从教材中挖掘小学STEAM项目式学习研究

摘 要：本文采用教材项目“用纸造一座‘桥”开展STEAM融合教学，即让学生分组制作一个跨越35厘米宽的“峡谷”，宽度大于10厘米，能承载200克重的“车辆”的桥梁。此次项目学习包括项目猜想、纸桥设计、解决制作问题等环节，最后合作展示成果。学生通过项目学习完善了专业知识，增强了合作能力。教师应在这个过程中指导小组合作，评价小组合作情况，指导学生解决实际问题，辅助学生完成项目活动。

关键词：STEAM教育;项目式学习;小学教育

中图分类号：G420                       文献标识码：A                   文章编号：2095-624X（2020）32-0028-02

引 言

STEAM教育是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）教育体系组合成的多学科整合性教育，利用创设情境引出基于问题学习、项目学习、工程设计学习的跨学科融合教育。有学者认为，STEAM教育不是一门严格的课程，而是面对问题时具体的综合知识的应用能力，是学科知识、生活经验和学习者中心三者整合而成的能力取向[1]。

项目式学习（Project-based learning，简称PBL），是以建构主义理论为指导，以学科的概念和原理为中心，以项目作品制作展示为目的，以真实问题为驱动，借助多种资源开展探究活动，一定时间内解决真实复杂问题的一种新型探究性学习模式。美国学者巴克将项目式学习描述为一套系统的教学方法，是对复杂、真实问题的探究过程，也是将要学习的内容设计成特殊的任务，让学习者在一定的时间内运用所学知识，学习所需知识，致力将任务完成，从而达到知识学习、技能掌握、学以致用的目的。在实际的探索实践中，项目式学习以小组合作的方式进行规划和解决项目任务。项目式学习有一定的模式，主要由以教材、习题及学生疑问为导向的项目导入，基于学生知识水平的科学猜想，设计小组项目任务及修正任务的项目实施，成果展示交流，包含自我评价、相互评价及教师点评的项目评价等环节构成，具体环节可以根据项目需求进行适当调整。

一、“用纸造一座‘桥”项目的导入

项目取自教科版小学六年级上册“形状与结构”单元“用纸造一座‘桥”，项目简单易行，适合初次接触项目学习的学生。项目内容：在规定时间，用一张报纸、少量胶带建造一座“桥”;材料为一张报纸，报纸薄而柔软，能造一座“桥”吗？要求“桥”能跨越35厘米宽的“峡谷”，宽度大于10厘米，能承载200克重的“车辆”。

基于《小学科学课程标准（2017版）》的学习要求，工程由多个系统构成，学生需要利用摄影、录像、文字与图案、绘图或实物来表达创意与构想，将简单的创意转化为模型或实物。实施该项目的实际群体为小学六年级学生，工程活动符合该年龄段学生的学习需求。针对此次项目式学习，教师可利用小组合作模式，引导学生设计一系列桥梁方案，巩固工程技术知识点，达到强化学生探究学习意识、提高学生探究能力的目标。

二、“用纸造一座‘桥”的科学猜想

科学猜想或假设是科学探究的重要环节。学生在提出猜想或假设的同时，需要掌握框架结构知识和原理及桥梁结构知识，通过猜测预判项目实施过程中可能遇到的困难，想方设法地改变报纸材质软的特性。瓦楞状能够增强桥梁的抗弯曲能力，但瓦楞状桥面不美观，如何设计才能使其更美观;拱形结构可以增强桥梁的跨度，能否将桥面设计成桥下拱或者桥上拱的形状，以达到35厘米桥面跨度的要求;报纸、胶带如何使用才能达到最大限度的节约等。猜测的过程提高了学生自主学习及思辨的能力，让学生学会了科学猜测并制订可行性方案。

学生对项目的猜想集中在以下几个方面：（1）报纸很软，折叠改变它的形状能否增强纸硬度？（2）瓦楞状能够增强抗弯曲能力，瓦楞状桥面是否可行？（3）拱形结构可增强桥梁跨度，能否将桥面设计成桥下拱或者桥上拱，以达到35厘米桥面跨度的要求？（4）如何使用最少的材料达到最强的承重能力？

三、“用纸造一座‘桥”的项目实施过程

1.项目准备

（1）分组安排

项目要求学生具备思辨、动手、组织、合作能力。成员按照“组间同质、组内异质、优势互补”的原则进行分组。组内学习能力较强的A学生担任组长，需具备项目要求的所有能力，或者具备组织能力与合作能力;搭配的B、C、D成员有其中一项能力即可，以防小组合作中一人独挑大梁，违背合作初衷。优势组合是四人各具备1～2项能力，达到优势互补。教室座位摆成田字形，以便四位学生设计图纸及制作。小组合作是项目实施重点考核的内容，小组合作考评参见项目评价及评价标准。

（2）材料准备

STEAM教育理念下的项目学习需要考虑学生探究项目内容的意义和真实性及情境学习的重要性。学生只有在真实情境或贴近真实情境中开展有意义的学习，才更能促进其对所学内容进行意义建构和知识迁移。真实情境下的项目学习设计会涉及多学科知识，需要利用工程造价、数学计算、艺术审美、语言表达等各种技能，充分调动学生的各项技能，如数学绘图及计算能力、语文语言表达能力、美术艺术鉴赏能力等。项目实施初期，笔者还出示了大量的桥梁模型及对应桥梁实物图片，帮助学生建立信心。每组准备1张报纸、1卷胶带、1把尺子、铅笔等工具，教室还配备彩笔、订书机等特殊工具。

2.项目操作

（1）纸桥设计图

项目需掌握工程知识：瓦楞桥面、空心圆柱增加材料厚度，可有效增强横梁抗弯曲能力;采用拱形设計可增加桥梁的跨度、增强桥面的抗弯曲能力等。学生可充分利用所学知识和创新思维绘制出图纸。小学高年级学生参与项目学习，其态度有别于大、中院校学生，组织活动时更多是以适合儿童的游戏式情境项目展开。小学生现场设计图纸有别于工程师，其模样更像草稿图，需教师在旁指导修正图纸，以绘制出最佳桥梁设计图纸。

下面，笔者对某组学生的设计图展开分析。

材料：桥面：长35cm、宽10cm的长方形报纸×2;长35cm、直径1cm的圆柱×4;桥墩：长3cm，直径1cm的圆柱×4;桥墩加固：长8cm、直径1cm的细圆柱×2。

桥面设计方案：将4个圆柱体平行间隔一定距离排列，用平面报纸上下包裹;将4根桥墩固定在桥底四角;将2根细圆柱粘在桥墩之间（宽的位置）。

经过教师指导，学生修改后的图纸设计如下。

材料：桥面：长35cm、宽10cm的长方形报纸×2;长35cm、直径1cm的圆柱×9;桥墩：长3cm、直径1cm的圆柱×4;桥墩加固：长35cm，直径1cm的圆柱×2;长8cm，直径1cm的圆柱×2。

修改后的图纸设计增加了长35cm，直径1cm圆柱的数量，并联做成桥面，增强桥面的抗弯曲能力;同时加固桥墩稳定性结构，增强桥的承重能力。

（2）纸桥制作

小组任务：组长按照小组设计的图纸协调组员制作。由于实际操作中遇到的问题比项目猜想的问题多，组员之间需要相互配合，共同讨论，修改原图纸以達到最佳设计效果。组长对组员进行活动考评，增加组员参与度，增强合作能力。以上文纸桥图纸设计的小组为例，学生按照图纸进行操作，在实际操作中发现加固的方式仍然不能满足桥面承载200克“车辆”的要求，因此小组讨论后又在桥面下增加了一个拱形，用以增强桥面的承重能力。桥下拱是将长40cm、宽4厘米的3个长方形对折成的1cm宽的长条，分别加固在长方形的桥面下端。

教师任务：协助小组完成任务，对图纸存在问题的小组予以指导，在实际操作中针对小组无法解决的问题帮助其分析并解决。小组在得到教师指导后的设计图仍然不能完成模型时会失去信心，因此教师的项目指导需要实时跟进。教师还需对组长进行考评，化解小组的内部矛盾，保障纸桥高效完成。

对纸桥进行测试桥体结构，若作品合格，可让学生准备成果展示与交流。若不符合要求，学生修改设计再次制作，但时间仍为40分钟，时间不足的可课后完成。

3.“纸桥”展示与交流

学生作品展示与交流是项目高潮，介绍项目设计理念、遇到困难及解决方法，有助于学生全面掌握工程技术原理，培养其良好的问题解决能力。教师可鼓励学生借助分析问题、组织语言的形式，充分展示STEAM融合教育理念的优势，这有利于培养学生独立思考、敢于质疑、尊重事实、勇于创新的意识和能力。

学生展示作品，先测量桥拱宽度、桥面宽度、承重能力，后阐述设计理念与活动感受。学生评委参考纸桥评价标准：“桥”能跨越35厘米宽的“峡谷”，宽度大于10厘米，能承载200克重的“车辆”即为合格，其中结构简单、造型美观的可以评为优秀，其余则为不合格。

4.项目评价及评价标准

STEAM教育理念项目式学习采用多维度评价。项目评价除对项目成果进行评价外，还要关注过程性评价。评价内容包括学生表现、科学思维探究能力、小组协作、人际沟通、问题解决等方面。

“纸桥模型”项目实施阶段从三方面评价：（1）服从组长的工作安排，认真完成自己的任务;（2）积极思考，勇于创新，提出探究设计新方案;（3）分工合作，有团队合作意识。优秀成员能服从组长安排，并协助其他组员完成任务，能提出新的质疑及解决方案，团队合作意识强;合格成员基本完成项目任务，有创新意识但无创新成果，有一定的合作意识;不符合以上情况的为不合格成员。

“纸桥模型”项目展示交流评价阶段主要从两个方面进行：（1）现场展示桥梁模型;（2）对他人的项目进行评价并提出建议。制作精美、评价全面、建议中肯的评为优秀项目;制作一般，仅部分评价，但有一定建议的评为合格项目;不符合以上情况的为不合格项目。

结 语

教师应利用STEAM教育全面提升学生的综合素质。将项目式学习融入小学高年级科学教学，使学生通过项目学习掌握工程技术知识。项目式学习强调“在做中学”，注重学生研究型学习的实践，能有效提高学生的创新能力和操作能力。笔者相信，随着STAEM融合教育在项目式学习中的发展，其必将给传统教学注入生机。

[参考文献]

吴忭，王戈，盛海曦.认知网络分析法：STEM教育中的学习评价新思路[J].远程教育杂志，2018（06）：3.

基金项目：本文系苏州市吴江区第八批学年课题“STEAM教育理念下小学高年级科学课项目式学习的设计与应用研究”（立项号：0819YXZ0692）的成果。

作者简介：陈玲娟（1986.10—），女，江苏苏州人，硕士研究生，二级教师，研究方向：科学项目式学习。