“空气”单元STEAM项目式设计与实施

◇何建红（浙江：湖州市爱山小学教育集团）

小学科学是一门综合性十分突出的学科，其课程内涵与自然科学、技术、工程、环境等认知有着密切的联系。而STEAM 教育是以工程设计为基石，基于项目式学习，学生用他们在科学、技术、工程、艺术、数学各个领域的知识来解决真实世界中有意义的问题，同时也加强了学生团队协作、与同伴沟通、解决问题、自主学习的能力。因此小学科学课程与STEAM 教育理念，具有较强的适合度。作为一线科学教师，需要对教材资源进行整合、对教学引导方式进行优化、对学科训练进行升级，为学生创建STEAM 活动项目，以提升学生的科学核心素养。本文通过梳理教材，挖掘能整合成项目的课程内容，以教科版科学三上“空气”单元为例，构建STEAM 项目式活动，而后落实在具体的课程教学中，通过搭建各种平台，充分开发和实施STEAM 项目的课程内容。

一、扎根教材，融合理念

在今天科技教育的大环境下，STEAM 项目式活动在各个领域蓬勃开展。不仅仅在校内搭建教育平台、学生开展学习项目、校本课程开发应用等方面都取得了一定的业绩和成果，随着学校STEAM 教育的发展，在校外也不断涌现出乐高、机器人、信息技术等STEAM 项目活动。由此看来，STEAM 项目式教育是当前科学教育界教学改革的方向和必然趋势。笔者梳理了现行的科学教材，发现不少STEAM 教学理念的影子，特别是新改版的教科版科学，几乎每个单元都安排有项目式课程，如，三年级下册的《我们的过山车》、五年级下册的《设计我们的小船》、六年级下册的《搭建塔台》等。这些课程都或多或少地涉及技术、工程和数学的问题，从贴近学生的生活情境出发，从现实的生活中发现科学问题，引导学生通过观察探寻，然后设计搭建、检测评价、改进完善。通过这一系列的项目活动，促进学生在解决问题中学习科学知识，加强学生对各学科知识的融合与联系，提高学生的创新能力和动手操作能力，从而提升学生的综合核心素养。因此，将STEAM 五要素融入小学科学，理念上进行整合统一，在教学活动的过程中培养学生善于观察、勇于探索的科学态度和创造精神，是STEAM 教育理念和小学科学课程整合的核心价值，两者是相辅相成的。这样的尝试不仅是对小学科学教育模式的一次创新，更是对STEAM 教育能提升学生综合素养的一种认可。

二、打破框架，重组项目

在谋求统一的同时，我们也要清醒地认识到：现在使用的教科版小学科学教材在内容方面囊括物质世界、生命世界、宇宙以及科学、技术与工程的相关知识。相较于最早的教学强调“是什么”，现阶段的教学也注重“为什么”“做什么”的探究任务，但它还是不能完全满足STEAM 教育“如何做”的实际需求。我们在教学活动中更多关注学生在课题上的思考与表达，却很难关注学生综合应用能力的培养。而科学教材的编排也是每个单元对应于一个学科领域，教师在开展STEAM 活动设计时，或多或少会受到学科和内容的限制。

要将两者完美融合，必须打破原有的科学教材框架体系的壁垒，对原有的课程安排进行架构重组，通过调整合编等方式，把科学知识体系拓展成一个各科综合的统一整体，在科学与现实生活之间建立联系，在科学与其他学科之间建立联系，让学生在项目活动中体会“生活即科学”的真谛。学生在课堂上互相讨论、分组合作，不断拓展自己的知识储备，教学过程也变得更加丰富有趣，可操作性更强，以此培养学生的实践创新能力和团队合作的综合素养。当然，教材的编排要以学情为基础，针对不同阶段学生的思维方式，选择不同的教学手段。例如，新教科版三上“空气”单元，笔者尝试加以改编对比。如图：

以其中的《压缩空气》一课为例，具体的实施过程如文后附表。

三、搭建平台，开发实施

基于科学课课时的有限，架构重组后的“玩转空气”STEAM 项目式活动不能全部在科学课堂上开展，所以我们科学教师要充分挖掘其他可利用的时间，搭建有效平台，给学生提供更多的活动空间和时间。

教师可以搭建班级平台，积极开发利用教材资源。比如，在上《压缩空气》这一课的时候，就让学生利用课余时间先制作针筒气枪，然后尝试用不同的材料去做子弹，在小组内先选出射得又远又准的针筒气枪。在科学课堂上，学生按照组别，把选好的针筒放在展台上展示，每个作品都配备一名讲解员现场讲解。其他的学生互动交流，及时点评和发表意见。学生在这次活动中不单学到了课本中的知识，还培养了自学课外知识、动手操作等综合能力。

科学教师也可以充分利用每周的缤纷社团课，每学期可以研究3 个STEAM 项目的内容。例如，在三年级的社团课上，学生可以在制作“橘子皮气枪”的STEAM 项目中，认识到橘子皮、橙子皮、柚子皮质地的不同都会影响气枪的射程和准度。在模型热气球的试飞过程中，学生可以不断尝试蜡烛的大小重量和正确放飞的手法。学生在实践活动中切实体会到热气球从制作到飞行整个过程的不易，也能充分感受到科技的力量。利用学校的科技节，举办“制造大风”的创意比赛。前期学生查找大量的相关资料，了解风形成的原理，并把所学的科学知识和工程设计思想融入其中，认真分析和研究每一种材料的可行性、实用性和创新性。学生最后选择的材料让人意想不到，只能感叹学生的想象力真是无穷的。

平台的搭建给学生提供了施展才干的空间，STEAM 科学教育理念给学生提供了学习的动力。在STEAM 理念的引领下，把教学与实际充分融合，完善STEAM 课程，丰富课程资源。这不仅能促使学生养成创新精神和实践能力，也能促使教师伴随着课程建设而共同成长。

STEAM 教育倡导跨学科教育，注重对学生创新能力、解决问题能力的培养。本文以原小学科学教材为基点，打破现行科学课程知识体系，建构了适用于小学校园开展的STEAM 项目活动，并依据案例在校内进行了应用实践。

附表课例实施过程《压缩空气》【教学目标】科学概念：1．知道空气占有一定的空间，占据的空间可被压缩。2．知道压缩的空气是有弹性的，会产生弹力。科学探究：1．会使用对比实验的方法，进行观察。2．会运用绘画等形式记录实验结果。科学态度：1．在科学事实的基础上进行预测和解释。2．体会多次实验能提高实验结果的可信度。科学技术、社会与环境：1．了解科技对生活的影响，压缩的空气可以制成救援的气垫、玩具气枪等。2．了解人的需求是影响科技发展的关键因素。【教学准备】注射器、活动手册、记录纸【教学过程】一、聚焦：揭示课题1．出示气泡图，提问回顾。2．过渡：今天我们将继续来研究空气的另外特征。二、探究：空气能否被压缩1．演示用注射器推拉活塞。问题：空气能不能压缩？压缩的程度怎么样？2．如果把空气换成同样多的水呢？再预测。3．学生感受空气能否被压缩。三、研讨：发现以及解释原因1．学生交流，小结：空气可以被压缩，压缩的空气有弹性。2．为什么空气容易被压缩呢？3．教师解释：模拟空气微粒的运动，解释原因。四、拓展：知识应用1．补充单元气泡图。2．空气压缩在生活中的应用。3．小游戏：空气压缩枪。《我们的橘皮气枪》【教学目标】科学（S）1．知道空气占有一定的空间，占据的空间可被压缩。2．知道压缩的空气是有弹性的，会产生弹力。技术（T）1．掌握调节空气弹力大小的方法，并以此调节气枪射程的远近。2．能通过不同材料的介入，对橘皮气枪进行改进，使其射击距离更远。工程（E）1．能按照设计图纸完成橘皮气枪的改造。2．学会测试橘皮气枪的效果并进行最优化设计。艺术（A）1．提升学生的审美能力，气枪设计图需要美观、科学、合理。2．培养学生准确的语言表达能力。数学（M）测量射程远近，并统计数据。【教学准备】注射器、橘子皮、柚子皮、橙子皮、记录纸【教学过程】一、认识、了解空气压缩在生活中的应用。提问:你能用注射器和橘皮做个玩具吗？二、讨论、设计1．学生讨论交流：做一个橘皮气枪。2．制定设计方案，画好设计图纸。三、阐述、制作images/BZ_70_1596_2258_1912_2510.png1．各小组阐述设计方案。2．评价，完善设计图。3．领取材料，分工制作。4．组内测试效果。（安全提醒：枪口不可对着同伴）四、班级展示、评比1．各小组选取2个作品进行展示评比。2．优秀作品介绍交流制作心得。五、拓展提升观看“气钉枪”的视频，了解它的工作原理。融合新生在这样的项目设计中，STEAM 教育理念与小学科学实现了教学实践的重组，两者相辅相成，一个作为理论基础，一个运用于实践，在提高学生问题解决能力的同时，形成新的STEAM项目。

实践证明，依据新教科版小学科学课程标准重构的STEAM 项目活动，不仅能提升学生综合能力，也促进了STEAM 教育在学校的推广普及，效果明显。当然，这样的课程结构重新整合不是某个教师或某个教研组所能解决的事情，它需要更多教育同行的努力，在STEAM 教育理念下，带来新的教学方式、新的课程编排，让学生整体素养得到更好提升。