基于STEAM理念的项目式学习课程设计与实践

李辉

摘  要  STEAM是一种整体融合育人模式，它不同于以前育人中的学科类型的教学，而是将学科之间的界限去除，融合许多种类相关的知识来处理实际情况中发生的问题，从而形成融合多种学科的知识的教育类形式。以乳山市中小学综合实践学校的水火箭的制作与探究为例，对基于STEAM理念的项目式课程设计与实践方法进行分析，以期对相关课题的研究有所启示。

关键词  STEAM；课程设计；项目式学习

中图分类号：G632    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）13-0094-04

0  引言

STEAM教育推动的是教学模式的改变，围绕主题，基于某个具体项目和问题的学习、基于创新的学习、基于故事思路的学习等多种类型学习同时存在，科学探索、问题探究、工程策划、分享展示等多种活动类型灵活呈现，最终的目标是通过实践的手段，达到培养人的效果，培养科技类型创新式人才[1]。项目式学习（简称PBL），就是围绕某个具体的学习项目，在整个过程中，充分选择和利用最优化的资源来学习，在实践中获得体验、内化吸收，在探索与创新中获得较为完整和具体的知识，形成专门的技能和得到充足发展的学习[2]。比较两者的定义，很容易发现项目式学习和STEAM在教育方面的涵义是相通的，其学习过程中均有发现问题—规划方案—解决问题—评价反思这四个关键环节，因此，将STEAM理念融合到项目式学习课程中具备实施可行性，但目前针对这一方向实践的研究案例较为匮乏，本研究旨在通过分析典型课例“水火箭的制作与探究”，以期对基于STEAM理念的项目式学习课程的设计与实践研究提供可借鉴的案例。

以“水火箭的制作与探究”为例，本文将从课程理念、课程目标、课程设计流程、课程效果分析四个方面进行分析。

1  课程理念

一堂好的综合性实践课，不仅能让学生在愉悦中去学习知识，更重要的是能够促进学生提升动手操作能力和团队合作的能力，促进学生发散性思维的形成，能够促使学生积聚知识，开阔眼界，并能激发对科技的追求和爱国情怀。“水火箭的制作与探究”是乳山市中小学综合实践学校基于STEAM理念的项目式学习的课程范例，本课程参考数学、科学、物理、艺术、信息等新课标，在计划和实施过程中充分体现学科的核心素养和相关知识的融合。本课例以项目为主线[3]，发挥学生的主体作用，既做到学科间的融合，如表1所示，又以项目学习的形式呈现，是一种发挥学生的整体参与性，自主协作、探索创新的新型课程模式，来促进学生问题的解析和处理能力的提升。

2  课程目标

基于本课程在综合实践活动课程指导纲要中的地位和作用，确立了如下目标。

2.1  科学（Science）

了解我国火箭发展史，探究“水火箭”背后的科学原理，培养科学探究精神。

2.2  技术（Technology）

熟练运用信息技术处理数据，客观分析影响

水火箭升空飞行的要素以及影响水火箭发射高低的因素。

2.3  工程（Engineering）

熟悉水火箭设计制作步骤，运用设计思维，完成水火箭的制作，在小组合作中培养工程思维。

2.4  艺术（人文）（Art）

完成水火箭的外观创作；了解我国航天事业艰难的发展历程，加深爱国主义情怀。

2.5  数学（Mathematics）

运用数学知识处理实验数据，培养数理思维。

3  材料和工具准备

碳酸饮料塑料瓶、60 cm×60 cm绸布1块、头锥、尾翼、胶带、丝线、剪刀、彩笔、拐尺、热熔枪等。

4  课程设计流程

“水火箭的制作与探究”一课，以图1所示的基于STEAM理念的项目式学习课程设计流程为标準进行课程流程设计，如图2所示。

具体教学流程如下。

4.1  故事引领，明确主题

4.1.1  了解火箭发展史

通过世界航天第一人——万户的飞天梦想引发大家的航天梦。详细讲解万户尝试飞翔的故事，指导学生运用电脑网络搜索工具进行查阅，运用Word软件完成《世界航天第一人》图文汇报。学生在整个过程中，能感受到万户飞天的科学启示和其中映射出的不怕艰险，勇于尝试，甚至不惜牺牲生命去探索新世界的科学家的勇毅前行的精神。通过观赏相关的影片、研究相关的资料，了解我国的航天历史，能准确说出中国首个人造地球卫星、中国首个载人航天飞船和中国首次探索测量深空的时间以及详细的项目。

4.1.2  认识中国探索太空的意义

通过问题：人类为什么要探索宇宙？引发思索，通过找寻对应的资源来处理问题；了解宇宙探寻的现状和发展过程；了解探寻开发太空和保护太空的重大作用。

同时学习航天人勇于创新、不怕困难的英雄精神，培育和发扬吃苦耐劳、战斗、攻关、奉献的载人航天精神。

4.2  探究原理，提出问题

4.2.1  学习火箭的升空原理

首先播放火箭发射的精彩瞬间，观察火箭升空时，燃料燃烧，产生高温燃气，通过管口向下高速喷出，利用产生的反作用力将火箭向上推进的现象。通过现象推测原理，来理解定义。（联系物理学科）什么是反作用力？教师和学生互动实验，学生站立马步，教师两只手伸直推学生，在反作用力下，教师后仰。证明互相作用的力，你给它一个力，它同时刻会给你一个同样的力，这个力就是反作用力，从而验证火箭发射的原理。

4.2.2  探究水火箭的升空原理

通过分析、类推引导学生考虑“什么是水火箭？升空原理是什么”。通过展示水火箭装置，如图3所示，往箭体里加气，会在箭体中形成一定的压力，按动发射的开关，将密封的瓶子口打开，水会就瞬间喷出，箭体利用产生的反作用力升空。学生懂得气体会在箭体中形成一定的压力，明白压强和面积和压力的关系，通过运用相关的物理学知识提高对问题的理解和处理能力。

4.3  创新设计，制定方案

本任务设计主要分为以下三个阶段。

4.3.1  质疑思考阶段

播放水火箭升空视频，展开联想，猜想水火箭能飞多高？激发学生设计制作水火箭的欲望。头脑风暴，思考有可能影响水火箭发射效果的因素，利用物理和数学学科知识解释水火箭的造型原因。

4.3.2  材料分工阶段

从影响在空中的滞留时间长短的原因入手，确定制作“水火箭”所需要注意的地方，通过材料的选取和操作过程来改进这些环节与步骤，引领学生总结出制作“水火箭”材料及人员安排。

4.3.3  创新性设计阶段

组内集思广益进行方案的设计与修改，并绘制图纸。

从工程的角度出发，将与水火箭相关的知识转化为实践，解决现实中的难题，最终得到实际的作品。通过这个过程，知道设计包括一系列的步骤，教师引导学生尝试运用不同的耗材、多种思路、不同的方案完成装置制作，感受创新带来的快乐。

4.4  小组合作，动手实践

4.4.1  制作模型

讲解并强调学生在实际操作时的安全注意事项等。

4.4.2  过程性记录

在制作开始前发放表格，要求小组记录员记录制作流程以及制作过程中遇到的问题和想法。小组在讨论的基础上，填写任务单，这样在制作水火箭的時候就能避免许多错误。

4.4.3  总结性思考

教师引导学生回忆制作水火箭所经历的步骤，共同总结本项目的流程与经验。

研究、制作水火箭，符合学生好动乐玩的天性，这是一个充满乐趣和挑战的学习活动过程，在这一过程中，学生能够获得丰富多彩的学习体验和个性化的创造表现。他们会倾注更多的热情，积极主动地参与实践活动。通过亲身实践提升学生的动手能力，学会水火箭的制作方法，体验学习科学的乐趣，激发学习科学的兴趣，提升学生科学探究的能力。

4.5  测试实验，完善报告

制作完成后，尝试放飞水火箭，强调安全及注意的问题，观察水火箭在空中的滞留时间和飞行中的情况等。根据首次记录，分析水火箭飞行时候存在的问题（如旋转、偏离、高度、时间长短等），通过问题来进一步分析出改变发射距离的原因。有些现象问题属于制作原因，通过改进水火箭就能解决，如偏离和旋转，通过调整尾翼的位置及大小就可以解决。但高度、滞留的时间与气瓶容量、压力、装水量有关，还需进一步通过控制变量实验探究，水火箭试射记录表如表2所示。

4.6  展示评价，总结分享

学生多才多艺的展示是学习长久性的强大动机。作品演示的质量高低，不仅直接决定着整堂课的结果，而且对学生展示自己和自信力有很大的促进作用。教师调动学生的主动性，帮助他们建立信心，去融入其中表现自己。

4.6.1  小组展示水火箭，并分享收获与体会

交流与讨论既是对学生在过程中的各方面表现和制作作品作一个小结，如表3所示，同时也是一种教师与学生、学生与学生之间共同交流和学习的机会，是学生学会正视自己、评价他人的过程。

4.6.2  结合评价表，根据课堂表现进行评价

在整个项目中，通过过程和结果等多样性评价，全面地关注整个过程中的成果。如解决实际问题的能力，及时地对学习的情况做出判断，发现其中的优缺点。

5  课例效果分析

“水火箭的制作与探究”是中小学综合实践活动课程指导纲要152个推荐活动主题之一“模型项目的设计与制作”。本课程采用自主探究、小组合作、实践操作、亲身感受等多种学习方式，充分利用图片和录像等相关资料，让学生对水火箭产生强烈的兴趣，了解水火箭的结构、各部位作用以及水火箭的基本升空原理，能解析水火箭升空飞行时间长短的原因，感受理论指导实践的巨大作用。采用项目驱动，教师设立具体实际的情境，针对本次活动要完成的目标来具体设计出螺旋上升的问题来指引学生去思考，使学生确认其中的任务及所包括的目标和意义，让他们带着任务在探究中学习，培养独立意识及问题处理的能力和热爱科学事业的理想和感情。同时，学习英雄们艰苦奋斗、勇于探索、不辞辛劳的大国工匠精神，认识到探秘太空是一项伟大而冒险的任务，激发学生的爱国情感和为我国的科学事业作贡献的使命感。

6  结束语

基于STEAM理念的项目式的研习课程，即将STEAM理念与项目式的学习方式合二为一，进行课程的设计与应用实践，课程中采用项目式程序，运用多学科类型的知识处理现实难题，是以为国家培养专业实践性人才为直接性目标的一种有效的课程计划与实施方法。

7  参考文献

[1] 陈磊.STEM：跨越现在和未来的教育[J].中国信息技术教育，2021（16）：1.

[2] 李刚.改变STEM教育故事 面向STEM教育未来：第六届国际STEM教育大会（2021）述评[J].数学教育学报，2022，31（03）：88-93.

[3] 房正刚.刍议项目式学习在高中信息技术教学中的应用[J].学苑教育，2021（20）：19-20.