STEAM教育理念下校本课程开发与实施策略分析--以合肥四中科技类校本课程为例

朱婷婷 牛亚茹

(合肥市第四中学 安徽合肥 230000)

教育部发布的《普通高中课程方案和语文等学科课程标准(2017年版)》中明确提出高中课程分为必修、选择性必修和选修,其中选修课程包括校本课程。新课标强调围绕发展学生核心素养,精选和设计课程内容,设置“跨学科主题”学习活动,建议跨学科活动占本学科总课时的10%,强化学科间的相互关联,增强课程的综合性和实践性。这是当前我国基础教育积极推行STEAM教育理念的重要体现。基于新课标的要求,我校多学科骨干教师联合成立STEAM教育研究课题组,通过实践活动,特别是校本课程的开发与跨学科项目化教学的实施,在教学中不断总结经验,从而加强学校课程体系建设,促进教师队伍发展,培养学生的创新精神和实践能力。

一、STEAM教育概述

STEAM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)和数学(Mathematics)的合称。STEAM教育是围绕以上不同学科实行的基于项目化教学开展的跨学科学习,强调学生在实践活动中开展学习,强调问题的解决过程中多学科有机融合,注重培育工程思维、创新精神,是学生核心素养发展的重要途径。

STEAM教育理论的提出源于Yakman教授对综合学习本质的思考和使学生享有全面接触所有学科机会的愿景。2016年底,教育部颁布《教育信息化“十三五”规划》,明确提出要加强信息技术在众创空间、跨学科学习(STEAM教育)中的应用。随后,STEAM教育理念在各国以多元实践的方式迅速传播开来。STEAM教育趋于统整的创新人才的培养,这也是我国本土化实践中跨学科学习多指STEAM教育的重要依据。

二、STEAM教育理念下校本课程开发与实施策略

(一)充分考虑实施条件

校本课程作为高中课程体系重要组成部分,是对学科课程的有效拓展和延伸。基于STEAM教育理念的校本课程主要是以工程学为核心,以项目式学习方式开展,引导学生运用跨学科知识,通过合作、设计、建构来发现、解决真实情景中的问题,目的是发展学生的核心素养。

STEAM教育理念下校本课程的开发目标宏大、意义深远,是一个循序渐进,需要不断打磨优化的过程。课程开发要基于学校现实的师资力量和硬件,还要充分考虑学情、校情。此外,还要考虑校园文化和地域优势等外部资源的有效利用。

课程开发前先要充分了解学校师资情况。STEAM教育对应中学阶段主要包括信息技术、通用技术、数学、物理、化学、地理、生物等自然学科学习内容,因此首先应充分发挥各学科骨干教师的专业能力,成立跨学科教研团队,开展STEAM教育课题研究。课程开发之初可能会遇到各种困难,但团队多次交流合作,可以在思维碰撞中激发灵感,还可以引发对于跨学科教学的思考,积极借鉴他人案例成果进行设计。我校2020年申报的课例“半自助型细胞器结构展示模型的设计与制作”荣获市级一等奖。该案例就是信息技术学科教师在教学生3D打印技术时和生物学科教师相互交流产生的设计灵感。

STEAM课程侧重于科学探究和科技创新实践活动,对于硬件有较大依赖。有条件的学校可以结合教学目标的要求升级学校硬件设备。我校建设之初和很多学校一样建有计算机教室、通用技术活动室以及机器人创客教室等。为进一步丰富科技活动课程,有效开展STEAM理念下科技教学活动,我校陆续申报新建智能造物创客教室、人工智能教室和无人机创客实验室等多个项目。实验室建成后,我校教师结合全国青少年信息素养大赛和青少年无人机大赛等比赛相关主题项目积极开展教学。学生在智能造物活动中借助开源电子套件设计制作智能小车,在实际活动中有效学习计算机编程、物理元器件认知、三维模型设计等多学科多领域知识和技能。

(二)采用多样化教学方式

在STEAM教育中,学生是主体,教师要充分保障学生的主体地位,要摒弃传统课堂“灌输式”教学方式,在充分调研学情的基础上合理设计教学内容和教学活动,还要有效开展教学评价。教学内容要契合学生各学科学习内容,教学难度更要符合不同阶段学生学习特点。比如同样是学习3D打印技术,小学和初中阶段学生更多以模仿为主,一步步参照教师演示或者步骤提示去完成作品设计;但在高中阶段的学习中,教师应该结合STEAM教育理念,强调3D打印是近年来流行的三维模型设计的有效手段,可以个性化设计和制作模型作品。教学中教师应该以实际问题的解决为出发点设计课程,激发学生学习3D打印技术的动力。在我校,教师先后开展多功能笔筒设计、多肉植物花盆设计、剥橙器设计、手机支架设计以及分子结构模型制作等多样化设计活动,从实际问题入手,充分激发学生学习内驱力。

教师还可以结合学校文化和地域特点开展活动设计。以我校开展的“校园植物认知和标牌制作”活动为例,先由生物学科教师带领学生认识校园植物外观和生理特点,再由地理教师指导学生分析校园植物分布和地域环境关系,随后由语文学科教师指导学生学习和植物有关的古诗词,然后由美术教师指导学生手绘校园植物,最后由通用技术学科教师带领学生选取合适木板,使用激光雕刻机制作植物标牌并进行悬挂。一系列实践过程,让学生在观察实践的基础上充分了解了校园植物种类和特点,学生带着设计任务学习了激光雕刻机的基本操作,感受到激光雕刻机细腻的雕刻效果。多样化的教学形式、不同的任务活动有效激发不同特长学生的学习兴趣,充分提高学生参与度,从而极大增强学生的成就感和对校园文化的认同感。地理学科教学涉及资源与能源的开发与利用,于是我校教师利用校本课程带领学生前往附近城市的煤矿电厂开展实地调研,实地走访当地居民和行政管理人员,撰写调查报告。此外,教师还带领学生到附近景区观察古代水车,随后设计制作发电水车模型,有效融入数学中有关三角函数的知识,充分激发学生学习兴趣并提高其对知识的掌握程度。

(三)合理安排教学时长

按照新课程标准中学分认定相关要求,高中生需要获得144个学分,其中必修学分88学分,选择性必修学分不少于42学分,选修学分不少于14学分。新课程改革后,各地各校高度重视学分管理,校本课程作为选修课程的重要组成部分自然成为学生获取选修学分的有效途径。各校情况不同,如我校校本课程面向高一高二年级开设,每周三下午开设2课时,每学期每门课程共开设18课时,学生完成学习并通过考核后可以被认定获得2个学分。每一个学期STEAM课程作为选修课程之一,18课时可以安排2或3个教学项目,每个项目根据教学需求安排6～9课时。从高一到高二循序渐进,学生可以开展8～12个教学项目的学习。此外,一些比赛项目,例如人工智能比赛、机器人比赛、青少年无人机大赛等本身就是很好的STEAM教育资源,这需要师生投入更多的课余时间。

(四)详细制定项目内容

基于以上因素考虑,各校可以逐步设计一系列STEAM教学项目。我校目前所设置的STEAM校本课程按项目内容的主要特点划分为创意设计和智能造物两大类,每个类别中又包含不同项目内容。目前我校已开发的教学项目内容及课时安排如下表所示:

类别项目名称主要涉及知识领域课时难度创意设计3D打印制作多功能笔筒3D打印技术、工程学、结构力学、数学、美学6容易3D打印设计制作手机支架3D打印技术、工程学、结构力学、数学、美学6中等3D打印设计制作剥橙器3D打印技术、工程学、结构力学、数学、美学6中等分子结构三维模型的设计与制作化学、3D打印技术、工程学、结构力学、数学、美学6中等半自主性细胞器模型的设计与制作生物学、3D打印技术、工程学、结构力学、数学、美学9较难校园植物认知及校园植物标牌制作生物学、地理学、3D打印技术、文学、电子信息加工、数学、美学6中等激光雕刻设计制作创意夜灯3D打印技术、电子信息加工、数学、美学、电学、材料学6中等桌面多功能书架的设计与制作木工加工工艺、结构力学、美学、材料学6较难桥梁承重结构模型的设计与制作木工加工工艺、结构力学、美术、材料学、数学9较难无人机编程舞蹈设计图形化编程、音乐、物理学、文学9较难创意灯具设计材料学、美术、物理学、结构力学9较难发电水车模型制作物理学、结构学、数学、美学9较难智能造物避障小车的设计与制作图形化编程、人工智能、物理学、3D打印技术6容易智能分类垃圾桶的设计与制作图形化编程、人工智能、地理学、传感技术6中等智能指示灯的设计信息技术、通用技术、美学6中等智能餐饮送餐机器人设计图形化编程、人工智能、传感技术9较难无人驾驶小车的设计图形化编程、人工智能、传感技术9较难智能门禁系统的设计图形化编程、人工智能、传感技术9较难

三、STEAM教育理念下校本课程评价策略

校本课程的设计与实施是否实现预期教学目标,需要教师和学生进行及时有效评价。合理的评价是对教学过程的反思,是对教学效果的检测。新课程改革强调“教、学、评”一体化发展,教师要调动学生学习的主动性,就需要采用多种方式对学生进行合理评价。教师可以在教学中对学生进行口头评价,也可以利用文字、图片以及实物等各种手段开展评价。STEAM教育常常以活动形式开展,强调发挥学生在学习过程中的主体性,因此教师应加强对学生学习过程的评价,同时要采用多种有效方式对学生学习的结果进行评价。

评价主体可以不同,包括学生自我评价和同学、老师甚至家长评价。评价的方式有多种,设置评价维度进行量化打分是比较常用的方式,还可以通过举办STEAM课程作品展示、进行作品性能测试等多种方式对学生学习效果进行评价。下面为我校在作品创意设计类校本课程中常用的过程性评价表,供大家参考。

STEAM教育理念对全球教育发展有着突出的作用,有助于学生在真实情境或真实问题中学习,调用多种感官开展实践探究活动,提高分析和解决问题的能力,提高工程思维和创新设计的能力。伴随人工智能技术的快速发展,STEAM教育理念必将深度融入各阶段各学科教学中。每位教师都需要以STEAM教育理念为指导,参与设计校本课程并开展跨学科项目化教学,优化教学形式,融合多学科教学资源,从而更好地达成教学目标,落实立德树人的根本任务。