基于STEAM教育理念设计项目式科学实践活动

曹义平

STEAM涵盖科学、技术、工程、艺术、数学多领域知识技能，要求学生交叉融合跨学科的知识经验，创造性地解决实际问题。老师基于STEAM理念，设计项目式科学实践活动，应强调学习的综合性、发展性、开放性、自主性，引导学生在富有思考性与趣味性的假设、构想、创造、展示、交流中，深刻认清科学本质与概念原理，有效实现科学思维、科学精神与创造实践能力的综合发展。

一、设置项目任务，讨论设计方案

STEAM理念主张将科学问题与技术、工程、艺术、数学问题进行融合，由学生自己动手、动脑，联系整合多学科的知识经验，解决问题，完成科学素养与知识技能的积累。老师基于STEAM理念，开展项目教学活动，要充分考虑学生的知识经验、兴趣、能力，组织学生在特定条件与主题框架中，相互协作，综合应用知识、技能、工具，提出构想，自主制订、改进计划方案。

例如，四年级的学生已经完成“物体的运动”和“常见的力”两个单元的学习，也具备一定程度的逻辑运算能力，因此，老师要明确项目任务是制作简易的潜艇，利用学习情境，辅助学生在头脑中形成设计方案。老师：“观察潜艇的外形，分析潜艇在水中上浮、潜、停留时的原理。”材料：风叶、气球、橡胶塞、注射器、水瓶、导线……设计目标：外形设计美观，让“潜艇”在水中自由沉浮、游动。明确任务后，组织学生讨论方案，整理材料，让学生把学到的知识运用到科学实践中。老师：“潜艇怎样实现上浮和下沉？”激发学生逻辑思维潜能，组织学生以小组为单位，协作创新，运用已有的经验、工具，设计外形，选取材料，制作潜艇。让学生在方案讨论、思考、设计、制作、改进中，拓展知识经验，深入探索物体浮沉的条件，巩固强化对力与运动关系的理解。

二、拓展合作延伸，实践探究释疑

老师在项目任务教学中，要引导学生辨别不同技术的用途，让他们在协作互动、测试改进的实践操作中，发挥自身的思维潜力和创新精神，了解物体在上浮、下沉时，浮力与重力间的关系。在本次设计中，学生不仅要考虑潜艇的外形、风格、性能、颜色，以及物体在水中的沉浮规律，还要运用所学的知识去解释浮、沉的科学道理，让学生像科学家、工程师一样具备管理、理解技术的能力。

老师：“什么是浮力？”“你们可以结合浮力的定义，判断浮力的方向吗？”“想一想做过的科学实验，为什么铁钉会下沉？木头会上浮？”四年级学生虽然已经了解质量、体积对物体沉浮的影响，但没有学习过二力平衡的条件，老师在这里要发挥合作者的作用，突破学科与知识的局限性，根据阿基米德定律，向学生明确浮力的表达。这一方面拓展学生的知识经验，另一方面，为其今后的学习做好铺垫.

老师：“观看视频，观察鱼的浮沉、鱼体内鱼鳔的变化。”老师利用动画演示，引导学生结合浮力的计算公式，明确“鱼鳔变大缩小，改变了自身体积，浮力跟着发生了变化”，“观测、记录空玻璃瓶、半瓶水、装满水后的运动状态”，引导各小组学生在充分掌握科学原理的基础上，结合工程技术，调整方案，选取橡皮塞儿、玻璃瓶、易拉罐、彩带、防水黏土、吸管、胶管、气球、钢尺等合适的材料，设计出潜艇自由上升、下潜、悬浮、漂浮的运动状态。

三、交流反思评价，制订改进方案

在STEAM理念下，要将评价、启发、提问贯穿于课程始终，引导学生在持续的反思、探究中完成知识技能的积累内化。例如，老师在“潜艇”制作过程中，提示学生增加螺旋桨、潜望镜的设计，外观造型要新颖、富有科技感;启发学生运用技术思维分析问题，主动考虑潜艇的外观设计、灵敏性;让学生在项目实践中，能综合运用艺术、数学、科学等学科知识，精准计算尺寸、比例，分析数据，增强逻辑推理和敏锐的观察能力。

在作品完成后，老师组织学生相互展示、评价，指导学生在实践、点评中，像工程师一样运用多学科知识，对“潜艇”性能进行测试、反思，查找问题，改进设计，让学生在富有趣味、挑战和竞技精神的项目实践中，相互分享，相互鼓励，共同商定出最佳设计方案。例如，有些小组可以精确调节控制潜艇的沉、浮状态，但外观设计较差;有些小组的作品虽然很有设计美感，但材料、数据、尺寸不精确、不严谨，导致“潜艇”性能较差。因此，老师要引导学生的思维走向，鼓励学生从工程、技术、科学、性能等多个方面，相互点评，分享经验，逐步加强對多学科知识的理解，形成良好的工程技术应用意识、严谨的科学精神与实践创新能力。

总之，老师在STEAM理念下开展项目教学活动，要注重对学生思维能力和问题解决能力的培养，鼓励学生在自由、协作、宽松的学习氛围中，灵活运用多学科知识技能，自主设计解决方案，亲身经历猜想、探究、假设、验证等一系列思维活动。老师设计各个实践环节时，要从学生身心发展角度入手，有效整合科学与工程技术特点，使学生在富有挑战性、思考性和创造性的实践体验中，实现科学思维与创造实践能力的发展与提升。