基于STEAM理念的教学设计

科学课程标准优化了课程内容结构，强调了课程内容的跨学科性和实践性，设立跨学科主题学习活动，加强学科间的相关联系，带动课程综合化实施，强化实践性要求的总体目标，这些要求实质上渗透了STEAM理念。将STEAM理念融入日常教学，旨在实现以学生为主体的创新型课堂，激发学生运用跨学科知识解决实际问题。现以五年级“船的研究”单元内容为例（教科版教材），分析基于STEAM理念的小学科学教学设计与实施。

一、基于STEAM理念的教学设计流程

5E教学模式强调，在教学中充分利用学生已有的知识和生活经验，让他们自主进行探究学习，从而获得知识的主动构建和运用知识解决实际问题的能力。[1]5E教学模式包括引入、探究、解释、迁移和评价五个环节，以此为基础并借鉴相关研究成果，[2][3]得以构建基于STEAM理念的教学设计流程（如图1）。

二、“航远计划”教学分析

“航远计划”主题的提炼来自“船的研究”单元，教材中设计了７个课时对船进行研究。从STEAM要素分析来看，教材的设计十分契合STEAM理念。

科学：船的种类很多，不同时期、不同的船具有不同的特点和发展趋势；船在水中会受到浮力，浮和沉的材料都可以造船；增大船的底面积，船的浮力会增大；船在行驶中会受到阻力，流线型船有利于减少船的阻力；船的载重量与船的体积大小有关，体积越大，载重量越大；船可以靠人力、风力、电力、弹力、反冲力等动力行驶。

技术：认识各种材料工具的用途；应用工具。

工程：定义简单工程问题，如船的材料、稳定性、动力等；设计方案并不断调整；工程制作，检验作品。

艺术：创意设计、作品美化。

数学：数据记录和分析；船的尺寸设计；船的航行距离测量；图表制作。

“航远计划”主题课程，旨在研究船的历史、设计船、制造船和测试船一体化的体验中，培养学生的工程思维和解决实际问题的能力，让他们在多学科融合学习中激发对科学的探究兴趣（见表1）。

本内容的教学对象是五年级学生，他们对船是用什么材料做的、船怎么浮起来的、船怎么动起来的等问题的探究还不够深入。“航远计划”课程分阶段、分任务帮助学生在体验过程中获得深入认识。从学习水平来看，他们在以往的学习过程中积累了一定的学科基础，具备一定的动手操作能力和逻辑思维能力。从学习特点来看，学生不仅自制力较强，懂得团队合作，而且对于制作类活动的积极性和活跃度较高，但综合分析和运用能力有待加强。

三、“航远计划”简要教学流程

1.情境导入

以船的历史为主题，教师利用虚拟软件根据中国航海史的发展历程设计中国航海博物馆路线图。学生按照不同的历史时间点，自主探索和收集资料。教师组织学生对收集的资料进行交流并开展专题汇报。

设计意图：创设云游情境，激发学生的探究兴趣，使他们在体验过程中不仅了解船的历史，体会技术的进步，而且学会收集、处理资料，获取有用信息。

2.问题聚焦

问题：制造一艘船需要考虑哪些问题？

设计意图：问题驱动，引发学生思考探究，激发他们解决问题的好奇心和行动力。

3.探究学习

（1）“让船浮起来”活动

探究一：沉与浮

教师准备雪糕片、竹竿、橡皮泥、铝箔若干。学生分别将这些材料放进水槽中，观察现象。教师提问：能否让橡皮泥和铝箔也浮在水面上呢？学生讨论、思考，自主尝试。

探究二：船的稳定性和载重量

教师准备螺母若干、橡皮筋、胶水。学生分别用浮的材料和沉的材料制作简易小船后在其中放入螺母，记录螺母数量。学生多次改变材料船的体积大小，并测试载重量。

设计意图：探究一，通过对比不同材料在水中的沉浮状态，让学生感受沉浮的差异，进一步认识浮力的概念。教师通过提问启发学生将沉与浮联系起来，培养他们的转化意识。探究二，学生在测试中自主发现问题、总结规律，训练探究思维能力。

（2）“让船动起来”活动

探究一：认识动力源

问题：怎样让船动起来呢？

学生讨论、思考动力源，如风力、弹力、反冲力、蒸汽、电力等。

探究二：船的阻力

问题：为什么生活中船的船头大多是尖形的呢？学生讨论、思考。教师结合图示讲解船在行驶中会受到阻力。

探究三：船的方向

问题：船在行驶过程中容易偏离方向，如何让其保持一定的行驶方向？学生讨论、思考。教师出示船舵图片，讲解船舵的用途，并提问：船舵的方向与船行驶的方向有什么关系？学生进行实验：准备模型船，将船舵安装在模型船底部，船舵方向分别居中、朝左、朝右，观察并记录现象。

设计意图：教师利用图片激活学生的生活经验，便于他们理解。通过实验，学生探究发现动力的作用，为设计船提供参考。记录处理数据，培养学生严谨的科学态度。利用画图方式加强学生对知识的理解，培养形象思维。自主探究，激发发散思维。结合生活现象，启发学生仔细观察。探究船舵与船的方向之间的关系，培养探究能力。

4.原型设计

学生确定制船所需的材料。学生设计制船方案，绘制设计图。小组发现问题，并修改完善设计。

设计意图：学生自主选择制船材料进行设计，提升创新能力。设计过程中学生需综合考虑多方面的因素，养成权衡意识和优化意识。该过程体现了STEAM理念下多学科的整合，培养学生综合运用多学科知识的能力。

5.合作制造

开展“我是船舶建造师”活动，教师讲授工具的种类和使用方法。学生根据设计方案合作制船，教师给予适当的指导和帮助。

设计意图：学生在制作过程中锻炼动手操作能力，以及解决问题的能力。

6.测试评估

开展“让船到彼岸”的活动，同时比较船的载重量，各小组的船中至少放置5个螺母。各小组的船从同一起跑线出发，比赛谁的船先到达终点，教师记录各小组的船到达终点的时间。

设计意图：教师通过比赛形式激发学生的积极性，活跃课堂氛围，丰富课堂形式。

7.展示评价

教师组织小组展示作品。各小组学生汇报船的特点、制作过程中遇到的困难、如何解决困难、船的比赛成绩等。每个主题活动设计了相应的实验记录单或学习任务单，以便学生及时记录学习成果。学习能力评价量表设计了信息处理、探究学习、团队合作、设计制作、汇报交流这五个维度对学生的学习成果和课堂表现进行评价。

设计意图：学生在展示评价的过程中既进行了自我反思，又锻炼了表达交流能力。

四、“航远计划”教学评价

教师选择五年级两个班级作为“航远计划”的实验班，另外两个班作为对照班根据教科版教材的课时安排进行传统教学，以获得对比分析。在对照班，教师按照教材编排的7个课时进行教学，每个课时包括教学设计的基本步骤，教学过程中结合多媒体和教材中的实验进行讲解、指导，学生按部就班进行学习活动。观察发现，对照班的部分学生制作船的思路不清晰，制作的船多与教材中的图片类似。

为获得STEAM理念下小学科学教学实施效果，通过收集的问卷和评价量表进行统计分析。对照班共91人，实验班共94人，总计185人。进行船的教学前，对四个班发放前测问卷并分析。在分别进行传统教学和STEAM教学后发放后测问卷和评价量表并分析。

1.科学知识掌握情况

对照班和实验班学生的前测水平相当，在教学后，两种教学班的大部分学生基本能够掌握船的科学知识。但实验班的学生对科学知识的掌握情况高达94.7%，比对照班的学生高4.5%，说明实验班的学生学习的专注力会更高，对知识有更深入的理解。

2.学习兴趣情况

对照班和实验班的学生在教学前对于学习的兴趣相当。教学后，对照班学生的学习兴趣变化不大，而实验班的学生对学习的兴趣从68.1%增加到了87.2%，比对照班的增幅大。这说明STEAM教学更能激发学生的学习兴趣。

3.学习态度与能力水平

为获得学生在科学课上的学习态度与能力水平情况，问卷调查从信息处理、探究学习、合作交流和动手实践方面设置了相应的题目。

对比发现，实验班的学生学习态度和能力水平明显比对照班高，且差距明显。这说明STEAM教学能够促进学生的学习态度和各方面能力的培养。

[项目：2024年长沙师范学院大学生创新创业训练计划项目“基于乡土资源的农村小学科学项目化活动设计与实践探索”]

（作者：王亚敏，长沙师范学院科学教育专业副教授，博士研究生；周林洁，湖北省襄阳市第十中学教师；刘嘉乐，长沙师范学院科学教育专业本科生）

参考文献

[1]石仁菊. 基于“5E”教学模式的小学科学教学设计——以教科版“溶解”单元为例[D].重庆：重庆大学，2020.

[2]符宏凛.基于科学探究的STEAM活动设计与实施研究——以《鼹鼠机器人的设计与制作》为例[D].桂林：广西师范大学，2022.

[3]胡翠翠.STEAM教育理念下的小学科学课教学设计研究[D].临汾：山西师范大学，2021.