基于教材开发STEAM项目学习

作者: 陈静 徐梅

科学课程标准提出,要充分利用学校、家庭、社区的各种资源,创设良好的学习情境,设计适宜的探究问题;倡导以探究和实践为主的多样化学习方式,让学生主动参与、动手动脑、积极体验,经历科学探究以及技术与工程实践的过程。充分挖掘教材内容,结合本土资源,为学生创设真实的学习情境,设计并实施一系列具有实践性和创新性的STEAM项目学习活动,可以有效培养他们的实践能力和创新精神。由此,我们开展了“我是桥梁建造师"的项目学习实践。

一、项目主题与目标

科学教师在平时教学中要善于捕捉学生的学习兴趣,结合教材内容,确立STEAM项目的主题和目标。

1.捕捉学生兴趣,确定项目主题

在项目中,学生只有对项目内容充满兴趣,面对复杂的情境问题和项自挑战,才能保持持久的热情和专注力,从而克服学习过程中的种种困难和挫折。可以说,兴趣是驱动他们积极参与、深人探索并取得项目成功的关键因素。因此,确定项目主题的第一步是发现学生的学习兴趣。

六年级“小小工程师"单元中的第二课《认识工程》,主要让学生通过阅读或观看港珠澳大桥的相关资料,整理归纳以下几个重点问题:为什么要建造港珠澳大桥?大桥的建造曾面临哪些限制和挑战?这些问题都是怎么解决的?大桥的建造经历了哪些主要过程?通过对以上几个问题的探讨和学习,学生对港珠澳大桥的建造有了一定的了解和认识,对桥的兴趣也被充分激发出来。在教学中发现,学生很想亲手建造一个桥梁模型,纷纷提出了新的学习需求:老师,我们也想做一座桥,能不能做一个港珠澳大桥模型?如果港珠澳大桥太难了,我们可不可以做学校旁边的白居寺大桥?重庆这么多桥,我们可以自己选一座桥来做一做吗?我家小区门口要修环形人行天桥,我能不能也做一个模型?等等。

工程是六年级学生既熟悉又陌生的内容,熟悉是因为他们听过、见过生活中大大小小的工程项目,也通过学习了解了工程的一些信息,陌生是因为他们对工程的具体实施步骤是模糊的,对工程的认识还只是纸上谈兵。学生对桥梁不陌生,但对桥梁的建造却是生疏的。于是,基于学生的学习兴趣,结合教材内容及重庆的地域特色,我们确定了“我是桥梁建造师"这一项目主题。

2.围绕项目主题,确定项目目标

桥梁不仅是交通工具,更是艺术、科技与文化的结晶。中国桥梁文化源远流长,从古老的赵州桥到现代的港珠澳大桥,桥梁见证了中国的历史变迁与科技进步。面对山城重庆的复杂地形和气候挑战,工程师与建设者凭借高超的工程智慧创造出了众多世界级的桥梁。基于此,我们确定了项目的教学目标。

科学观念:深人探索中国桥梁文化,了解桥梁的基本类型、结构特点、材料选择等,以及桥梁在城市发展中的重要作用,形成对桥梁工程的正确认识并深化对科学、技术、社会、环境之间关系的认识,了解桥梁建设如何平衡技术创新、社会需求与环境保护。

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图1学生设计图迭代

科学思维:能够基于团队的想法和创意,共同设计并动手建构桥梁模型,并从结构稳定性、材料选择、承重能力、发挥作用等多个角度对桥梁模型进行细致分析;通过分析,识别模型中的潜在问题和不足,并提出改进方案和优化措施。

探究实践:了解技术与工程实践的一般过程和方法,能选择适当的材料和工具,掌握基本的制作技能,如切割、粘贴、组装、搭建等;运用多学科知识及原理制作桥梁模型,并根据桥梁模型的效果进行修改与迭代,体验桥梁建造的实践过程。

态度责任:对桥梁工程保持好奇心和探究热情,认识到工程师的社会责任;在日常生活中乐于关注科学技术对社会的影响,关注桥梁科技如何改变人们的生活;善于在团队中发挥自己的优势,同时尊重并欣赏他人的贡献,能积极参与团队讨论,共同解决问题。

二、项目任务与实施

STEAM项目学习强调跨学科的学习与实践,旨在通过整合不同领域的知识和技能,培养学生的创新思维、问题解决能力和团队合作精神。在项目实施过程中,教师可明确告诉学生:项目没有统一结论,不需要标准答案,要通过充分讨论、亲身实践、协同合作完成各自团队的项目挑战,体验“小工程师”的学习快乐。

1.基于现实情况,组建项目团队

一个高效、协作的项目团队,能更好地促进这些目标的实现,团队成员之间的紧密协作和相互支持能够提升项目的成功率和质量。为了更好地实施项自活动,并充分激发学生的参与热情,组队前教师提出几点具体要求:项目时间包括课内与课外,课内外时间占比大约为1:3;项目地点包括学校、家庭与社区等;组队时可根据自己的想法主动寻找同伴,通过讨论和协商来确定团队成员;组队过程要注意考虑成员技能、特长的互补,以及在社区集中的便利情况等因素,更好地应对项目实施过程中的挑战。整个过程中,教师应适当引导并跟踪把关,确保团队成员保持一定的平衡性和多样性。

2.围绕关键问题,设计项目方案

团队组建好后,主要围绕以下几个核心问题设计桥梁方案:想要建造一座什么样的桥梁?这座桥梁发挥的主要作用是什么?桥梁长、宽、高的规模是怎样的?如何兼顾桥的稳固与成本?

从课堂实际教学看出,设计环节的学习难点体现在几个方面:一是如何在纸上把团队的想法准确地表达出来,二是如何在设计图中清晰、准确地呈现桥梁设计的细节部分,三是如何保证设计图中的各部分比例和尺寸的准确,符合实际制作或使用的需求。基于这些难点,教师可降低设计环节要求,对于不能通过图画表达出来的想法,引导学生这样处理:可以用图的形式来表达一些想法或细节,可以用文字在设计图旁做补充说明,可以在展示交流时用语言补充描述,可以在制作环节进一步关注这些难点。教师应注重训练学生的工程实践能力,如对于图纸的设计能力,可以从草图、简图到示意图逐步递进,帮助他们养成用图表达设计思路的习惯。



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学生设计草图时,初步决定用硬纸板、细铁丝等材料,建造一座有三个桥墩的斜拉桥(如图1)。设计简图在草图的基础上进行了修改迭代,确定了桥梁长度、宽度及高度等具体设计,并把中间桥墩由原来的一个升级为两个,拉索由原来的单线升级为复线。设计示意图在简图的基础上继续迭代升级并完善细节,如确定了拉索的长度、桥墩的高度、桥面的宽度及车道设计等,并对中间桥墩进行了二次修改升级,在中间增加了起到稳固作用的三角形叉架等。

3.融合多学科知识,实施项目方案

实施项目方案相当于工程实践中的物化环节。教师可根据学生的学习基础,有针对性地提出具体的任务和要求(如图2),引导他们选择并利用合适的工具和材料进行加工制作,做出初步的产品或实物模型(如图3)。

为确保项目活动的顺利推进,教师要加强与家长的联系和沟通,因为该项目课内外时间占比大约为1:3,与家长密切联系会成为项目推进的重要助力,这不仅能增强家长对孩子学习内容的理解与兴趣,还能促使家长成为孩子学习道路上的坚实后盾;家长的支持与参与,为孩子提供了丰富的资源与动力,如周末带孩子去桥梁现场考察、协助寻找安全且适宜的团队实践场所等,推动整个项目实践的顺利进行。

除了关注学生动手实践能力的培养,教师可以关注他们批判性思维的发展,如引导他们分析实践中遇到的问题,思考、讨论多种可能的解决方案,鼓励他们对现有设计进行质疑和改进等。以“启明星团队”遇到桥梁还没承重就开始出现晃动、倾斜的问题为例,教师引导学生从多个角度深入探究问题的根源。“为什么你们的桥梁会出现晃动或倾斜呢?"教师抛出问题,鼓励学生反复观察桥梁模型,寻找可能导致不稳定的因素。经过仔细观察,学生从桥梁的材料、结构、连接方式等角度获得了启发,他们发现:一边的桥墩纸板变形变软了、桥墩与桥面连接转角处的透明胶粘连不牢固、四个桥墩并没有让桥很稳固等。这些发现激发学生思考,并积极探讨可能的解决方案,如加厚纸板、增加木棍支撑、使用订书钉连接、使用胶枪粘连以及在中央两桥墩之间进行三角形加固等方法。讨论后,他们最终保留了胶枪粘连和三角形加固这两种较为有效的解决方案。这一过程中学生不仅解决了桥梁的稳定性问题,而且学会了如何

材料:选择环保的或可回收的材料进行建造。时间:在一个月内完成桥梁作品。安全:建造时遵守安全规范,遇到问题,校内找教师、校外找家长帮助。学习:鼓励提问与讨论,把遇到的问题和解决方法记录下来,形成过程性的问题清单与解决方法清单;鼓励有创意地介绍桥梁作品,形成简易作品报告;鼓励收集团队合作小故事,形成小工程师团队故事集。

运用批判性思维分析问题和解决问题,并不断优化自己的解决方案。

三、项目展示与评价

项目学习的主要成果是最终作品吗?当然不是,最好的学习成果就是去经历整个学习过程。在该环节中,教师特别强调项目没有标准答案,所有团队的作品都应该得到认可,让学生体会到经历过程比得到结果更加重要。

1.设定评价标准,驱动项目进程

评价不仅是对学生学习成果的检验,更是提升项目探究质量的重要途径,还能激发学生的学习积极性和创造力,鼓励他们勇于探索和创新。在该项目中,教师应高度重视对学生的评价,将评价贯穿项自全过程,帮助他们了解自己的优点和不足,明确努力方向,从而有针对性地提升他们的学习能力。在发布项目任务初期,教师就给学生提供评价标准(见表1),评价的内容应做到具体、明确,尽量能够观察和测量,可操作性强,同时,在整个项目的实施过程中明确教给他们自评和互评的方法,让他们持续地按照评价标准进行评价。有效的项目实践能让学生的一些关键能力获得成长,如发现问题及解决问题、沟通与合作、批判性与创造性思维、动手实践的技能等。

基于教材开发STEAM项目学习1
图2桥梁模型建造要求
 
基于教材开发STEAM项目学习2
表1“建桥梁"项目评价标准
基于教材开发STEAM项目学习3
图4展示与交流

2.搭建多级平台,展示项目成果

展示交流是项目学习中学生最期待的环节之一,教师可以设计从班级到年级再到学校的递进式展示平台(如图4)。通过搭建多层次的展示平台,让学生不仅能够展示团队合作的成果,还能获得来自不同层面观众的反馈和认可,从而激发他们的学习热情。这一过程也有助于培养学生的沟通表达能力、自信心及社会责任感。

班级展示平台的设立主要是为了确保每个学生都有机会展示自己在项目中的建造心得。这不仅满足了他们的分享欲望,也锻炼了他们的表达能力,让他们能在团队的荣耀中找到属于自己的贡献。在班级内展示需要团队准备桥梁模型作品、PPT等,小组轮流上台分享他们的成果、建造过程遇到的问题及解决办法、团队协作的趣味故事、心得体会等。其中,制作过程中遇到了哪些问题和困难,最终是怎么解决的,整个过程中团队具体是怎么合作的,这几个问题是教师提出的必须进行重点展示的内容。为了促进生生之间的互学,可设立互动环节,鼓励学生根据前面制订的评价标准来提问和点评,促进交流与反馈。



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