宗艷

【摘 要】STEAM教育倡導多學科交叉融合，是中小學校培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的重要途徑，“如何開展STEAM教育”已經(jīng)成為我國教育界的研究熱點。本文通過對STEAM教育理念的分析、對國內(nèi)外STEAM教育活動模式的探究，提出基于項目的“五步三維”STEAM教育模式，并通過對STEAM教育成功案例的實踐研究，驗證該模式在中小學教育實踐中的科學性、有效性，以期使該模式為各學校開展STEAM教育活動提供參考。

【關鍵詞】項目 “五步三維” STEAM教育 模式 實踐

STEAM教育是包含科學（S）、技術（T）、工程（E）、藝術（A）、數(shù)學（M）等領域的跨學科教育，近年來在我國受到廣泛關注，同時也面臨著“如何開展”等諸多問題。2021年6月，國務院印發(fā)了《全民科學素質(zhì)行動規(guī)劃綱要（2021—2035年）》，指出要激發(fā)青少年的好奇心和想象力，增強科學興趣、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，培育一大批具備科學家潛質(zhì)的青少年群體，為加快建設科技強國夯實人才基礎。因此，探索基礎教育中的STEAM教育理念、STEAM教育模式，對學校開展STEAM教育、推動科技創(chuàng)新教育實踐具有積極的現(xiàn)實意義。

一、STEAM教育理念

STEAM教育是一個內(nèi)涵豐富、系統(tǒng)完整的教育體系。根據(jù)聯(lián)合國教科文組織2019年報告《探索21世紀STEAM能力》，可以得出STEAM教育的設計理念：STEAM教育以真實問題為基礎，以培養(yǎng)能力為根本，深度融合科學（S）、技術（T）、工程（E）、藝術（A）、數(shù)學（M）等學科知識，并將這些學科的知識與技能統(tǒng)籌運用?；诖耍覀兛梢哉沓鲋行WSTEAM教育的基本理念：

（一）基于真實情境，解決真實社會中的具體問題

STEAM教育項目緊密融合學習、生活、社會實踐，創(chuàng)造性地解決真實社會中的具體問題，能夠激發(fā)學生的內(nèi)在學習動機，使學生在不斷探索中逐漸增強創(chuàng)新意識、形成創(chuàng)新思維，繼而提升創(chuàng)新能力。

（二）運用項目學習方式，設計目標導向的教育活動

項目式學習強調(diào)學生以任務目標為導向進行自主學習。項目驅(qū)動的學習能夠整合多學科知識，讓學生在真實情景中積累學習經(jīng)驗、樹立正確的價值觀，在構建自我認知、培養(yǎng)創(chuàng)造思維過程中提升創(chuàng)新實踐能力。

（三）講求團隊合作，提升學習者多維度技能

STEAM教育活動大多以團隊形式開展，在共同學習目標環(huán)境中，成員之間的任務需要有效的溝通協(xié)作。團隊合作的學習模式，可以培養(yǎng)學生的團隊意識，以及自主探究、協(xié)作探究能力，還能促使學生為了配合多角色分工，自主學習多維度的技能。

二、“五步三維”STEAM教育模式構建

STEAM教育倡導對“知識+技能”的培養(yǎng)，與傳統(tǒng)教學模式相比，STEAM教育更加注重“能力本位”，國內(nèi)學者已多次驗證跨學科STEAM教育對學生高階思維的培養(yǎng)具有顯著效果。當前被大家普遍認可的STEAM教育活動原則以STEAM素養(yǎng)提升為目標，以解決真實情境問題為基礎，強調(diào)跨學科學習。目前較為成熟的STEAM教育模式主要有“5E教學模式”和“6E教學模式”，“5E教學模式”包括Engagement（參與）、Exploration（探究）、Explanation（解釋）、Elaboration（遷移）及Evaluation（評價）環(huán)節(jié)，教學活動以學生為中心;“6E教學模式”包括Engage（引入）、Explore（探索）、Explain（解釋）、Engineer（設計）、Enrich（深化）以及Evaluate（評價）。這些STEAM教育模式為我校的教育實踐活動提供了重要參考。

基于國內(nèi)外常用的STEAM教學模式，結合我國中小學的實際教學情況，本研究設計了適合我國中小學STEAM教育的“五步三維”STEAM教育模式（見圖1），該模式包括項目確定、團隊組建、功能實現(xiàn)、項目完善、評審優(yōu)化五個活動步驟，以及活動步驟、活動內(nèi)容、計算思維培養(yǎng)三個維度。模式對每個活動步驟的內(nèi)容進行了具體展示，并且標識出每個活動步驟相應的計算思維核心能力培養(yǎng)。

三、“五步三維”STEAM教育模式實踐研究

（一）實踐案例

本研究選取深圳市羅湖區(qū)一所學校的“防燙傷智能安全餐具”項目作為案例，對“五步三維”STEAM教育模式展開實踐研究?！胺罓C傷智能安全餐具”項目源于學生對現(xiàn)實生活中被燙傷情況的解決想法，經(jīng)過項目團隊的不斷創(chuàng)新與改進，最終形成了完善的作品，并在多個科創(chuàng)類競賽中獲獎。

1.項目確定，制定前期規(guī)劃

在項目的開發(fā)過程中，方向一旦出現(xiàn)問題，則意味著后期大量的人力、物力、時間的投入都無法取得預期的收益，因此，項目開發(fā)初期最重要的便是前期開發(fā)規(guī)劃。在確定“防燙傷智能安全餐具”項目后，團隊成員需要利用思維導圖構建項目問題矩陣，制定項目規(guī)劃。

2.團隊組建，成員開發(fā)能力維度自查與技能補齊

通過對成員能力維度表的分析，根據(jù)成員的個人特長，安排相應的“工作任務”，讓每個團隊成員扮演一種角色，并提升相應的能力。如“項目經(jīng)理”（提升項目管理能力）、“產(chǎn)品設計師”（提升二維、三維創(chuàng)作能力）、“硬件工程師”（提升開源電子開發(fā)能力）等。

3.功能實現(xiàn)，進行項目功能設計及硬件、軟件功能實現(xiàn)

項目形成方案的過程中，可以結合奧斯本檢核表法確定樣機功能，對項目功能進行進一步優(yōu)化，形成更詳細的設計方案。然后根據(jù)團隊自身的情況進行刪減，確定最初的項目功能。

功能設計完成后，就要開始實現(xiàn)作品的硬件功能和軟件功能。

（1）硬件功能實現(xiàn)。青少年科技創(chuàng)新作品一般不需要考慮“產(chǎn)品化量產(chǎn)”的需求，因此推薦使用開源硬件進行原型機開發(fā)?！胺罓C傷智能安全餐具”使用Arduino進行開發(fā)，其特點是硬件價格低廉，擴展性強;軟件開發(fā)環(huán)境免費，支持大量圖形化編程軟件。初步選定了硬件平臺之后，需要完成硬件功能拆解，并選擇相應的模塊（器件），再通過軟件開發(fā)調(diào)試，逐一實現(xiàn)其功能。在功能拆解環(huán)節(jié)，前期拆解得越詳細，項目的開發(fā)進度就會越快。

（2）軟件功能實現(xiàn)。選定硬件產(chǎn)品后需要下載代碼才能運作。Arduino平臺常用的編程軟件包括官方軟件Arduino IDE，圖形化軟件的Mind+和Mixly等，入門都比較簡單。在進行軟件編程之前，必須結合前期的產(chǎn)品功能邏輯和硬件功能規(guī)劃拆解，對軟件運行的流程進行對應的梳理，確定軟件編程邏輯，這樣可以起到事半功倍的效果。

4.項目完善，完成作品的外觀設計

計算機輔助設計是產(chǎn)品設計行業(yè)最常用的方式，相關的設計專業(yè)軟件也非常多。結合軟件的普及性、功能性與難易程度，“防燙傷智能安全餐具”項目使用了CREO、KeyShot 、Photoshop等幾種功能強大、兼容性強、資源豐富的軟件，對作品的外觀進行設計（見圖2）。

5.評審優(yōu)化，進行項目評審及迭代優(yōu)化

項目在開發(fā)的過程中，評審與優(yōu)化始終存在。在青少年創(chuàng)新的項目評審中，以協(xié)作的形式來進行評審更為合適，不需要資深的專家，可以是同學、家長、教師等，只要愿意參與測試就可以。協(xié)作啟發(fā)式評審以小組為單位，能夠很好地整合出更多的問題，并加以改進。

通過協(xié)作啟發(fā)評審小組會議討論，把相同、相近的問題統(tǒng)一，可優(yōu)化的問題保留下來，然后整理出整個項目存在的各種問題。用評審結果分析陣圖（陣圖象限的分離可以根據(jù)不同項目類型進行調(diào)整）把問題分為6～8個大類，分別跟項目評審中的問題記錄對應，分析陣圖圖紙由中心向外按照問題嚴重等級依次為：小問題、次要問題、主要問題、災難性問題，把問題標注出來，使評審結果一目了然。

通過協(xié)作啟發(fā)式評審，可以得知當前作品存在哪些問題;通過陣圖分析，可以厘清哪些模塊最迫切需要優(yōu)化。以此為依據(jù)，項目成員可以對作品進行高效的迭代優(yōu)化。

（二）實施效果

“五步三維”STEAM教育模式在羅湖區(qū)多所中小學進行小組單元教學實踐，各小組項目均順利完成，并取得優(yōu)異成績，其中“防燙傷智能安全餐具”“自動飛行救生圈”項目獲得了廣東省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎及深圳市比賽一等獎。同時，“五步三維”STEAM教育模式從教學實踐出發(fā)，系統(tǒng)分析STEAM課程實踐的教育模式，將跨學科的知識點、能力點統(tǒng)籌歸納并可視化表達，參加該模式教學實踐的學生通過學習已對學習環(huán)節(jié)安排、自主學習補齊技能掌握更熟練、運用更高效，并且，在完成一個項目的學習后，學生的跨學科知識及各種技能都得到顯著提升。

從對學生知識技能、思維發(fā)展的研究中可以得出：

（1）學生能夠掌握STEAM各方面的知識技能。從課堂學習觀察、項目任務完成情況來看，團隊成員都能夠在項目學習中順利完成知識技能的學習，并予以應用。

（2）學生的計算思維顯著提升。在開展項目學習前后對學生計算思維的創(chuàng)造力、邏輯思維能力、問題解決能力、批判思維能力、合作能力等各個維度進行檢測，結果顯示計算思維各個方面均值都有明顯提升。因為本次實踐數(shù)據(jù)是面向較優(yōu)秀學生進行采集的，所以在后續(xù)的實踐研究中將通過增加各層次研究對象來驗證數(shù)據(jù)的代表性。

（3）學生在項目課程后對STEAM職業(yè)興趣明顯增加。經(jīng)過一個周期的STEAM課程學習，學生的STEAM職業(yè)興趣顯著增加。通過對參與學習的學生群體進行問卷調(diào)查，結果顯示超過90%的學生希望將來從事STEAM相關方面的工作。

四、總結與展望

基于項目的“五步三維”STEAM教育模式，有助于明確教學目標、教學內(nèi)容以及教學策略，把握STEAM教學的整體教育實踐方向，促進學生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。本研究從STEAM教學實踐出發(fā)，通過成功的教學案例，明確基于項目的“五步三維”STEAM教育模式，能夠促進學生知識、技能的提升，助力品格和態(tài)度的養(yǎng)成，推動學校立德樹人根本任務的實現(xiàn)。本模式研究目前還只是面向?qū)W校的社團小組群體，數(shù)據(jù)采集還不是十分完善，后續(xù)將擴大“五步三維”STEAM教育模式的實施范圍，增加各層次研究對象，以獲得更加科學的實驗數(shù)據(jù)。

當前中小學的STEAM教育實踐還存在一些問題和矛盾，通過本次研究提出如下建議：深化課程改革，加速STEAM教育模式從概念體系向教學實踐的轉(zhuǎn)化;加強各學科整合，提升STEAM教學的學科融合程度;加大STEAM教師專業(yè)培養(yǎng)力度，保障STEAM教育課程的設計與實施順利進行;增加真實情境學習環(huán)境，升級STEAM教育教學的學習實效。