迭代设计在STEAM课程当中的作用研究
2019-04-08杜莹
杜莹
STEAM教育将科学、技术、工程、数学和艺术等整合在一起，强调对知识的应用和对学科之间关系的关注。促进各学段STEAM教育目标和内容的有效衔接，打通学生成长关节，疏通学生学习渠道，融通学生学习内容。在STEAM 教育中，学生需要不断地评估自身的兴趣点、经验和才能，通过基于现实的项目，在深度和广度上应用跨学科的知识和技能。
一、研究背景
近几年，STEAM 教育正在我国快速兴起，学校、科研院所、社会机构、企业公司等共同发力，推动了STEAM 教育实践、理论和政策的发展。各学校积极探索STEAM教育推进方式，开展中小学STEAM课程体系、专用空间、评价方式等方面的尝试。
二、课例分析：《制作污水处理器》的设计与实践
水是地球上分布最广泛的一种物质， 它存在于大气和地壳中， 是动植物生命体的重要组成部分。水是人类维系生命的营养素， 它与阳光、空气一样是生命之源，是人类赖以生存的资源。本主题来源于《义务教育小学科学课程标准》中地球与宇宙科学领域的两个核心概念和技术与工程领域的两个核心概念，通过设置模拟降雨、制作雨量器、自制污水处理器三个主题任务，在实验探究的基础上，描述雾、雨、雪、露、霜、雹等天气现象形成的原因，知道地球上的水在陆地、海洋及大气之间处于不间断的循环之中。
（一）本项目设定的具体教学目标设定
1.通过制作污水处理器，能够了解材料特性，结合设计思维，用图示方式明确表达自己的设计与想法，培养团队合作意识和与人沟通的能力。
2.通过装置测试活动，能够在测试中检验污水处理器的可行性，在测试之后进行迭代设计，了解材料特性的同时，更换材料顺序，体验探究的乐趣与迭代設计之后带来的成就感。
3.通过展示分享污水处理器，能够在探究过程中反思和改进自己的设计，培养学生勇于探究、不怕失败的科学精神。
（二）本项目的重点难点
针对教学目标，本项目的重难点分别为：
重点：1.探究影响过滤效果的重要因素。2.知道核算成本，合理选择制作污水处理器的材料。3.能够根据材料的特征进行污水处理器的设计与制作。
难点：1.了解材料与排列顺序会影响污水处理器的净水效果。2.合理选择材料并创造性地应用于设计与制作。
（三）教学准备
1.教学环境。为学生提供小组合作式实验室。
2.教学用具。在教具方面，用到的主要有电子书包、交互大屏；在学具方面，学生主要用到纱布、棉花、牛皮纸等多种制作材料。
（四）教学流程
1.发布项目
根据教学要求，教师自然、水到渠成地引入新课，揭示课题。创设问题情境，激起学生的探究欲望，又能引起学生对污水处理器的关心，起到“聚焦”作用。
2.设计与选材
为使探究活动呈现出趣味性、综合性和实用性，寓教于实际工程项目的设计、制作中，我们将材料分为基础材料（每组7元固定有安全剪刀、胶带、棉花、吸管和筷子等）；补充材料（每组3元可用于选择购买，有泡沫板、海绵块、塑料袋、绳子、纸杯、筷子、吸管、皮筋等）。
3.实践与测试
①组员分工。明确角色任务与共同任务，发挥特长从而培养责任意识、增强生生互动、提高合作能力。
②勾选材料。学生在设计污水处理器时需要考虑可利用的条件和制约因素，计算成本，从而真正体验工程师的思维过程。
③绘设计图。设计图不仅是学生将设计想法输出的一种常用方式，也是工程实践的重要参考。
④小组合作按照设计图纸制作污水处理器。
4.分享与迭代设计
首先组织小组内讨论，然后再进行全班分享。引导学生实现独立思考、独立总结的过程。教师需要通过做到迭代设计鼓励学生大胆提出自己的想法和建议，在迭代设计环节，学生受到了其他组员的启发，对自己的作品有了新的思考，再次设计时，不仅是结构，还有材料都将进行改变。
5.拓展
这个环节内，教师提供了最先进的污水处理方式阅读资料给学生，从另一层面给学生的迭代设计提供思路，同时，给了学生新的思路，污水处理器，不仅可以利用各种材料的叠加，还可以通过发明新的材料进行制作，为学生树立了创造并改变世界的价值观。
三、课程分析
该项目研究内容充分体现了小学科学标准中三年级学段技术与工程领域的教学目标要求，从材料特性和工程特点，学会识别、选择、合理运用材料以及从经济效益考虑工程设计，而这是组织学生技术与工程领域学习的重要方式。
四、结语
学生往往习惯了寻找正确答案的思维模式，通过创意活动这种没有唯一的解决方案的形式，可以释放学生的想象力、创造力和发散性思维能力，帮助学生认识到在现实活动中解决真实问题的思维方式和在学校中有什么不同，往往没有唯一的答案，只有较优的解决方案，需要跳出固有框架思考，发散思维寻找方法，并不断进行反思。在寻找方法的道路上，一次又一次的改进与尝试，在结合了自己思考与他人建议的基础上，不断进行设计与实践的迭代，在尝试中收获惊喜，在迭代中发散思维，这就是项目式学习的魅力所在。
【作者单位：西安高新国际学校陕西】
