运用steam2进行体验式自主探究性学习的实践探索

任金宏

(天津市海河中学 天津300202)

21世纪，国际竞争日益演变为国家综合国力的竞争，创新型人才的培养在国际竞争中起到非常重要的作用。steam2教育是在 steam 包括科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)、数学(Mathematics)基础上增加一个制造(Manufacturing)。着眼于复合创新型人才的培养，在未来发展的新时代背景下，其教育意义和价值仍在不断拓展延伸。在基于课题的 steam2学习中，学生围绕“明确的课题和探究的任务”进行跨学科体验式自主探究性学习。

天津市海河中学开设了校本课程《大学先修物理实验》实践探究课程，让学生能够在中学提前学习和中学相关的大学部分实验，巩固和拓展知识，并进行实验制作。课程已构建成校园科技馆，激发学生对科学知识的兴趣，奠定广博的科普知识与技术基础，培养学生科学实验的基本原理、技术和方法。课程分为科普与展示、实验课程、设计制作和竞赛4部分。

1 科普与展示

校园科技馆展厅分别从力学、光学、声学、电学4个方面进行布置，其中有很多仪器是自制的教具。教学过程中先由学生自己探究演示实验，教师讲解原理，培养和锻炼学生认真观察、思考、探究、推理的能力，根据已有的知识自己分析原理寻找答案，让学生感受到物理科学的重要性、科技发展给生活带来的便利，并以懂物理、懂科学而骄傲，学以致用，培养学生关注科技发展的意识。

2 实 验

实验部分包括高一、高二共计 18个物理分组实验，在教师指导下，学生进行实验全过程的独立操作，包括预习实验、填写报告和数据分析等内容。此部分是对中学物理实验课程的拓展和延伸，采用体验式探究的方式，以培养学生科学实验的基本原理、技术和方法，探究理论知识，增强动手能力。

通过先期参观和学习校园科技馆、自制教具，激发学生对科学的兴趣，在教师的引导下，学生对自己进行体验式探究实验产生浓厚兴趣。学生分组后，通过实验报告的引导，自学教材，然后在教师适当引导下完成《直流平衡电桥》《在气轨上研究瞬时速度》《测量非线性元件的伏安特性》等分组实验项目。

3 设计制作

3.1 学生通过自主探究研究性学习，合作完成教具制作

课程《教具探究与制作》的流程是：提出课题(问题)—搜集资料—讨论探究(作出假设)—设计图纸—实施实验—制作成品(论证&验证)—总结经验、改正不足。通过课程学习，使学生能够体验合作探究、团队精神，克服困难坚持就是胜利的意志。

①提出课题(问题)。分组学生通过讨论，提出自己本组的研究题目，如手机全息影像、“看谁转得快？——自制电动机”、诸葛弩、投石车、制作遥控洗衣机、电磁轨道小车等。

②搜集资料。分组确定研究课题后，学生可查找书籍，或通过互联网搜集资料。这部分是学习深入了解课题的过程，同时学生填写“研究过程”报告。

③讨论探究(作出假设)。提出假设，对方案的可行性进行讨论，并进行调整修改。

④设计图纸。把设计想法转化成图纸，画成品图和各部分构件图。

⑤实施实验。实施过程中有的部分要通过设计实验来验证设计是否合理，并进行改正。

⑥制作成品(论证&验证)。制作成品前，每组同学分工协作，完成各零部件，最终将各零件组合在一起。

⑦总结经验、改正不足。总结制作中的不足，分析有无值得改进之处，完善课题内容。

在学生自主研究性学习过程中，学生通过分组确定课题，查找资料，锻炼了自学探究的能力；通过分工协作，提高了团队精神；通过画图，制作，调试，再修改方案，再制作成功，经过几次反复，获得由设计变为现实的成就感，同时磨练了意志，增强了做事的韧性。

3.2 引入 steam2教育，提升学生综合实力和核心素养

steam 综合了学科特点，将知识的获取、方法与工具的应用、创新生产的过程以及情感、态度进行了有机统一，在培养学生创新思维与实践能力的同时，体现了一种多元学科文化的融合创新[1]。科学、技术、工程、艺术、数学在 steam 的跨学科框架内得到整合，steam 本身彰显了一种学习文化，一种偏向工科思维的学习系统，一种趋于能力和智慧叠加的行动学习。

国内有学者总结归纳了适于我国学生跨学科学习的 3种思路，包括应用延伸型整合思路、工程框架型整合思路、设计即探究型整合思路[3]。纵观 3种思路，有的强调注重实际问题解决能力，有的重在培养创造性思维，有的以探究科学原理为导向，而其内容选材均来自现实社会生活的需求。社会性、时代性、现实性是steampbl的鲜明特点[3]。

在整个制作教具过程中，将科学、技术、工程、艺术、数学和制造 6门学科有机结合在一起，相辅相成。比如，在制作电磁轨道小车时，利用学到的电磁知识进行设计，运用了科学；制作轨道，运用了技术、工程、制造；设计，运用了艺术美学知识；制作轨道的大小等，运用了数学。在制作诸葛弩时，运用物理知识研究功的受力；学生用锯、挫、台钻，对木头进行加工，运用了工程和制造技术；设计的美观，运用了艺术关注知识；制作的尺寸，以及设计的精巧，运用了数学知识。在制作手机全息影像时，设计原理运用了科学知识；设计运用了艺术；画图运用了数学知识；粘连运用了技术、制造和工程。

基于课题的 steam2学习是学生在分组参与、课题设计、分析问题、解决问题中进行的实践性活动。基于课题的 steam2学习在增强学生人文素养、强化问题解决、培育理性思维、养成主动学习意识、提升个体觉悟等方面具有积极意义。