基于案例分析的STEAM课堂教学模型构建研究

    龙子翅

    

    

    

    摘 ?要 为了更好地让steam教育在国内得到更好发展，采用文献分析法和内容分析法，在分析基于STEAM教育理念的优秀课程教学案例基础上，归纳并以6E设计型学习模式为理论优化构建课堂教学模型，以期为STEAM教育课堂教学实践以及理论研究提供借鉴。

    关键词 STEAM教育;案例分析;教学模型;6E设计型学习模式

    中图分类号：G642.0 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）06-0081-04

    1 STEAM教育概念

    STEM教育由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四个单词的首字母构成，后来加入艺术（Art）构成STEAM教育[1]。STEM教育自20世纪80年代在美国被提出以后，就引起各国的高度重视。如美国通过STEM教育培养人才，提升国际竞争力;日本通过STEM教育提升学生的学业成绩;德国推行STEM教育，培养高质量的劳动力[2]。

    2016年，我国教育部颁布的《教育信息化“十三五”规划》中提出：“要积极探索信息技术在众创空间、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力。”[3]我国也十分重视培养学生的创新思维、能力与技能，目前已经积极探索STEM课程的本土化实施[4]。

    以STEAM教育为理念的课程主要是多学科知识的交叉融合，多学科知识的整合，目的是培养学生的创新能力、思维、技能，与跨学科解决问题的能力，提升学生的综合运用能力，提高学生的核心素养。从全世界的教育行业的发展研究现状来看，无论是国内还是国外，对STEAM教育有很大的研究兴趣，对理论研究和实践探索都十分重视。

    因此，本研究集中于分析国内优秀的基于STEAM教育理念的课程教学案例，选取“修复玩具蜘蛛”校本课程案例，对教学目标、教学流程、教学模型进行分析，归纳出国内目前的一般性的课堂教学模型，并借鉴国内外优秀的教育经验和6E设计型学习模式，构建适用于我国国情的STEAM教育课程的教学模型，以提供给教育工作者参考和借鉴。

    2 6E设计型学习模式

    6E设计型学习模式是美国国际技术与工程教育学会于2014年提出的落实STEM教育的活动模式[5]，其六个阶段分别为参与、探索、解释、工程、深化、评价。该模式结合“科学探究”的思维和“工程设计”的实践，重视学生在感知和洞察真实情境的问题中，运用跨学科的知识，主动完成“需要学习”和“自主设计”的循环过程，解决真实情境的问题[6]。

    3 “修复玩具蜘蛛”课程案例分析

    “修复玩具蜘蛛”课程案例简介 ?“修复玩具蜘蛛”这节课是中学校本课程中的一个课程案例，来自中国江苏网教育公共服务平台，课程内容为中学校本课程中的“三维3D创意设计”。该课程与生活实际贴近，将技术、数学、科学、工程、艺术有机地融合，让学生在现实生活中运用多学科的知识去解决问题。

    “修复玩具蜘蛛”课程案例分析

    1）教学目标。

    ①知识与技能：了解工程设计制作过程及环节，并理解设计制作过程是有规律可循且动态的，并不是一步到位，需要不断进行改进优化。

    ②过程与方法：亲身实践设计制作的过程，懂得如何有计划、循序渐进地掌握科学的设计制作的方法，并且在讨论、探究、深思和团队合作过程中，提高表达、交流、评价、实践能力，培养团队协作意识。

    ③情感态度与价值观：初步形成并保持对技术的敏感和学习探究欲望，体会技术在问题解决过程中的曲折与艰辛。

    ④STEAM课程多维度教学目标如表1所示。

    2）教学流程。

    ①课堂导入及设疑。课程开始后，教师会介绍3D打印的前沿应用，随后直接进入主题，并提问：也许你们认为这些高科技的3D技术只是工程师的事，但是3D打印技术却给我们的生活带来了巨大的改变，你们能发现吗？学生深入思考。

    ②创设情境。学生沉思两分钟后，教师播放一段视频：父亲为先天有残疾的儿子制作3D义肢。引导学生进行视频分析，共同梳理父亲设计制作义肢的过程，并将主要设计制作义肢环节板书黑板。

    【设计意图】视频中深厚的父爱能够深入打动学生，激发学生继续学习的兴趣。教学方式上采用引导—分析—探究的方法，师生一起梳理视频，得出工程设计制作过程的必要环节，容易被学生接受理解，与STEAM教育的情境性一致。

    ③发现与明确问题。在创设情境后，教师引导学生认真观察讲台上的玩具蜘蛛的爬行状况，让学生发现这个蜘蛛忍受着身体残缺的痛苦，并引出本节课的任务：学习制作义肢并修复有残疾的玩具蜘蛛。

    【设计意图】选择生活中的问题，在解决实际问题过程中，教师引导学生学会运用多种学科知识与技能去解决遇到的问题，符合STEAM教育的跨学科性。

    ④方案构思。发现玩具蜘蛛的爬行问题后，教师引导学生拆下玩具蜘蛛的另外一条正常的腿部零件，用言語指导学生将腿部零件轮廓描绘在白纸上以及测量其尺寸，再引导学生对此问题进行小组讨论。

    【设计意图】求解零件部位的圆弧半径的知识是数学知识，用数学知识去解决问题，触发学生学会探究学习。学生能在亲身实践过程中学会找出误差度更小的计算测量方法，对所学知识点有更加深刻的理解和整合，从掌握单纯零散知识点转为掌握解决实际问题的方法。

    ⑤图样的设计绘制环节。学生使用三维软件设计制作腿部零件模型，教师巡视并指导和帮助学生解决课堂生成性问题，建立解决问题的信心。

    ⑥模型的制作环节。在学生设计完草图后，教授学生使用3D打印机并指导学生打印零件模型。理解相关3D打印加工工艺，考虑义肢的美观性，符合STEAM教育的艺术性。学生首次打印出的零件部位并不顺利，教师引导学生分析不成功的原因，让学生去解决课堂生成性问题。

    【设计意图】教师对生成性的问题进行及时指导，和学生一起去改进优化设计方案。学生自己经历实践过程，对3D打印模型精度和配件结合的内容有深入思考，与STEAM教育的体验性符合。

    ⑦作品测试环节。腿部零件用打印机打印成功后，小组组装腿部零件部位并测试玩具蜘蛛的爬行情况，对出现差错零件进行改进修复调整。

    ⑧展示交流与评价环节。采用的评价方式是学生互评、学生自评和教师评价相融合，评价过程注重强调多元主体评价、面向制作实践过程的评价。

    ⑨总结归纳环节。师生一起总结归纳工程设计过程中运用的多学科知识，促进学习者将单纯零散的知识点系统化。最后，教师播放一段智能蜘蛛随音乐跳舞的视频，激发学生继续探索学习智能技术和学科知识结合的应用欲望。

    3）教学模型。基于STEAM教育理念的“修复玩具蜘蛛”课程案例中，从该课程的教学设计中分析出该课程的课堂教学模型，如图1所示。

    4 基于课程案例的课堂教学模型归纳与构建

    基于课程案例的课堂教学模型归纳 ?通過对以上“修复玩具蜘蛛”课程的课堂教学模型的分析，和笔者分析其他的优秀案例课堂教学模型，依据其共同的教学过程，可以归纳出现有案例的一般性教学模型如图2所示。从归纳的课堂教学模型中看出，开展基于STEAM教育理念的课程，具有以下共同特点。

    1）一般使用的是加涅的九段式教学法，如按照引起注意—阐述教学目标—刺激回忆—呈现刺激材料—提供学习指导—诱发学习行为—提供反馈的教学流程来开展教学[7]。在学习过程中，学生学习的知识内容也主要来自教师的课堂讲授和答疑，其处于被动的位置。

    2）在一般性教学模型中，缺少学生生成性项目，教师极少根据学生的需求和期望来选取学习内容。建议教师为学生创设情境后，让学生以不同的角度对情境进行头脑风暴来分享自己的奇思妙想，经过学生商讨和教师的引导来讲解知识所依托的项目。

    3）在模型制作过程中，缺少深化过程，缺少小组之间的交流，小组之间交流技术方案，倾听别人的评价，再进一步优化方案。

    基于6E设计型学习模式的STEAM课堂教学模型构建 ?基于以上课程案例归纳的教学模型的分析结论和通过前期的文献调研，学校的校本课程的形式是将STEAM课程作为学校特色课程，往往以一个项目或者一个问题作为课程的主线，开展的课堂活动都贯穿其中，运用多种教学方法，不能只使用传统的灌输式教学方法，要学会适当让学生进行自主探究学习，发挥学生的创意想法。并以6E设计型学习模式为理念，构建基于6E设计型学习模式的STEAM课堂教学模型如图3所示，有以下改进优化的地方。

    1）以6E设计型学习模式为理念，通过学习模式来优化构建课堂教学模型，并紧密结合做与学的因素，更多考虑学生因素及体现出学生是知识的建构者，不是知识的被灌输对象。

    2）在课堂教学模型中，加入学生生成性项目，教师会根据学生的需求和期望来选取教学内容。教师为学生创设情境后，学生以不同的角度对情境进行头脑风暴来分享自己的创意想法，经过学生协商和教师的引导来讲解知识所依托的项目。

    3）在课堂教学模型中加入知识建构，明确技术的环节，教师帮助学生完成知识内容的建构和建立对技术问题的信心。

    4）在课堂教学模型中加入技术比较和优化方案的环节，初步模型制作完后，小组之间交流技术制作方案，倾听别人的评价，再进一步优化制作方案。

    5 结语

    以6E设计型学习模式为理论，通过学习模式来优化构建课堂教学模型，将做与学紧密结合，体现出学生是知识的建构者。与更注重事实性知识的传统课堂教学相比，STEAM教育活动更注重学生整合跨学科的知识应用创新与高阶思维、主动学习，因此在培养综合型人才和促进教育改革方面具有更大优势。

    参考文献

    [1]朱素素.STEAM视域下工程项目学习活动的开发与实施：以“模型赛车的设计”为例[J].教育观察，2018（20）：101-104.

    [2]杨亚平.美国、德国与日本中小学STEM教育比较研究[J].外国中小学教育，2015（8）：23-30.

    [3]教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL].[2016-06-07].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

    [4]董泽华.试论我国中小学实施STEM课程的困境与对策[J].全球教育展望，2016（12）：36-42，62.

    [5]Burke B N. The ITEEA 6E Learning By Design TM Model：

    Maximizing Informed Design and Inquiry in the Inte-grative STEM Classroom[J].Technology & Engineering Teacher，2014（6）：14-19.

    [6]袁磊.核心素养视域下STEAM教育的课堂教学变革[J].中国电化教育，2019（11）：99-103，128.