Steam教育理念下的科学拓展性课程改进策略

陈夏

摘 要：Steam教育理念指导下的科学拓展性课程不但能提高学生的科学素养，还能解决多学科融合的复杂问题。用Steam理念改进拓展性课程需要注意通过创设情景明确任务，注重多学科知识的融合，在项目和问题驱动的学习方式下，学生学习方式转变为主动学习和模仿，方案设计和产品要不断改进和打磨，最后要注意解决方式的多样性和评价方式的多元化。

关键词：Steam教育理念;科学素养;解决方式

在以往的科学拓展性课程中，我们主要立足于科学教材，动用校内外资源，为学生打造一个开展课外实验的平台，以达到提高学生科学素养的目的。在活动开展的过程中，我发现要解决生活中的问题常常需要用到除科学以外的其他知识。于是在接触了Steam教育理念以后，我萌发了用Steam教育理念改进拓展性课程的想法，并做了一些尝试。

鸡蛋撞地球是初见于20世纪80年代英国科促会青少年部组织的青少年科技活动，利用生鸡蛋、降落伞材料、缓冲包装材料等制作装置使鸡蛋撞地而不碎。后由香港数理教育学会的老师引入香港并在中小学生中开展;至90年代初，上海中国福利会少年宫将其进一步改进，并在上海青少年中组织开展，受到青少年的欢迎;其后，广州物理教学研究会的老师又在广州组织青少年进行“鸡蛋撞地球”比赛，吸引了众多青少年爱好者参加。至此，鸡蛋撞地球活动就常见于各类学校的第二课堂。我校也曾将作为科技节活动的一个评比项目。其具体做法是：直接告知实验规则，设计并制作一个保护装置，要求生鸡蛋从高空（教学楼四楼）扔下不破，且落在投放位置。材料自选，自己动手制作成品，于规定日带回学校比赛。

为了将这一活动设计成符合Steam教育理念的拓展课，我将活动的开展方式调整如下：

一、巧设情景，抛出问题

在鸡蛋撞地球的活动中，我截取了一段电影片段，宇航员乘坐太空舱返回地球，让学生直观感受到这是一个高速的、不断和大气摩擦的、惊险历程。接下来展示杨利伟返回地球的首张照片，增强代入感，抛出问题：杨利伟从太空带回了第一手的科研资料，现在要乘坐太空舱安全返回地球，在太空舱的设计上我们需要考虑哪些问题？说一说你的科学依据是什么？

学生根据已有知识可能会回答材料要耐高温、够厚、速度尽量慢些、加保护装置等。

教师引导：如果我国的宇航员着陆在美国的国土上，是否会引起国际纷争？我们现在大力提倡节约环保，在太空舱的制作上需要注意些什么？

学生马上领悟，落地点要在中国的某个无人区，太空舱最好可回收利用，在保障安全的情况下耗材要少。

老师归纳后提出项目要求：今天我们用一个生鸡蛋来模拟杨利伟，请各小组合作，设计一个保护装置模拟太空舱，材料不限，要求装置从4楼抛下，鸡蛋不破，距离落点越近（直径一米的圆圈），装置越轻者获胜。

Steam课程是要解决生活中的问题，熟悉的情境，真实的问题最能引发学生的兴趣。我通过再现生活中真实发生的、能引起学生共鸣的场景，把学生引导到太空舱设计的项目上，再以问题为导向，让学生自发提出项目需要满足的要求。学生参与度大大提高。

二、深挖素材，注重多学科知识融合

不同于以往切入点小，问题简单的科学探究活动，基于项目为导向的探究面临更复杂的问题，需要综合运用多学科知识和技能。我们平时的学习受学科和章节的影响，人为将知识割裂。Steam教育讲求多学科融合，STEAM代表科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）。

在该理念指导下，我仔细分析了鸡蛋撞地球这个项目，运用到了延长缓冲时间的科学原理，不同形状牢固程度不同，所需材料数量不同的数学原理，选择不同材料并组装成成品的工程与技术问题……

按照这个思路，我在后面的拓展课程主题设置上，注重学科整合。如制作走马灯，灯为什么能转动，包含了哪些科学原理，怎样剪裁和拼接，涉及哪些技术问题，美化和装饰属于艺术范畴，用电子元件代替蜡烛作为动力的设计则包含了工程设计的理念;看似简单的吹肥皂泡活动，也被设计成几个课时，第一课时原理探究“能不能吹一个方形的肥皂泡？”“肥皂泡的颜色”“比一比谁的肥皂泡大？”“谁的泡泡塔层数多？”第二课时“如何让泡泡吹得更大？探究最佳溶液配比”。第三课时，调查研究市面上的吹泡器，配比、价格，算一算经济账，分析最受欢迎的产品特点，写一份调查报告。

三、项目驱动下的体验式学习和不断改进措施

平时的科学探究是基于已有的知识和经验，在老师的引导下，学生提出问题，建立假設、设计方案、收集证据、得出结论、评价交流。整个活动以问题驱动和实验设计为核心，学生动手动脑合作完成实验。一般是验证性实验，很少要求生产出成品。而Steam理念指导下的探究，由项目驱动，以学生自主学习为主，通过体验来学习。工程设计是核心，任务模糊，但是要求有明确的结果，生产出成品。

鸡蛋撞地球活动，涉及冲量的概念，初中生对此比较陌生，我也并没有补充讲解冲量的原理。学生根据生活经验，比如水果外面包裹塑料网防撞伤，联想到给鸡蛋包裹一个防撞的材料，或者给鸡蛋加降落伞让速度减慢。要充分肯定学生从生活中学习到的智慧，即使他并不明白背后蕴含的科学原理。我简单告知他们，减速和缓冲两条思路都是正确的，这里用到了冲量的科学原理，大家可以去查阅相关资料。具体方法可以多样，比如裹塑料泡沫可以增强缓冲能力，那么还能用别的材料，或者别的形状来提高缓冲能力吗？

在走马灯的设计中，我直接播放了《樱桃小丸子》走马灯一集的片段，让他们观察、思考走马灯的工作原理是什么。在没有任何知识储备和生活经验的情况下，模仿是学习的第一步，然后才有改进。

项目的实施，不可能是一蹴而就的。产品的设计也需要不断打磨和改进。在鸡蛋撞地球的活动项目中，我们就分了三个阶段：

第一阶段提出问题。各小组分工合作，根据生活经验设计图纸，按照图纸和给定的材料（我提前提供了一些材料：气球、A4纸、竹签、棉线、透明胶、矿泉水瓶、塑料袋）组装完成自己的装置，初步进行测试和反馈。实验结果十个一小组，有三组未在规定时间内完成，有一组还未进行比赛鸡蛋就破裂了。剩下参与比赛的六组鸡蛋破裂的有四组，有两组鸡蛋完好但是均未能入圈。（因为时间问题，第一次课倉促结束没来得及交流与评价）

第二阶段：第二次课，大家吸取了上一次比赛的经验教训，几乎没有人采用气球和降落伞，因为落点不准。设计主要集中在减震装置上，有用纸盒加泡沫的，有用竹签做成三棱锥的，有用两张A4纸卷成圆锥。里面塞泡沫的，还有用两个塑料袋充气保护的……据说是网上查阅过资料，明显比第一次的设计丰富多了。根据测试结果，还是出现了一些意外，比如三棱锥的竹签断了、A4纸做的圆锥重心不稳，侧翻了……根据实验结果，再次讨论、修改、设计出可行性方案。

第三阶段：第三次课，正式比赛。最后的作品在安全性和准确度方面都有加强，用泡沫纸盒和竹签的各占一半。

走马灯设计也是分了多次课，先用纸杯和蜡烛仿造一个走马灯，再用扇面、扇叶组装法做一个走马灯，同时要求扇面设计美观。第三次课用电力代替风力设计组装走马灯，由于课时所限该项目并未来得及实施。

四、解决方案的多样性和评价的多元化

Steam教育理念下的探究，要求产生明确的结果，这个往往被理解为成品，但是我认为不能狭义地把成品理解为产品。它可以是一个作品，一份调查报告，这样的成果和过程与方法同样重要。在鸡蛋撞地球的活动中，我只注重了最后结果的评价，忽略了过程和方法，其实每个孩子在这个项目学习中都有收获和提高。

于是我认真反思，我们的评价方式应该更开放，更具个性化。要将学习者作为一个自主的人，对他的真实学习活动进行描述，随时记录下活动过程中的突发状况，以及复杂的环境对个人评估的影响。学生的科学精神、创新能力和合作能力应是重点考核指标。评价的方式可以是口头点评、活动记录表、研究日志、作品展览等，既有过程性评价，又有总结性评价，还有发展性评价，将一个全面而系统的评价体系贯穿于整个教学过程。

Steam课程不但能提升学生的科学素养，还为学生认识世界建立了一座消除学科障碍的桥梁，它将知识的获取，方法、工具的使用以及创新的过程进行有机统一是大势所趋。目前我国Steam课程的设置和开展均处于摸索阶段。经过尝试，我认为用Steam教育理念改进科学拓展性课程是切实可行的，也是有效的。当然，因为个人能力有限，也存在一些遗憾，如果能整合其他学科的老师一起来完成主题设计和活动指导，引进校外的3D打印、机器人或创客教育资源，我们的课程会呈现更高的水准和更佳的效果。

参考文献：

赵呈领，赵文君，蒋志辉.面向STEAM教育的5E探究式教学模式设计[J].现代教育技术，2018，28（3）：106-112.