基于STEAM教育理念的小学科学教学设计与实施初探

摘要：STEAM教育在美国的迅猛发展，为我国学者的研究打开了一个新的视角。随着对STEAM教育的深入了解，不难发现它的优势所在。新版小学科学课程标准强调开展STEAM教育，促进跨学科整合。在实际的科学教学过程中，如何践行STEAM教育理念，与小学科学课程进行有效融合，这需要一线的小学科学教师们积极探索和实践。 关键词：STEAM教育 小学科学 教学设计 一、研究背景

（一）STEAM教育理念的发展

随着学科整合课程的兴起和推广，国人开始关注到美国的STEM教育。说到STEM教育，要从1986年美国国家科学研究委员会发表的《本科的科学、数学和工程教育》算起，在这份文件中，它明确提出了“科学、数学、工程和技术教育集成”的纲领性建议，强调为适应未来社会的挑战，应该“使美国下一代成为世界科学和技术领导者”。不仅如此，美国在往后的数年中，逐渐出台了多部关于发展STEM教育的政策法规 。在政策法规和政府资金的双管扶持下，美国的STEM教育以非常迅猛的速度发展起来并逐步趋于平稳。在STEM教育发展到一定程度的阶段，STEAM教育开始被提出，最早提出STEAM教育的是美国弗吉尼亚理工大学的学者格雷特·亚克门（Georgette Yakman）及其团队。贾斯汀·布雷迪（Justin Brady）也认为，艺术是点燃创造力的火花，在引导学生创造性思维的培养中，加入艺术的STEM教育犹如插上一双腾飞的翅膀。安迪·康纳（Andy Connor）也赞同在STEM教学中加入艺术的成分[1]。我国的研究者们也结合具体国情积极发展STEAM教育，努力探索适合本国发展的教育路径。2015 年 9月，国家教育部在《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中正式提出探索STEAM教育的教学模式[2]。国家逐步重视STEAM 教育的发展，鼓励将STEAM教育理念与我国现有的课程相融合，助力我国新课程改革，从而为我国的经济社会发展培养具有创新能力和综合能力较高的人才。 （二）我国小学科学课程目前存在的问题

在小学科学教育备受重视的同时，小学科学课程的问题也在日益凸显。在传统的科学教学课堂，科学教师习惯于将教材的内容以知识化的形式教授给学生们，学生的主体地位比较难得以体现，虽然随着教师们的教育观念的更新，科学教师的教学方式也在努力更进，以期能跟得上时代的脚步，但还是难免陷在窠臼里。传统的科学课程教学方式不利于学生们形成开放式的思维模式，离能成功调动起学生的积极主动性还相差略远，加之家长们对科学课程的重视程度有限，很大一部分的学生其科学视野较窄，没有适量的科学认知储备便谈不上创新，相应的在这方面的成果就会相对薄弱，学生们找不到成就感，对科学的兴趣也就日渐衰退，要想打破这样一个恶性循环链，必须打破原本的结构组成，除了教师个人自身上素质必须极力提高之外，还需要更新我们现下使用的科学教材以及相对应的课程设计。在教材方面，自2017年小学科学新课程标准出台之前，国家层面就已经积极组织相关人员编写了一、二年级的科学教材，并在新课程标准发布的时候，一二年级的教材跟着一起发布并投入使用。教育部计划从2019年9月起更新三年级的科学教材，往后逐年递更，直至将现行的旧科学教材全部更新为新教材。从一、二年级的教材来看，新教材很大一个亮点是紧跟课程标准的变化而变化，新课程标准规定，除了原本的物质科学、生命科学、地球与宇宙科学三大领域，新增加了技术与工程领域，同时也强调了加入数学和艺术，开展STEAM教育，促进跨学科整合。面临一系列的新形势新变化，基于STEAM理念下的小学科学课程设计显得尤为得重要，如何能够从学生出发，并在实践中回到学生身上，需要一线的科学教育工作者们和研究者们精心设计课程教学设计，并在实践中高效践行设计理念，这一切都值得我们深入探讨和挖掘。 二、概念界定

（一）STEAM教育的内涵

STEAM 是 Science(科学)、Technology(技术)、Engineering(工程)、 Arts(艺术)和Mathematics(数学)五个英文单词第一个字母的缩写，是一种集技术、工程、科学、艺术和数学的多学科融合的综合教育理念。STEAM教育是从STEM教育演变而来。STEM教育自提出之日起就受到了广泛的重视，美国政府的法令和资金支持，促使STEM教育以非常迅猛的速度发展着并逐渐趋于稳定状态。也正是在这个时候，STEAM教育被提出，艺术（A）的融入为 STEM 教育提供更广阔的发展空间，为问题的解决提供一种新思路。上世纪90年代，STEAM 教育逐渐在美国、韩国、日本以及其他欧洲发达国家开始盛行，以此增强国家创新力，推动经济社会的发展。STEAM教育理念倡导将不同学科知识进行整合，以跨学科的方式对学生进行综合教学，引导和鼓励学生运用综合的知识、技能解决真实世界中遇到的问题[3]。STEAM 教育注重实践，注重对创新能力和创造力的培养，倡导“做中学”。根据对近几年逐渐兴起的STEAM教育的主流课程的研究，有少儿编程教育、3D 打印、机器人教育等新兴课程。STEAM可将教学内容从独立性关注到多个学科通过自然集成性的教学方式进行整合，进而实现目标的整体性建构和认知[4]。在教学过程中培养学生的创新思维和创造能力、与团队的沟通、交流协作能力，学会学习和终身学习能力，帮助学生适应经济社会的不断变化。 （二）STEAM教育的特点

关于STEAM教育的特点，目前对其给出界定的研究者甚少，而对于STEM教育的特点讨论的人就多一些。姑且从窥探STEM教育特点起，来逐步认识STEAM教育的特点。李扬在他的《STEM教育视野下的科学课程构建》中提到STEM教育具有开放与动态性、回归性、实践性、丰富性和综合性的特征[5]。在《STEM教育理念与跨学科整合模式》中，余胜泉和胡翔将STEM教育的核心特征阐述为具有跨学科性、具有趣味性、具有体验性、具有情境性、具有协作性、具有设计性、具有艺术性、具有实证性和具有技术增强性[6]。肖小艺在她的《基于STEM的小学科学课程设计研究》中提到STEM教育具有跨学科性、实践性、开放性、艺术性、设计性等特征[7]。结合各研究者对STEM教育特点的讨论，笔者认为，加入艺术（A）元素的STEAM教育首先应该具有艺术性的特点，A的加入无疑使STEM教育的内容更为丰富，形式更为多样，其次笔者认为STEAM教育还具有综合性、情境性、实践性、趣味性等特点。

1.艺术性

艺术（A）的加入让STEM教育披上了艺术的光环，STEAM教育的艺术性强调了把STEAM教育和人文、社会科学联系起来[8]。

2.综合性

STEAM教育的综合性不仅体现在将科学、技术、工程、数学、艺术这几门学科整合起来，用一种综合性的方式进行系统化教学，还体现在具体的实践和评价中。在STEAM教育的具体研究中，众多学者也在不停得探索适合的评价机制，以期能够可持续激发学习者的兴趣和发展动力。

3.情境性

STEAM教育以真实的生活情境为背景，强调具体的情境中“做中学”、“学中思”。

情境化的学习方式强调学生动手与动脑相结合，在学习中逐步树立自我效能意识，培养学生的探究能力[9]。

4.趣味性

基于STEAM教育离不开趣味性。例如：鸡蛋受到大气压强的原理可以被吸进烧瓶里；厨房的菜香味坐在客厅都能被鼻子闻到；玩小球滚斜坡的游戏时，坡越高滚得越快等等生活中有趣的实际例子就能够引发孩子们进行一系列的探索和钻研。这是学生们联系生活实际的纽带，所以利用有趣的生活案例为引子，促进学生们的学习兴趣不失为一个良策。

5.实践性

STEAM教育强调以项目活动为基础，基于问题解决的学习，并获得实践的课堂体验[10]。在实践体验中建立师生良好的互动关系，为促进平等师生关系发挥光和热。

三、STEAM教育在教学实践活动中的分类 （一）分科教学的STEAM教育

STEAM教育首先应该是分科的教育，这是STEAM教育的基础。学生需要在理解单个学科的相关概念和教学内容的基础上建立学科间的联系，从而进行整合的STEAM教育，整合的STEAM教育并非越多越好，不能完全取代分科教学的STEAM教育。分科的STEAM教育兼顾各科的学科核心知识体系，它与一个个单独的STEAM教育项目不一样，而是有其内在的知识连接。比如，小学科学课程，它就有四条明显的核心线索，分别是物质科学领域（能量、物质构成、运动、力的相互作用等），生命科学领域（植物、动物、生命的延续、生物与环境的关系），地球与宇宙科学领域（地球的运动、地球与宇宙、地球与人类的活动等），技术与工程领域（人工世界、发明、设计等）[11]。 （二）整合的STEAM教育

STEAM教育的核心是跨学科，以跨学科的方式进行STEAM教育能够激发学生的学习动机，引发学生的学习热情，培养学生在真实的情境中的问题解决能力。STEAM教育的跨学科整合主要有以下几种范式：

1. 基于项目的学习教学模式

以项目为基础的课堂教学理念很早被引入小学课堂使用。项目教学的核心是学生事先计划好即将要完成的某项实践活动。开展这类活动，要求学生跨学科长期进行钻研和探究，整个过程是以学生为中心，教师起到的是辅助的功能。基于STEAM教育理念的科学课程尤其适合使用项目化学习。何为项目化学习？项目化学习与探究性学习、基于问题的学习有相似之处，皆是以一种问题为驱动，并持续深入探究，但项目化学习在看重研究过程的同时对成果和结论也同样看重[12]。

2.基于问题解决的学习教学模式

以问题为核心，创设有效的情境，引导学生提出问题，学生们通过讨论、协同学习生成创意，经过与专家的讨论与分辨，学生们继续自主进行探究和修正，从而解决问题并反馈。在此过程中，教师辅助学生达成目标，学生们在这个过程中学会应对问题，寻求解决方案，锻炼品质，提升核心素养。

3.基于工程设计的学习教学模式

设计与一般的简单活动不一样，其本质上是为了解决某一问题而生发的一种教学

策略。工程设计为学生们创造一个真实的情境，化抽象为具体，帮助学生理解相关概念。工程设计以其动态变化之特征而具显魅力。工程设计不能一蹴而就，需要进行迭代性得更改与校对，从一开始的确认问题到最后的产品生成，会经过一些列的反复与纠正。工程设计的主要步骤有：确认问题；调查研究，确认标准和条件；形成方案；验证其可行性；测试优化、调整方案；完善方案[13]。

四、基于STEAM教育理念的小学科学教学活动设计与实施

《制作简易太阳能热水器》教学设计选择苏教版小学科学二年级上册第二单元第4课《晒太阳》，二年级的学生以直观感受和初步的简单动手制作为基础，学生尝试观察日常生活的自然现象体悟太阳一天的活动，通过运用多种感官感知太阳是能够发光发热的。采用多学科多领域整合，培养小学生的思维能力和创新意识，提升小学生核心素养。本教学设计适用于低年级，用时建议1课时。

活动名称 制作简易太阳能热水器 活动目的 活动类型 准备器材 感知太阳能够发光发热。 探究性分组实验 每组黑色自封袋1只、塑料瓶1个、水50ml。 1.在塑料瓶中装入50ml的水。 2.将塑料瓶盖紧，放入黑色自封袋中，裹紧瓶子并放到阳光直射的地方。 活动步骤 3.10-15分钟后，将塑料瓶取出，水倒入烧杯，同时准备一杯从水龙头刚放出来的水，两者比较，说说有什么发现。 4.提供太阳能热水器的图片，将热水器上的集热管与晒的黑色的大塑料瓶相比，它们有什么相似之处。 5.收集与整理桌面。 1.为保证效果，水不易多。 注意事项 2.晒得时间根据季节变化可适当延长或缩短。 活动现象 活动结论 活动延伸 活动原理 活动评价 1.塑料瓶中的水摸上去比较从自来水龙头刚放出来的水热。 黑色塑料袋能够收集热量。 寻找生活中利用黑色物体吸热的现象。 颜色深的物体吸热性能佳。 是否完成活动设计和制作；成品是否美观；小组成员是否良好合作。 以上教学设计体现了STEAM教育教学理念的要求，学生们分小组活动，在形成的学习共同体中，学生们相互合作，相互讨论与沟通，共同解决问题，这就是STEAM教育理念背景下小学科学课程设计想培养的素养。由于目前关于STEAM教育理念背景下的小学科学课程尚处于发展阶段，在教学设计方面可借鉴的案例相对还比较有限，所以基于STEAM教育理念的小学科学教学设计还有很大的探索空间。

结论：STEAM教育在美国的迅速发展，也带动了各国对STEAM教育的重视，我国在STEAM教育方面的重视程度也在逐渐增强。STEAM教育强调跨学科的整合教育，小学科学课程与此理念的契合度非常高，所以二者之间的相互融合成为了国内学者探索小学科学课程的趋势，这也必定会对学生们的问题解决思维、工程设计思维、创新能力等起到重要影响。