结合起来，通过解决实际问题和实验研究来培养具有创新思维和实践能力的学生。因此，STEAM课程是践行新课标、开展跨学科主题教学的一种重要方式。

目前，我国STEAM教育仍然处在初步发展阶段，还未得到正式的应用与普及，存在缺少国家战略高度的顶层设计，也没有形成完整的系统性方案等问题。[1]如何构建适合学生特点、具有科学性和实践性的STEAM教学体系，是当前STEAM教育面临的一个重要问题。因此，本文旨在探讨STEAM教育体系的设计与应用，以期为STEAM教育适配中国本土化教育发展提供有益的思路和借鉴。

●STEAM课程的内涵

STEM一词起源于美国，包括科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科。[2]后来，经过不断的应用与实践，格雷特·亚克门(Georgette Yakman)等人在原有STEM教育基础上加入艺术形成了STEAM教育，帮助学生从更多视角认识不同学科间的联系。[3]无论是STEM还是STEAM，都打破了常规的学科界限，通过课程参与培养了学生的学科素养，以及在探索与应用中发现问题和解决问题的能力。

●中小学STEAM课程教学体系的设计

1.STEAM的教学理念设计

STEAM教育是一种通过学科整合的学习方式提升学生工程思维与创新素养的教育理念。[4]根据STEAM的基本内涵，跨学科是STEAM教育的特点之一，强调在教学过程中跨越学科界限，综合应用多学科知识来解决实际问题。[5]STEAM课程是实践类课程，因此，在设计课程案例时要以实践应用作为重要的实现理念之一。STEAM教育以创新思维的发展作为核心目标[6]，因此，STEAM教育需要以创新思维作为支撑点，以契合创新人才培养的要求。综上所述，STEAM的教学理念包括体现跨学科学习、重视实践应用、实现创新思维培养。

2.STEAM的教学目标设计

项目引路PLTW(Project Lead To the Way)是美国为初中和高中提供STEAM教育项目的组织，以培养学生的批判思维、协作意识、创造能力、创新精神和问题解决能力为主要目标。[7]美国在不同培养层次设置了不同的培养目标，中等教育阶段主要是以思维培养、技能提升和创新意识为培养关键要素，而高等教育则上升为研究能力和专业应用能力等高阶目标，美国界定的STEAM教育培养目标所针对的学段不同，但二者本质上相同，都是通过STEAM教育提升学生的多元智能和综合素养。欧盟的“STEM横向技能评估”（Assessment of Transversal Skills in STEM，简称ATSSTEM）项目提出，核心STEM能力分别为问题解决、创新和创造力、沟通、批判性思维、元认知技能、协作、自我调节和学科能力。该核心能力的提出使得STEM教育的发展方向更加多元化，同时也为我国STEM教学目标的设计提供丰富的参考。

2018年，中国教育科学研究院提出STEM教育的学科基础为数学素养和科学素养、工程实践、技术应用和STEM+。《教育信息化“十三五”规划》提出，积极探索信息技术在STEAM教育等多类教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，使学生养成数字化学习习惯。

根据我国STEM教育基本情况与涉及STEM的不同文件规定，结合STEM教育国际化发展目标，笔者认为，我国STEAM教育培养目标应该包括学科能力、知识运用与迁移能力、问题解决能力、合作能力、创新能力、社会责任感。

学科能力是指学生通过学习获取知识与技能，可以识记、理解、运用和分析这些知识的能力。知识运用与迁移能力是指学生掌握和运用某一学科知识和技能的能力，并且能够将在一个领域学到的知识和技能迁移到其他领域中，解决不同领域的问题的能力。问题解决能力是指学生通过分析和思考，采用科学的方法解决问题的能力。合作能力是指学生在团队合作中能够有效地沟通、协商、分工，以共同完成任务的能力。创新能力是指学生具有创造性思维和行动的能力，能够产生新的想法、观点和解决方法。社会责任感是指个人对社会及成员负有责任和义务的认识与感受。

3.STEAM的教学过程设计

基于已有研究对STEAM教学过程的探讨以及当前中小学实际教学状况，笔者认为，我国中小学STEAM教学过程设计可以从以下六个方面开展，即设计问题或情境、设计跨学科内容整合、分配团队任务、指导实践操作过程、展示与评估。

设计问题或情境是指教师根据课程主题创设具有现实意义和挑战性的问题和情境，以促进学生的探究，提高实践能力。跨学科内容整合是指教师在组织教学内容时，系统且有目的地将不同学科的知识有机组织和融合。分配团队任务是指按照学生的学习情况划分小组单位，小组按照指定任务进行小组成员分工。指导实践操作过程是指教师在教学中提供丰富的实践环节，在学生实践过程中及时提供示范、引领、提示和反馈。展示与评估是指教师为学生提供作品展示与分享的机会，针对学生的表现及其成果进行评价，并根据具体的问题共同交流和提出解决方案。

●STEAM课程教学体系在“追风筝”课程中的应用与分析

为了更好地检验该设计的科学性和实用性，笔者以潍坊市著名的传统手工艺珍品“风筝”作为STEAM课程设计的主题，设计了STEAM课程案例—“追风筝”，将STEAM课程和本土特色文化遗产相结合。

1.STEAM教学理念的应用

STEAM教学理念包括跨学科学习、实践应用、创新思维，其在“追风筝”STEAM课程的体现如下页表1所示。

表1

2.STEAM教学目标的应用（如下页表2）

表2

3.STEAM教学流程

“追风筝”STEAM课程的教学过程包括导入环节、新授环节、探究过程、动手操作和展示总结五个部分。

（1）导入环节

教学内容：（风筝的历史）风筝最早是用木头制作而成，经过竹子材质后又以纸制作。

教师活动：①播放风筝节的视频。提问：“你对风筝的了解有多少？你知道风筝是怎么飞上天空的吗？”②讲解历史。结合PPT用图片展示风筝从古至今的演变过程，讲解风筝的发展历史。

学生活动：观看视频，思考并回答教师的提问。

设计意图：①播放视频，激发学生的学习兴趣。②用图片的方式，加深学生对风筝历史背景的印象。

（2）新授环节

教学内容：（走进风筝）了解风筝的基本结构，熟悉丰富多样的风筝。

教师活动：①利用PPT展示丰富多样的风筝。②引导学生观察并回答风筝的主要结构有哪些。

学生活动：①观看风筝图片，找到其共同组成部分。②掌握风筝的基本结构。

设计意图：展示风筝图片，给学生认知风筝的结构与外形提供具象支持。

（3）探究过程

教学内容：（风筝的秘密）探究风筝飞行原理，了解材料对其飞行性能的影响。

教师活动：①演示和动画讲解风筝飞行的动力学原理。②引导学生思考空中的风筝受到哪些力，进而进行受力分析：自身重力、风的推力和风筝线的拉力。③展示不同材质的风筝在相同风力情况下的飞行效果。提问：“不同的材料会影响风筝的飞行效果吗？”

学生活动：①认真听讲，理解原理。②思考风筝的受力特点。③思考并回答问题，探索材料对风筝飞行的影响。

设计意图：演示和动画是通过将抽象内容形象化，转化成学生容易接受的方式，符合学生的认知特点和发展规律。

（4）动手操作

教学内容：（设计与实践）设计并制作风筝。

教师活动：①演示扎风筝骨架过程。②引导学生发挥想象力，绘制丰富多彩的图形。（提示：风筝纸面必须是左右对称的）③指导学生找到风筝的中心位置并绑好提线。

学生活动：①模仿或者自主创新，保证骨架牢固，具有稳定性。②小组交流讨论，共同创作，设计风筝图案。③相互合作，绑好提线。

设计意图：①分组合作加强学生沟通交流，培养学生协作能力。②引导学生自主创作，增强学生创作自信心。

（5）展示总结

教学内容：（展示与分享）展示各组成品；总结本课主要内容。

教师活动：①鼓励学生大胆主动展示作品、分享自己的创意理念。②带领学生总结科学原理和学科知识。

学生活动：①上台展示小组作品；②利用流程图或者思维导图复习巩固各学科知识。

设计意图：①展示优秀作品，肯定学生成果，激发学生的创作才智，鼓励学生相互学习。②及时巩固复习，加深学生对知识的理解。

●总结

综上所述，中小学STEAM课程是实现跨学科主题学习的重要路径，同时也是践行新课标理念的重要组成部分。通过对中小学STEAM课程教学体系的研究可以发现，教学体系应该是有针对性和系统性的，注重学生的实践应用和创新思维培养。所以，在实践中，教师应通过建立完整的STEAM课程教学体系，不断地优化和创新设计思路与方法，提高中小学STEAM课程实践性和可行性，为学生的未来发展奠定坚实的基础，同时也为社会的发展和进步贡献更多的力量。