小学科学融入STEAM理念的设计与实践探究

张光全

[摘    要]小学科学是一门对学生进行科学启蒙教育的重要学科，在培养学生创造性思维能力方面起着举足轻重的作用。STEAM 教育是科学、技术、工程、艺术、数学五门学科的相互融合。STEAM 教育理念具有跨学科性、情境性、实践性、合作性、艺术性的特点。基于STEAM理念的小学科学教学活动分为五个阶段：明确问题、技能支持、原型设计、作品改进，评价与反思。本文以小学科学“神奇的保温杯”为例，阐述基于 STEAM教育理念的小学科学教学设计具体包括：明确目标阶段、技能阶段、原型设计阶段、作品改进阶段、评价反思阶段五个阶段。同时，阐述了制作实践即创设情境，明确问题；技能支持，定义问题；引导思考，原型设计；效果检验，作品改进；作品展示，评价反思五大环节。以STEAM理念为基础，进行小学科学教学使学生的跨学科思维水平有了很大的提升，综合解决问题的能力显著增强。

[关键词] STEAM理念；小学科学；实践

一、STEAM教育理念的基本内涵

STEAM 教育是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）五门学科的相互融合。STEAM素养包括科学素养、技术素养、工程素养、艺术素养和数学素养。STEAM教育非常注重人的终生教育，强调学生在面对实际问题时，应具备科学、技术、工程、艺术等多学科综合知识。STEAM教育对于学生的实践能力的培养要远远超过传统教学，它为学生提供了一种全新的教学模式，可以让学生去做自己感兴趣的事，或解决他们生活中遇到的具体问题。STEAM体现了从以标准化测试成绩为导向的传统教育转向以评估学习过程与成果为导向的现代化教育理念。STEAM理念的实质是：允许学生犯错误，提倡学生主动探索实践，鼓励学生表达不同的观点，目的在于为学生建立未来现实生活的知识库，而不只是为了应付考试。STEAM教育在“大众创新”的大环境下，强化学习领域间的联系与交叉，发展和培养学生的创造性。

二、基于 STEAM 教育理念的小学科学教学设计模型构建

（一）STEAM 教育理念特点

1.跨学科性

STEAM的主要特征是跨学科性。STEAM教育一般是围绕一个特定的问题或任务来进行的，通过提出问题、探究、创作、评价等任务，将科学、技术、工程、数学、艺术等学科的知识结合起来，应用于问题，从而使问题得到全面、系统地分析和解决。

2.情境性

STEAM教学是一种情境化的教学，它重视创造现实的生活情境，以实际问题或项目任务为基础，积极探索。通过情景式问题的求解，不但可以让学生掌握多个领域的知识，而且可以帮助他们理解多个领域的综合知识，提高他们在现实生活中运用所学的知识的能力。

3.实践性

STEAM的教育理念是基于项目和问题的学习，STEAM教育常常是以特定的问题为中心，通过动手操作、动脑思考的探究活动，使抽象知识具体化，增强学生对于问题的探究意识，发展创造性思维。STEAM教学注重动手和动脑的探究实践，学生可以在这个过程中掌握科学的知识和技巧，并把它运用到实际问题的解决上。

4.合作性

STEAM教学中，注重团队协作式的探究活动，在团队成员的交流中，思维的碰撞，更能调动学生的积极性和创造性，增强学生的学习动力和合作意识。

5.艺术性

STEAM的“A”并不是指音、体、美等艺术科目，它还包括了文化修养，比如对传统服装的审美意识、对国粹京剧的鉴赏等。STEAM的教学思想是强调将学生的人文、风俗、审美、社会等方面的知识和技能结合起来。此外，在对 STEAM作品进行评价时，还应将人文与艺术评价相结合，以促进学生的人文素质和审美能力的提高。

（二）STEAM 理念下小学科学教学模式

笔者从教学设计基本原理出发，结合教学设计的整体过程，设计了STEAM 理念下小学科学教学模式，如图1所示。对基于STEAM理念的小学科学教学活动分为五个阶段：明确问题——定义问题（技能支持）——原型设计——作品改进——评价测试。

1.明确问题

问题是教育活动的起点和终极目的。真实的情景可以帮助问题的解决，同时也可以建立移情意识，培养学生的求知欲。本部分采用了以任务为导向的教学方式，使学生明确具体目标。

2.技能支持

在正式开始制作之前，教师要引导学生制定实施方案，可以利用“头脑风暴法”发散思维方式，收集学生的想法，在“智慧共筹”模式下，利用思维导图对项目进行初步的规划。教师应根据学生的具体情况，对其进行恰当的引导，使学生进行深入的思考。

3.原型设计

原型设计阶段是指用草图、做模型等方法来表达自己想法的过程。要对不同人所表达的不同意见进行分析和总结，并形成一个最终方案。此阶段的目标不在于得到最终的解决方案，而在于激发创意，培养学生的批判性思考能力。这个过程是一个不断建立模型、测试、改进模型的循环往复的过程，最后得到最佳的解决方案。

4.作品改进

在这个阶段，学生对所做的作品进行检验，并根据实验记录得出结论。在首次试验之后，再与其他团队进行认真比较，进一步完善原型，然后对两个实验结果进行比较，使作品的制作更加完美。最后，教师安排学生进行报告。通过比较两种方法的结果，改进作品。在这个过程中，教师扮演着评价者的角色，而学生扮演对作品进行分析和改进的检验者和执行者的角色。

5.评价与反思

STEAM 教育理念以解决现实问题为焦点，关注学习的过程，强调基礎知识的灵活运用，因此，STEAM 教育理念下的评价方式采用过程性评价和成果评价相结合的方式。过程评价部分主要评价学生草图绘制是否标准美观、测量是否准确、学生在课上是否表现良好；成果评价部分主要考查学生最终的作品。主要通过小组内学生之间相互评价、不同小组的组间评价、教师评价等方法。通过教学评价的结果反馈出本次课的教学效果，学生存在的问题，从而使教师及时发现教学中的不足，调整教学策略。

三、基于 STEAM 教育理念的小学科学教学设计与实践

笔者以小学科学“神奇的保温杯”为例，阐述基于 STEAM教育理念的小学科学教学设计模式和教学过程的实施。具体流程的设计如下：

（一）基于 STEAM 教育理念的“我的保温杯”教学设计

1.明确目标阶段

教师组织学生完成“我的保温杯”调查问卷，主要了解学生保温杯的使用情况，在用保温杯的过程中是否发现了问题，对自己的保温杯有哪些不满意的地方，或者哪些设计不合理。学生通过互联网搜集和实地考察等方式获取保温杯的知识，弄清当前所了解的情况与实际要处理的特定问题的差距，并最后确定要解决的问题。

2.技能阶段

首先，教师可以运用发散思维的“头脑风暴”收集学生的创意，重点在制作保温杯时应注意的一些问题。其次，利用希沃白板对保温杯的历史、原理、造型、功能、材料等进行阐述，使学生了解到保温杯的发明与人类的生活息息相关。同时，保温杯的形状也是一个时代和技术进步的标志。因此，在制作保温杯时，学生会根据不同的目标，设计出不同的形状和用途的保温杯。比如，为儿童准备的保温杯，其外形设计为“小猪佩奇”和“冰雪奇缘”；对长期在外喝茶的使用者，需要考虑将开水和茶叶分开；针对高中生喜欢简约方便的要求，在外观和功能的设计上都要考虑充分。在学生确定了自己“制作保温杯”的基本思路，并对设计思路进行了完善和改进后，就可以制订相应的设计方案。

3.原型设计阶段

当学生了解保温杯的相关知识，并制订了具体的设计方案后，他们就会进入专心创作的阶段。学生将参照绘制好产品设计方案，进行产品的制作。学生制作的第一件作品往往达不到理想的效果，教师可以在教学中对不合理的地方进行指导，并鼓励学生主动参与，有耐心地制作。此时，学生可以在“我是小小设计师——魔法保温杯”的科学作业清单中，辅以教师恰当的语言指导，完成保温杯的初稿。

4.作品改进阶段

学生在做好保温杯样品后，要检查保温杯的保温效果。这时，学生要用教师的“保温效果记录表”来记录保温效果，并记录保温杯在5分钟之内的每一分钟的温度变化。在对保温效果进行测试之后，计算出保温杯的保温效果，再参考其他团队的数据，得出结论，如果有问题，思考需要怎样改进才能提高保温效果。在完成了保温杯原型后，进行保温效果的第二次试验，并对两次试验结果进行对比，改进保温杯的原型。

5.评价反思阶段

将设计思想融入 STEAM教学中，需要学生全面地表现自己，这种评价不仅仅是对教学过程的总结和评价，它还贯穿整个教学活动，并以一种灵活的形式在整个教学活动中渗透，不受时间的限制。评价的方式有学生自我评价、组内评价，教师评价，其中教师评价需要贯穿于整个教学过程。

（二）基于 STEAM 教育理念的“我的保温杯”制作实践

1.创设情境，明确问题

教师首先播放一则保温杯的创意视频广告，让学生们分组讨论他们看见了什么？为什么杯子里的小金鱼会“死而复生”？这里面到底蕴含了哪些科学知识？接下来，由每小组的代表向学生汇报他们的观点。教师让学生把自己的保温杯放在桌子上，仔细地观察保温杯，认真填写“我的保温杯”问卷，以了解学生使用的保温杯的品牌、容积、材质等。教师接着让学生思考自己“理想”的保温杯是什么样子的，并把事先准备好的A4纸分发给学生，让他们根据自己的想法来设计保温杯。

2.技能支持，定義问题

教师引导学生先观察自己的保温杯，了解保温杯的结构、功能、材质等，然后，以“智慧共筹”的方式，组织学生对“保温杯”进行深度的发散思考。每个小组派出一名代表，在希沃的“视频展台”上，向其他小组展示自己团队设计的作品，由其他小组成员进行评价，并填写购买意愿单。

3.引导思考，原型设计

教师组织学生完成“我是一个小设计师——魔力保温杯”的创作记录，并引导学生正确地运用三视图，用三个视角展示自己设计的保温杯，并标明名称，尺寸和材料。还有，要写明做保温杯的原材料，如：有盖子的漂流瓶，温度计，锡纸，皮筋，毛巾，用来装饰保温杯的材料等。

4.效果检验，作品改进

根据所画的草图，学生进行了设计。利用教师提供的保温材料，开始做一个保温杯，并进行两次保温效果的测试。从以往的经验来看，学生首次做保温杯保温效果不佳，因此，教师要针对具体情况，对各个小组进行指导。但是这种引导式的指导并不是简单的给学生讲解，而是要让学生自己去摸索，看看哪个部位是散热的，保温效果是不是很好。在此期间，学生应做两份保温记录，对比保温效果。教师要使学生理解产品的设计要求，并引导他们撰写关于保温杯的产品使用说明。最后，学生将各自的作品进行分组表演，并由学生代表介绍他们所设计的保温杯的制作方法及保温效果。

5.作品展示，评价反思

以 STEAM教育理念为基础的小学科学教学应该以学生为中心，充分发挥学生的主体作用，坚持过程评价与总结评价相结合，发挥各自的优势，注重学生有意义的学习体验。以 STEAM理念为核心的教学，不仅要注重对学生显性收获的评价，还要注重对其隐性能力的培养。教师要根据所制订的评价准则，对所产生的作品进行客观、全面的评价。在培养学生的能力方面，还应采用适当的评价手段，如问卷调查、访谈等。以 STEAM教学思想为基础的小学科学评价计划见表1。

通过对实验结果的分析发现，以 STEAM为基础的小学科学教学突出了学生的主体地位，激发了学生的学习兴趣，并将其作为一个生长点，与现实生活相联系，以“做中学”的形式，把它和现实生活结合起来，使学生得到全面的发展。

参考文献：

[1]赵慧臣，陆晓婷.开展STEAM教育，提高学生创新能力——访美国STEAM教育知名学者格雷特·亚克门教授[J].开放教育研究， 2016，22（5）：7.

[2] 李燕.STEAM教育理念下小学科学教学中的工程思维培养[J].福建教育学院学报，2021， 22（10）：3.

（责任编辑：姜波）