问题导向下的STEAM课堂教学活动设计研究
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作者:覃素梅 胡顺
摘 要： 信息时代对教师教学提出更高要求，教学更注重在传授知识过程中培养学生综合能力。文章从教学活动目标、活动方式、活动过程、活动评价四个方面进行教学设计，采用案例具体分析如何应用STEAM进行教学设计。应用STEAM设计的教学活动要求教师要不断提升自身素质，转变教学方式，才能更好地以问题为导向来培养学生解决问题的能力。
关键词： 问题导向; STEAM教学; 教学设计; 问题解决
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2020）12-123-03
Abstract： The information age puts forward higher requirements for teachers' teaching， and the teaching focuses more on the cultivation of students' comprehensive ability in the process of imparting knowledge. In this paper， teaching design is carried out from the four aspects of teaching activity goal， activity mode， activity process， and activity evaluation. The design of STEAM teaching activities is analyzed by case study. The teaching activities designed with STEAM require teachers to continuously improve their own quality， and change teaching methods， so as to better train students' problem-solving ability.
Key words： problem guided; STEAM teaching; teaching design; problem-solving
0 引言
随着信息技术的迅猛发展，新时代的教育也以培养学生的核心素养及可持续发展能力为重要目标。教育部在2017 年发布的《全日制义务教育小学科学课程标准》（以下简称课标）中也倡导跨学科教学，即融合科学、技术、工程、艺术、数学为一体的STEAM教育。[1]在这一背景下，教师应当思考如何立足现实来引导学生进行跨学科学习，课程设计又该如何设计？基于此，本文将探究如何将问题导向教学模式运用在STEAM课堂中，使学生能够自主探究获得多学科知识，培养学生利用多学科知识解决真实问题的能力。
1 概念解析
1.1 问题导向 （PBL）
问题导向（Problem-Based Learning，PBL）强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过让学习者合作解决真实性问题，学习隐藏于问题背后的学科知识，形成解决问题的技能，并发展自主学习的能力[2]。学习方法上，PBL教学强调从问题出发，学生通过解决真实情境中的问题获取知识;学习内容上， PBL教学注重学生利用多学科知识来解决问题，强调学科交叉;学习形式上，PBL教学强调以合作形式开展教学，在解决问题过程中培养学生的组织管理能力及合作交流能力;学习主体上，PBL教学强调以学生为中心，学生在问题情境中探索，成为独立的思考者。
1.2 STEAM教育
STEAM教育强调跨学科学习，以及学生如何探究解决现实问题的思路和方法，且强调学生的综合运用和创新思维[3]。STEAM教育以基于问题的学习和探究性学习等方式展开教学，培养学生跨学科解决现实问题的能力，具有如下特点。
⑴ 跨学科 STEAM强调在教学过程中让学生综合应用各学科知识解决实际问题，提高学生解决实际问题的能力。
⑵ 协作性 学生以小组形式进行学习，通过小组成员间的会话商讨来完成规定的学习任务。
⑶ 体验性 强调教学过程中学生的参与性和体验性，即注重结果性知识，也注重问题解决中的过程性知识。
⑷ 情境性 学生在教师创设的问题情境中学习，可以体验到真实的生活，获得社会性成长。
2 问题导向的STEAM教学活动设计
学生知识的获取离不开一系列的学习活动，学生在学习实践活动中思考问题，合作探究，评价反思，将学科知识不断内化为个人能力，进而将能力运用于解决实际问题中，因此教学活动对学生知识以及能力的培养有独特的价值[4]。本研究结合PBL教学模式，提出STEAM课堂的教学活动框架，教学活动策略包括：活动目标的制定、活动方式、活动过程以及活动评价的设计。如图1所示。
2.1 教学活动目标
教学目标是教学活动设计和实施的出发点和落脚点[5]。在知识与技能上，促进学生对多学科知识的深层学习;在过程与方法上，通过问题激发学生思考与讨论，引导学生应用多学科知识解决现实情境的问题，完成项目任务;在情感、态度和价值观上，培养学生的合作意識及独立思考能力，使学生获得问题解决能力。
2.2 教学活动方式
问题导向的STEAM课程教学活动更加注重学生的自主学习以及合作学习。学生针对问题进行思考，培养自主学习的能力，在小组合作中成员进行交流讨论。在STEAM教学活动方式上，教师为学生提供知识技能基础，引发学生将概念和生活相联系，营造学习任务的情境。教师承担辅助者和引导者的角色，帮助学生明确与课堂活动相关的问题，在课程中涉及多领域知识，使学生可以习得多学科知识，形成丰富的知识体系。 2.3 教学活动过程
PBL教学模式强调以问题为导向展开教学，培养学生解决问题的能力。STEAM教学重点强调多学科融合和学生综合能力的培养，注重培养学生的自主学习以及合作交流能力。结合两者的共同点进行教学，更好地发挥二者优势。本研究中将教学活动分成四个流程：新课导入、提出问题;小组讨论，思想碰撞;学生汇报，教师总结;学生反思，注重应用。如图2所示。
2.4 教学活动评价
现有评价大多局限于学生的认知领域，偏向于学科知识的考察，难以充分评价学生复杂思维、问题解决的能力以及隐性知识和态度层面的要素[6]。本研究从教学活动出发，从知识习得、过程、情感、学生互评四个方面展开教学评价。首先是知识习得评价，考察学生对基础知识的掌握情况。其次是过程评价，评价学生的知识处理能力以及对所学知识的运用能力。最后是情感评价，主要评价学生学习态度、意识，学生对学习过程的反思，以及评价学生的合作交流能力与问题解决能力。最后是学生互评，通过评价量表让学生评价自己的学习过程和成员的协作学习过程，以及作品评价。
3 问题导向的STEAM教学活动案例
基于上述的教学活动设计，本文以小学科学知识点《形状与结构》开展教学，教学主题为《桥》。
3.1 活动目标
本研究根据教学三维目标来细化活动目标，具体设计如下。
知识与技能目标 要求学生认识各种不同类型的桥梁，熟练掌握桥梁结构特点的基础知识，了解日常生活中常见事物的形状与结构。
过程与方法目标 要求学生在绘制桥梁平面图时，利用所学的形状和数学知识进行设计，同时考虑到平面图的美观性。在桥梁搭建中，评估提供的材料工具，根据需要对材料进行加工处理，能够利用工程知识设计具有一定承受力的桥梁。
情感态度与价值观 锻炼学生主动表达能力，培养学生的合作交流能力，形成团队意识和合作意识，使学生获得综合解决问题的能力。
3.2 活动过程
活动过程采用PBL教学模式，通过小组合作的学习方式。教学活动经过导入新课、提出问题、交流协作、总结反思以及实践巩固依次展开。
导入新课 教师引入桥梁工程问题，展示各种类型桥梁的结构图，引导学生评价桥梁的形状和结构。教师讲解桥梁形状和结构的相关概念，让学生了解到桥梁的类型、承重部位以及综合运用其他学科中各个知识点的科学原理。
提出问题 通过桥梁结构图的展示，让学生讨论如何提高桥梁的抗弯曲能力，根据小组讨论，绘制出小组认为最牢固的桥梁平面图，小组讨论如何利用提供的材料制作出一座桥梁？让学生根据问题自主探索制作桥梁所需解决的问题，并通过讨论，逐步解决问题。
交流协作 学生以小组形式交流讨论，并尝试解决教师提出的问题，通过改变纸片的宽度、厚度或形状来验证纸片抗弯曲能力，在得到最大限度抗弯曲能力方案后，对桥梁形状和结构进行设计，绘制出桥梁平面图。根据提供的材料，小组选择自己所需的材料，共同将平面图搭建成实体桥梁模型，并为桥梁模型起名字，体现小组桥梁的独特性。每个小组对制作好的桥梁进行测试，逐步调整桥梁形状和结构，使其达到最大承重能力和抗弯曲能力。
总结反思 各个小组根据评价标准对小组制作的桥梁模型进行评价，包括桥梁模型的承重能力以及抗弯曲能力。全班以小组形式汇报本组桥梁模型的制作过程以及如何解决教师提出的问题，并指出小组在制作桥梁时遇到的新问题和合作解决问题的过程。
实践巩固 课后每一位学生尝试利用身边的材料工具制作桥梁模型，制作过程中明确作品名称、创意来源、所需素材等。使学生了解融合科学、数学、技术、工程和艺术相关知识和技能的过程。
3.3 活动评价
在活动结束后对学生进行综合评价。通过纸笔测验检验学生基础知识的掌握。在教学评价中，通过学生的学习和合作过程进行评价（如表1）。
4 结束语
本文研究了PBL教学模式在STEAM 课堂教学的运用，用案例进一步说明以问题导向下的STEAM课堂教学活动设计能够很好地培养学生的综合素质及能力。但同时，此类课堂教学设计和教学方法的具体运用对任课教师的科学素养和知识面也有较高的要求，对授课教师的应变能力和把控教学现场能力也提出了一定的要求，因而，教师也要不断学习各方面知识，提升自身综合素质，这样才能更好的启发/启迪学生，成为他们的解惑者和引路人。
参考文献（References）：
[1] 张屹，赵亚萍，何玲，白清玉.基于STEM的跨学科教学设计与实践[J].现代远程教育研究，2017.6：75-84
[2] 张悦颖，沈祖芸.小学STEM教育时间路径与方法——上海市世界外国语小学的探索（第一版）[M].上海科技教育出版社，2011.
[3] （美）826全美，林悦.基于课程标准的STEM教學设计：有趣有料有效的STEM跨学科培养教学方案[M].中国青年出版社，2018.
[4] 陈明选，张宁.基于高中信息技术学科核心素养的学习活动设计[J].中国电化教育，2019.1：87-93
[5] 黄祥勇，董克强.再谈教学目标的制定[J].中国教师，2016.21：62-65
[6] 郭宝仙.核心素养评价：国际经验与启示[J].教育发展研究，2017.4：48-55
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