陳子宜

【摘 要】為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新精神，提升自主可控意識和數(shù)字素養(yǎng)與技能，本文從“未來太空車”項目背景、基于STEAM理念的項目教學(xué)分析和項目實施方案等方面展現(xiàn)指向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計，形成了建立小組、明確任務(wù)、合作探究、作品展示、課內(nèi)初評、反思優(yōu)化和迭代評價等七個環(huán)節(jié)的項目式教學(xué)模式，同時為教師開展“跨學(xué)科主題融合”的STEAM課程教學(xué)提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】深度學(xué)習(xí)；STEAM；項目式教學(xué)；跨學(xué)科

【中圖分類號】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）01-077-03

2022年，義務(wù)教育新課程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)有了新的變化，其中把“跨學(xué)科主題”作為信息科技課程內(nèi)容的重要組成部分。為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新精神，提升自主可控意識和數(shù)字素養(yǎng)與技能，我們要變革教學(xué)方式，注重創(chuàng)設(shè)真實情景，以真實項目主題引導(dǎo)學(xué)生動手操作實踐，發(fā)揮信息科技課程育人功能。本文以“未來太空車”項目為例，闡述如何落實指向深度學(xué)習(xí)的STEAM項目式教學(xué)。

深度學(xué)習(xí)是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程[1]。指向深度學(xué)習(xí)的STEAM項目式教學(xué)即通過創(chuàng)設(shè)真實情景，學(xué)習(xí)小組成員運(yùn)用項目式學(xué)習(xí)創(chuàng)作含有STEAM元素的項目作品，在合作探究過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生主動獲得知識的重新建構(gòu)和學(xué)會知識的遷移，提升學(xué)生高階思維和解決復(fù)雜問題的能力，更好地促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

基于STEAM理念的項目背景分析

“未來太空車”是第八屆全國青年科普創(chuàng)新實驗暨作品大賽的科普實驗單元。本項目僅限定裝置動力系統(tǒng)、電池容量、裝置重量及尺寸范圍，裝置材料和運(yùn)動方案沒有限制，要求參賽隊員能夠制作爬越障礙物的“未來太空車”項目作品。根據(jù)學(xué)生實際情況，我采用以“模仿—改進(jìn)—創(chuàng)新”為主線的項目式學(xué)習(xí)設(shè)計思路。首先讓學(xué)生根據(jù)套件模仿組裝出簡單的“未來太空車”作品，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索熱情。接著通過爬越障礙物比賽來刺激學(xué)生不斷改進(jìn)原來的作品，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步主動去獲取物理、數(shù)學(xué)和信息科技等學(xué)科知識，從而不斷解決探索過程中遇到的各種復(fù)雜問題。最后，有部分優(yōu)秀的學(xué)生會舍棄舊方案，重新設(shè)計新方案并制作成新的優(yōu)秀項目作品，從而達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生具有科學(xué)精神、創(chuàng)新精神和自主可控意識的目標(biāo)。

1.賽道要求

賽道材料使用木板制作，表面粘復(fù)印紙，賽道寬度30cm，出發(fā)點到障礙物距離30cm，越障后至終點線距離30cm。

2.裝置要求

裝置長、寬和高不能超過20cm×20cm×25cm；重量不超過300g；裝置動力系統(tǒng)使用N20減速電動機(jī)和2個CR2032電池，不指定廠家。

基于STEAM理念的項目教學(xué)分析

1.項目的STEAM要素分析

“未來太空車”的設(shè)計是一個典型的STEAM項目，它的STEAM要素及相關(guān)內(nèi)容如表1所示。

2.項目的教學(xué)目標(biāo)要素分析

“未來太空車”項目的教學(xué)目標(biāo)主要是以物理和數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，結(jié)合STEAM理念制定教學(xué)目標(biāo)要素如表2所示。

3.項目的課程內(nèi)容安排

本項目課程內(nèi)容分為兩個活動任務(wù)，每個活動任務(wù)都融合STEAM要素制定，具體課程內(nèi)容如表3所示。

基于STEAM理念的項目實施方案

1.課前準(zhǔn)備階段

本階段包含建立小組和明確任務(wù)兩個環(huán)節(jié)。

（1）建立小組。團(tuán)隊合作是開展項目式學(xué)習(xí)的一個重要組成部分，組建“好”的團(tuán)隊是開展項目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。為此，教師先物色有較強(qiáng)組織能力和學(xué)科知識成績好的同學(xué)擔(dān)任小組長，然后讓小組長按照不同層次的學(xué)生和性別均衡原則自由建立學(xué)習(xí)小組，這種做法既可以避免出現(xiàn)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，弱弱組隊”的搭配現(xiàn)象，又培養(yǎng)了學(xué)生的集體意識和合作意識。

（2）明確任務(wù)。提前發(fā)放主題項目相關(guān)材料，各小組成員利用空余時間進(jìn)行探討和交流，讓大家提前明確項目工作任務(wù)和探究流程，有利于提高項目式學(xué)習(xí)效果，同時也節(jié)約了課堂探究時間。

2.課中實踐階段

本階段包含合作探究、作品展示和課內(nèi)初評三個環(huán)節(jié)。

（1）合作探究。各小組成員根據(jù)課前分解的項目工作任務(wù)進(jìn)行合作交流，不斷解決探究過程中遇到的各種問題，逐步把集體設(shè)計的項目作品付諸實踐創(chuàng)作，有效提高項目式學(xué)習(xí)效果。如在創(chuàng)作“未來太空車”項目作品時，小組成員通過合作探究把套件材料組裝成能翻越障礙物的項目作品，大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)會自主探究；接著在調(diào)試“未來太空車”作品時，通過開展項目作品攀爬高度比賽，促使小組成員在合作探究中更加深入研究項目作品使用的材料和方案，不斷學(xué)習(xí)組裝、測量和數(shù)據(jù)分析中涉及的物理、數(shù)學(xué)和信息科技等學(xué)科知識，在解決問題過程中踐行深度學(xué)習(xí)的行為，同時創(chuàng)作出優(yōu)秀的項目作品。

（2）作品展示。各小組成員共同努力完成相應(yīng)項目作品后，班級開展以小組為單位的作品展示活動，記錄項目作品的相關(guān)數(shù)據(jù)。這種做法的目的是讓各小組學(xué)生知道每節(jié)課一定有展現(xiàn)項目成果環(huán)節(jié)，從而促進(jìn)他們從課前階段就認(rèn)真開展合作探究活動。同時也為學(xué)生提供作品交流的平臺，讓大家在作品展示過程中認(rèn)識到自己的不足，從而為課后反思優(yōu)化提供改進(jìn)思路。

（3）課內(nèi)初評。結(jié)合作品展示收集的數(shù)據(jù)和項目評價標(biāo)準(zhǔn)，班級開展課內(nèi)項目作品初評，主要是采用小組自評、小組互評和教師總評等方式對項目作品進(jìn)行多元化評價，同時讓優(yōu)秀項目作品的小組成員分享經(jīng)驗。這種做法有利于為其他小組成員在課后反思優(yōu)化提供思路。

3.課后反思階段

課后反思階段包含反思優(yōu)化和迭代評價兩個環(huán)節(jié)。

（1）反思優(yōu)化。允許各小組成員在課后根據(jù)課內(nèi)作品初評成績進(jìn)行反思優(yōu)化，找出本小組作品存在的問題，然后利用課余時間對項目作品進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)。

（2）迭代評價。設(shè)置動態(tài)評價機(jī)制，允許經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)后的項目作品繼續(xù)挑戰(zhàn)前面評選的優(yōu)秀項目作品，形成迭代評價機(jī)制，不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意意識和創(chuàng)新精神，讓學(xué)生只要自己不愿意服輸，都可以一直在挑戰(zhàn)項目作品的路上。

基于STEAM理念的“未來太空車”項目教學(xué)案例

1.安裝未來太空車

（1）課前準(zhǔn)備階段。先挑選優(yōu)秀小組長，然后讓小組長組建學(xué)習(xí)小組，成員要有好、中和差三種等次的學(xué)生，并且要考慮男女性別人數(shù)均衡。隨后給各小組發(fā)放“未來太空車”項目材料和“未來太空車”組裝圖片，以小組為單位提前熟悉完成組裝“未來太空車”項目作品的流程。

（2）課中實踐階段。在此階段中，我采用以下流程開展課中實踐活動。首先展示“未來太空車”樣品，然后介紹“未來太空車”項目的背景以及項目作品的競賽規(guī)則。提示各小組學(xué)生在組裝“未來太空車”時需要注意的工程問題：電動馬達(dá)和底板安裝一定要緊固；齒輪組齒輪正確緊密嚙合；行星輪和轉(zhuǎn)動桿要緊密卡緊。各小組根據(jù)圖紙組裝“未來太空車”作品，教師巡查課堂，及時解答學(xué)生在合作探究過程中遇到的問題。各小組組裝好“未來太空車”項目作品后，接著進(jìn)行爬高比賽作品展示，分別記錄各小組作品爬行高度數(shù)據(jù)。通過小組自評、小組互評和教師總評等方式評出課內(nèi)優(yōu)秀作品，并且邀請優(yōu)秀作品所在小組的成員上臺分享經(jīng)驗。

（3）課后反思階段。允許各小組成員找出本組項目作品存在的問題，然后反思改進(jìn)和調(diào)試項目作品。允許各小組用反思優(yōu)化后的項目作品挑戰(zhàn)課內(nèi)優(yōu)秀項目作品成績，形成迭代評價機(jī)制。這種做法既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)意意識和創(chuàng)新精神。

2.調(diào)試未來太空車

（1）課前準(zhǔn)備階段。學(xué)生利用勾股定理計算爬行高度和行星架長度、支桿長度之間的數(shù)據(jù)。延長行星架和支桿的長度要考慮符合裝置的長、寬、高尺寸不超過20cm×20cm×25cm（初始尺寸和完賽狀態(tài)）。發(fā)放延伸行星架和支桿長度的相關(guān)材料，小組探討延伸材料和方案。

（2）課中實踐階段。在此階段中，我采用以下流程開展課中實踐活動。一是展示部分學(xué)生已經(jīng)完成改進(jìn)后的“未來太空車”樣品，這種做法既滿足了主動探究學(xué)生的成功感和榮譽(yù)感，又能夠為其他學(xué)生提供改進(jìn)的思路和方案。二是提示各小組學(xué)生在延長行星架長度和支桿長度時需要注意的工程問題：在裝置最大尺寸范圍內(nèi)，支桿和行星架最優(yōu)長度需要利用勾股定理計算；行星架和支桿延伸材料要考慮爬行時與紙面的摩擦力問題；如果采用伸縮延伸方案，要考慮裝置伸展和縮回時間，伸縮過程不能超過3分鐘。三是各小組在原有的“未來太空車”作品基礎(chǔ)上，根據(jù)課前探討的延伸方案實施延伸行星架長度和支桿長度，教師巡查課堂，及時解答學(xué)生在合作探究過程中遇到的問題。四是各小組完成延伸方案的“未來太空車”項目作品后，接著進(jìn)行爬高比賽作品展示，分別記錄各小組作品爬行高度數(shù)據(jù)。五是通過小組自評、小組互評和教師總評等方式評出課內(nèi)優(yōu)秀作品，并且邀請優(yōu)秀作品所在小組成員上臺分享經(jīng)驗。

（3）課后反思階段。各小組成員找出本組項目作品存在的問題，然后改進(jìn)和調(diào)試作品；或者根據(jù)比賽規(guī)則重新使用新材料和新方案完成新的“未來太空車”項目作品。各小組互相PK優(yōu)化的項目作品，不斷挑戰(zhàn)新的項目作品成績，不斷形成迭代評價。

基于STEAM理念的“未來太空車”項目教學(xué)非常符合深度學(xué)習(xí)的特征，學(xué)生圍繞著“未來太空車”挑戰(zhàn)性主題開展小組合作探究，全身心積極參與組裝、計算數(shù)據(jù)、選擇材料和方案、改進(jìn)方案和優(yōu)化調(diào)試等環(huán)節(jié)，通過一次又一次刷新“來來太空車”項目作品翻越障礙物的高度，讓他們體驗到成功的樂趣，也培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新精神和動手操作能力，從而讓他們真正體驗有意義的學(xué)習(xí)過程。

注：本文系廣東省中小學(xué)教師培訓(xùn)中心專項科研項目2021年度課題“指向深度學(xué)習(xí)的STEAM項目式教學(xué)課例開發(fā)與實踐研究”（課題立項號：GDSP-2021-Q008）、廣東省教育研究院2020年STEM教育專項研究課題“珠海市實驗中學(xué)STEM教育編程學(xué)習(xí)課程的建設(shè)研究 （課題立項號：GDJY-2020-S-b027）”的階段性研究成果，受廣東省周莉萍名教師工作室資助

參考文獻(xiàn)

[1]張鵬，郭恩澤. 指向“深度學(xué)習(xí)”的教學(xué)策略研究[J]. 教育科學(xué)研究，2017（9）： 5.

作者單位：廣東陽江市江城第一中學(xué)