践行STEAM教育 玩转孔明锁

杨颖

【摘 要】在STEAM理念的影响推动下，各地纷纷开展了一系列的活动和拓展性课程，但教师很少关注与STEAM理念要求的对接。近两年来，“孔明锁”作为我校科学拓展性课程，在课程开设过程中我们利用探索引导、自制创新、多元评价等方法，从孔明锁的拆拼方法、创意玩法、参赛实践三个方面来介绍孔明锁，从而达到激發学生好奇心，驱动内驱力，同时提升学生的实践能力，培养学生创新精神的目的。

【关键词】STEAM；实践创新；孔明锁

【中图分类号】G623.6【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2018）24-0138-02

STEAM教育是一种集科学、技术、工程、艺术和数学多学科融合的综合教育。STEAM是一种重实践的超学科教育概念。任何事情的成功都不只依靠某一种能力的实现，而是需要借于多种能力，在新一轮的职业技能转型中，人们发现科学、技术、工程、艺术和数学领域的联系已经越来越紧密，这些学科间不是孤立存在的，而是相互交叉融合发展的。所以单一技能的运用已经无法支撑未来人才的发展，未来我们需要的是多方面的综合型人才，从而探索出STEAM教育理念。“孔明锁”科学拓展性课程的设计就渗透了STEAM教育理念和2017版科学新课程标准的要求。孔明锁的教学始终遵循从易到难、从简到繁、从扶到放的规律进行有序的教学。下面我以“孔明锁”为载体，例谈运用STEAM理念开发、实践《玩转孔明锁》课程的几点策略。

一、玩中学——激发好奇心，驱动内驱力

小学科学新课程标准指出：小学生对周围世界具有强烈的好奇心和求知欲，这种好奇心和求知欲是推动学生科学学习的内在动力，对其终身发展具有重要的作用......我们知道小学阶段好奇心对学生的认知发展能力的促进、想象力的激发和探究欲望的满足等方面都起到非常关键的作用。所以我们应该要保护好孩子们的好奇心，在“孔明锁”的教学中我们利用自主探索、适时引导、研读图纸、巧播视频等多种方法来激发学生们的好奇心，驱动内驱力。

1.自主探索，找准要点。

“靠探索学得知识的人与靠别人教授而学到知识的人相比，前者具有七倍的学习技巧。”我们知道小学4-6年级学生已经具备一定程度的独立思考以及与他人合作的能力。此阶段孩子的自我意识不断增强，没有幼儿期那么依赖老师，遇到问题也不愿意积极主动向老师求助，而更愿意自主探索。所以也是教师由“扶”到“放”的最佳时机。在社团座位安排上，将学生按实践动手能强弱相间而坐。这样方便“生生探讨”从而达到“生生互助”目的。

在《三通》较简单的孔明锁教学中，先让学生仔细观察各部分构造进行自主探索。学生拿到孔明锁后有些会先研究起来，看看各部位构造，再试图用“推”或“抽”等方法进行尝试，这部分同学往往容易先成功。而拿到材料就拆的同学往往不得要领，费力地拉扯企图将各个部件拉开。当有一部分同学已经成功时，这时会激发起其它学生的好奇心，有些学生就会去其它组“偷师”，在保证课堂纪律的情况下，老师不应该制止孩子的这种行为，因为这在一定程度上反应了孩子会相互借鉴，而不是一味地“闭门造车”。偷师是思维的启迪和碰撞，等同于组间的交流。孩子们在观察的同时也在反思自己没有找到关键的要点，自主探索地同时结合组间的交流，能更快地找准要点，只要找准关键点，孔明锁就容易拆散。而且生生之间的互动也大大提高了课堂效率。

2.适时引导，突破难点。

在新课改中，教师的角色重新被定义为学生学习的合作者和引导者，学习活动的参与者。学生在学习的过程中和教师地位是平等的地位，但从知识层面来讲教师仍然是学生的指导者，学生的主观能动性需要教师适时地进行科学引导，这样才能使学生提高学习能力，增强知识。下面以《六片拼》为例，突出教师的引导作用。

《六片拼》教学片段：

师：将拆散的孔明锁进行比较，你是怎么做的？你发现了什么？

生1：我们组将六块木片依次排开，其中五块木片一样，另外一块边缘边有个小缺口。

师：观察得很仔细，除了这个，同学们对另外五块木片还有其他发现吗？

生2：剩下的五片也不完全一样，其中一片内部凹槽短一点。

师：你也很会观察，我们发现四块是一样，两块不一样，一块有凸出，一块有凹进去，凸出部分叫榫；凹进部分叫卯，两个组合在一起就能做到严丝密合。

通过提问的方式引导学生学会排序观察归类，找出规律认识榫和卯，将孔明锁按一定的顺序进行排序来降低拼装难度（如图1、图2），先将前面四块一样的木片做成“#”字形，最后将多出的一块对准小凹槽，有必要的话还可以进行亲身示范，放慢速度让孩子跟着学做一遍来加深印象。

3.研读图纸，构建空间。

随着新课程改革的不断推进，小学科学课程目标中明确指出要发展学生的思维能力，且空间与图形的建构也被加入到小学的数学教程中，由于小学生的抽象思维能力还没有成熟，需要在老师的引导下，根据自身已经产生的生活经验，对空间几何有一个大致的了解，了解一些基础的几何图形。因此在教学过程中培养学生对图形结构的认知和研读能力显得尤为重要。

我通过让小组自由选择研究对象，力求体现以“学生为本，学为中心”的一个最基本的理念，学生在探讨过程中无法拆散的复杂孔明锁，可以申请看图纸，面对中高段学生，对学有难度的小组给予适当的图片辅助，可以更好地帮助他们建构空间。（如图3、图4）。图纸主要由两部分组成，第一部分为每根孔明锁的立体图形和排列顺序，第二部分为具体拼装的步骤。看懂图纸建立在仔细观察每根孔明锁的构造上，它融入了数学的空间想象能力和建模知识，因为我们提供的是组装图示，所以拆的过程中学生还要学会逆向思维，只要取出最后一根孔明锁那么整个孔明锁将不攻自破，自动散架。所以学会研读图纸来拼装孔明锁对于网络电脑和智能手机还未完全普及的半山区孩子来说起着关键的辅助作用。

4.巧播视频，激发兴趣。

多媒体微视频教学具有形象直观、重复再现、远近、大小、快慢、动静都可调节的作用。采用多媒体视频教学，学生们能看到想看而看不到的现象，以此激发学生兴趣，提高课堂效率。孔明锁视频教学将要传授给学生的关键技能、知识要点等内容提前制作成视频的形式，来辅助现代化多媒体教学。它能够更加形象生动的展现出在课堂上无法现场操作的内容，同时又真实的记录了教学的内容，方便学生能够随时随地反复学习和巩固，是我们现代化教学中必不可少的辅助工具。视频教学在很大程度上培养了学生的学习兴趣和学习动机，学生往往在主动的观看教学视频时，潜移默化地增强了自主学习的能力。根据孩子实际的年龄和遗忘规律，结合孩子的空间认知能力，学生看一遍就能操作的概率非常小，所以在操作过程中采用视频循环播放的方式，让学生可以反复看，反复模拟练习，获得最大的教学效果，这些都是现场教学所无法达到的效果。

二、学中创——提升实践能力，培养创新精神

实践创新主要包括劳动意识，问题解决和技术应用三个方面。即理解技术与人类文明的有机联系，具有掌握技术的兴趣和意愿，具有工程思维能将创意和方案转化为有形物品或者对已有物品进行改进和优化。在孔明锁的拼装过程中，随着熟练程度地不断增加，孩子们已经不甘于这种重复机械地练习，他们在实践的过程中开始进行创新玩法，玩出了自己的创意和智慧，淋漓尽致地诠释了“玩中学”“玩中创”的理念，这一过程中也提升了学生的实践能力，培养了创新精神。

1.融入色彩，降低难度。

我们知道小学阶段学生最喜欢借助五彩斑斓的色彩，来描绘自己眼中的世界。因此在教学中要着力培养学生对色彩的审视能力和对色彩的敏感性。小学生活泼好动，描绘色彩是他们的兴趣所在，在孔明锁教学中融入色彩，既可以发挥兴趣的魔力，又可以使学生在孔明锁学习中提高学习效率。

在孔明锁的《创意玩法》一课中，我融入了色彩的教学，与美术课程完美融合，将一个原木色的孔明球（图5）按照一定的规律进行着色，例如将内部构造一样的弧形木片涂上同一种色彩（图6），或者六个弧形木片每个都着不一样的色彩，这样大大提高了孔明球各个部位的辨识度，从而降低拼装的难度。每个孩子做出来的作品都是孤品，都是唯一。这在很大程度上激发了他们创作的兴趣和灵感。小學生对颜色很敏感，最是喜欢色彩斑斓的世界，给孔明锁着色融入了美术课程给孩子枯燥机械的练习增加了很多的乐趣，激发了孩子绘画的兴趣，同时还降低了拼装的难度，一举两得。

2.翻转角度，衍生花式。

空间想象力是人们对客观事物的空间形式（空间几何形体）进行观察、分析、认知的抽象思维能力，它包含的内容较广泛，孔明锁教学中的翻转角度实质是对头脑中已有的空间几何形体进行分解、组合，产生新的空间几何形体，并正确分析其位置关系和数量关系。虽然培养学生的空间想象力是中学数学教学的主要任务和难点，但小学数学和小学科学阶段学生均已经接触过立体几何，所以不算超纲学习。

同样以“孔明球”为例，学生在拼装的过程中，除了能熟练的将“孔明球”按规定的模型拼装好后，还会在此基础上进行角度翻转。如下图7是正规版，图8、图9均为学生进行创新后的新型孔明锁。其中图8只翻转下面一根的半圆孔明锁180°，很像哆啦A梦，于是将它命名为“机器猫”，图9将所有的半圆全部向外翻转180°，乍看像一团熊熊燃烧的火球，于是把它取名为“火球”。虽然只是一个小小的举动和改变，但是最后呈现出来的作品和他们赋予作品新的名字，新的活力和生命，不得不让我们感慨孩子的创意无限。

3.另辟溪路，齐达终点。

俗话说：“条条道路通罗马。”本意是指做成一件事的方法不只一种，换而言之要达到同一目的可以有多种不同的方法和途径。同样它也适用在孔明锁的拼装上，随着孩子们不断地研究发现每种孔明锁都有多种的拼装方法。在用多种方法来拼装孔明锁的同时实质上也是孩子思维发散的过程。

例如《神龙摆尾》的教学中，让孩子先仔细观察孔明锁没拆开时的特点，然后分别观察两端孔明锁组合的方式，一端是333组合，一端是323组合，一开始全班挑战323这端，从一开始对同一种方法的反复模仿（图10），枯燥机械的练习从生疏到熟练，再到后来自由探索，另辟溪路，无疑给乏味的练习中添加了无限的生机，当333这端挑战成功探索出新方法（图11）时再也掩饰不住孩子脸上的笑靥和欣喜若狂的心情，真是“山穷水复疑无路，柳暗花明又一村”！在这一过程中孩子们的思维得到了进一步发展，创新能力也在不断提升。

4.自制加工，迸发创意。

校外课程资源包含了乡土资源、家庭资源等。我们知道随着课程资源发展趋势的改变，学生所处的社会环境和自然环境都可以成为学习探究的对象，成为学习的“课堂”。自制孔明锁的增设，是根据括苍镇特殊的企业结构结合学校周边实际情况，发现周边有不少锯木加工厂，甚至部分学生家里就以加工木材和竹子为生计的，利用这一特有资源，以培养使用简单的工具为目的，来制作三根或者六根简单的孔明锁。此活动中我们增加了工程与技术的环节，让学生自己像工程师一样利用（STEM）科学、技术、工程和数学领域中的知识，经历观察、测量、画图、计算、使用简单工具动手操作，再修改，再操作的过程。

下面以自制《三根孔明锁》为例，一般包括以下几个步骤：

（1）画线：材料准备：尺子、橡皮、铅笔，要求：精确。

（2）锯：材料准备：锯子、固定夹，要求：贴近线的内侧锯，保留线，锯片保持要垂直。

（3）凿：材料准备：凿刀、小铁锤，要求：把锯好木板的中间部分凿去，凿时凿刀保持垂直。

（4）锉：材料准备：不同型号的锉刀，要求：将凿好的凹槽部位进行修改，可将方形的凹槽打磨成圆形。

（5）组合：根据示意图按步骤进行组装，如果某些部位卡住不能组合，则继续锉继续打磨，再组合直至能刚好拼装为止。

将上述的操作过程用流程图概括如下：

两年来，“孔明锁”作为我校科学拓展性课程，一方面丰富了学生的课程内容和课余生活，一定程度上减少了与手机、电脑等电子产品接触的频率。另一方面在教学中通过探索引导拼装孔明锁来激发学生好奇心，驱动内驱力使学生学会学习，通过自制创新孔明锁来培养学生的创新精神，通过参赛实践来提升学生的实践能力，从而达到玩中学，学中创的目的。我们坚信，随着新课程改革的深入及越来越多学生的参与，孔明锁的这种益智玩具将会在科学拓展课程上陪伴越来越多孩子的童年。

参考文献

[1]王文峰.多种孔明锁的设计与制作[J].发明与创新，2014，（第C1期）.

[2]教育部.义务教育小学科学课程标准.北京师范大学出版社，2017.