STEAM视野下小学科学课堂的跨学科教学设计研究

原标题:STEAM视野下小学科学课堂的跨学科教学设计研究

来源 | 《中国科技教育》2019年06期

作者 | 吴逢高(四川省威州民族师范学校附属小学) 、腾海川(四川省威州民族师范学校)

编辑 | 申晴

探究是获取知识的重要手段,实践是检验真理的唯一标准。我国著名教育家陶行知说过:“生活教育中,行动是主导,做的最高境界是创造。”当今小学科学教学倡导的“做中学、学中思就是强调在做中培养学生的创新能力这一理念与美国的 STEAM教育模式十分契合。STEAM的最终目标是“创造”——培养创新人才、培养创意人才。它的大范围跨学科更接近生活教育,更符合“生活即教育,社会即学校”的教育理念。它强调关注现实问题,注重在情境中学习,以学生为中心的主动实践,团队合作和参与、结果开放,允许多个正确答案。

在STEAM视野下,对小学科学课堂教学进行审视与反思发现:

在课堂教学当中,原有的小学科学课堂教学太注重通过探究活动对知识进行建构,而忽略了实践;

在学习方法与活动方式上,原有的课堂教学方式较为单一,只是以探究为中心,对生成主义学习观有所缺失;

在学习的侧重点上,原来的课堂由于缺乏项目作品,所以在展示与评价的方式方法上有很多不足,甚至指向不明;

在学科知识合和各学科能力发展上,缺乏各学科知识的整合,忽略了学生其他学科能力的发展及审美取向的引导。

STEAM教育作为一种成熟的学习方法,它的融入会引发小学科学课堂教学的又一次变革,因为科学这门学科有很强的包容性,所以从学科有机融合开始入手,跨学科的教学设计自然就成了这次改革的排头兵。

保证探究的有效性的同时兼顾学生实践能力的发展

小学科学课堂教学原有的探究,经过多年的发展与课堂实践的检验对学生的科学素养发展、科学探究能力提升是可靠的、有效的,我们应该保留、坚持。

STEAM教育作为一种新的学习方法,是以培养学生实践能力和创新能力为主,在这方面原有的小学科学课堂教学有所欠缺,特别是在让学生基于真实情境解决向题方面还有待加强。因此对小学科学课堂教学提出了更高的要求:既要让学生像科学家一样探究未知,还要求学生像工程师一样运用各学科知识在创设的真实情境中解决问题。

教育家约翰·杜威曾说过:“如果学生能投入到真实的有意义的任务和向题,即模拟专家在真实世界的情境中做的事情时,学生才能对学习材料产生自己的理解。”因此,我们的教学设计也应有相应的变化,在教学目标的设定上既要保证探究的有效性,还要兼顺学生实践能力的发展。

小学《科学》(教科版)3年级上册第4单元第6课“空气占据空间吗”一课,在 STEAM视角下进行跨学科教学设计,在教学目标设定上做了改动。

教学目标改动

数学目标的设定改变了,教学策略自然有相应的变化。教材设计由“乌鸦喝水”引入,再由学生自主探究;在瓶子里装一些水,用几根吸管和一块橡皮泥,在不倾斜瓶了的情况下,我们能不能利用空气把水从瓶子中挤出来?探究得出结果后再做实验进行验证:把一团纸巾放在杯子的杯底,然后把杯子竖直倒扣入水中,纸巾会被水浸混吗?为什么?整个流程的设计为引入——探究——验证。

在 STEAM教育理念下,我们增加了实践环节,教学策略作如下调整。由乌鸦喝水引入在故事中强化学生对3个关键词“空间”“有限”和“占据”的理解。概念确立后在教师引导下完成纸不湿”的实验探究(这里把原来的验证实验改成了探究实验),探究流程为猜测一找证据支持自己的猜测一实验验证,并用绘本的方式完成思维外显。然后再对这个实验进行延伸,如果杯子底有个孔又会发生什么现象?让学生再经历一次上述流程。这样的过程为学生积累了更多的知识与成功经验,为解决后面的实践问題打下了基础。通过探究获取知识,知识内化完成后再提出“空气挤水”实验的设想,进行项目驱动要求学生通过讨论与设计,以团队协作分担负责的方式,完成在最短的时间内用空气把水挤出来这一任务。学生对这个实践活动的完成率在85%以上。

关注现实问题,注重在情境中学习以学生为中心的主动实践等特点,符合STEAM教育的项目导向。教学目标的改动引起策略变化,既让科学探究的有效性得到保证,又让学生的实践能力得到发展,这就是融合与深度融合的效果。

通过PBL学习策略进行多学科知识有机整合

建构主义学习理论主张世界是客观存在的,但对事物的理解却是由每个人自己决定的。其学习观认为,学习是学生自己建构知识的过程,在探究学习中就是基于问题解决活动建构知识的过程,在情境教学中知识、学习是与情境化的活动联系在一起的。PBL学习策略的原理是以学生为中心,采用小组合作解决真实向题,最终作品要以项目作品为导向。由此可见,基于建构主义学习理论,通过PBL学习策路能将STEAM等多学科知识整合起来,达到学科有机融合的目的。

零碎的知识变成一个互相联系的统一整体并不是一个简单的混合,我们要建立不同学科知识与技能的千丝万缕的联系,要在思维和认识上达到有机融合的目的。这个过程是漫长的,是需要通过活动逐步渗透的,也是学生在成长发展过程中必须要经历的。STEAM教育最好的推进方式是以课程方式进行系统学习,要求在项目学习中将多学科融为一体。如何在小学科学课的有限时间里完成 STEAM多方面整体融合呢?

1.根据教材及教学内容对STEAM理念进行“点透”,即根据实际情况进行局部的学科透,积点成面

小学《科学(教科版)4年級上册第1单元第6课“云的观测”,教材设计是先用饼状图将天空分成4等份,通过饼状图里的阴影让学生观察知道“晴天的标准是云量少于等于整个天空的1/4,多云天气的标准是云量要大于整个天空的1/4小于整个天空的3/4,晴天天气的标准是云量大于整个天空的3/4”,然后给出不同云量的图片让学生判断。这也是一个很好的“点渗透”切入点。

在 STEAM教育理念下,先给学生晴天、多云、阴天的图片,要求学生采用PBL学习策略试着用数学模型(饼状图或其他方式)归纳总结不同天气的特点,然后全班对建模方法进行交流,教师再给出饼状图建议。学生经历了一次数学建模的思维过程,也是数学在科学课中的一次渗透,既保证了科学知识的建构,又发展了学生的数学学科能力,同时还满足了学生通过小组合作解决真实问题的愿望。这样不断渗透、不停积累,学生跨学科实践能力逐步得以提升。

2.通过课外活动等“面拓展”方式让学生亲历系统 STEAM课程的全体验

在小学《科学》(教科版)4年级上册“声音”单元教学中,在完成“探索尺子音高变化”的学习后可以做这样一个拓展小课程:声音的高低可以用音高描述,音高是描述物体振动快慢的一个量。物体振动越快发出的声音越高,物体振动越慢发出的声音越低。按这个原理分析可得出“物体越小、越细、越短、空间越小,发的声音会越高,反之越低”这一科学知识。

音乐课上教师也讲过音阶的知识,从“1”(do)到“7”(xi)音调一直在升高并且有规律,除了“3”(mi)到“4”(fa)是升高半个音高外,其他都是升高1个音高,这就是数学规律。运用这个规律可以用把水加进试管的方法将试管改造成乐器,改造的过程就是技术的应用。运用数学的方法(与音高变化规律进行内比)还可以提高制作的效率,最后要求用改造成功的乐器演奏歌曲,这就属于工程项日驱动并且有了艺术元素,改造的过程要通过独立思考、小组合作、知识整合、研讨设计、动手制作、展示评价等环节,这就让PBL.学习策路有了用武之地。

科学、技术、工程和数学中还融入了艺术,再加上PBL学习策略的支持,这样的活动对学生综合素养的提高起到了极大的促进作用。这些活动既可以在课堂上或拓展活动中进行,也可以在激发学生兴趣的基础上把活动延伸到课外。这样多形式的活动让学生对科学活动更感兴趣,更加热爱,更乐于参与。

在有限的课堂教学时间内进行局部的跨学科知识能力的渗透,在时间充裕的课外活动中对跨学科知识进行整合进行系统的学习与体验。“点渗透”“面拓展”二者相辅相成、共同促进,效果显著。

着力于设计能力的训练重视展示与评价

改革后的小学科学课堂该是探究与实践并重的。由原来较单一的学习方法到现在多元的学习方式,并且二者还是并列关系,那着力点在哪里呢?

对探究活动的要素(提出问题、作出假设、制订计划、收集证据、处理信息得出结论、表达交流、反思评价)和STEAM教育的特点(其中一个重要特点是“以工程设计过程为主导”)进行细致研究可以发现,无论是探究要素中的“制订计划”,还是 STEAM教育的特点中的“设计过程”都是解决探究与实践的关键因素,它们的指向都是设计。这也是探究活动与实践活动的共同点。

学生精于设计,教师重视学生设计能力的训练,一个活动能同时提升学生两方面的能力,这对在时间上捉襟见肘的小学科学课堂教学有极大的意义。

原有小学科学课堂教学中也有展示与评价,但由于缺少显性的作品展示,评价效能不明显。STEAM理念融人科学课后既有探究实践的过程,也有显性的作品成果,为多元化展示评价提供了非常好的平台。展示是知识建构的外部表征,对学习者而言能帮助学生建构或重新建构知识,对教师来讲能帮助其了解学生学习知识的进程,对学习同伴的帮助是能使学生个人的理解可视化。有效的展示不但能推动学生沟通能力的发展,还能促进个人成长。

评价可以从2个维度进行,即形成性评价和总结性评价。多元化的评价机制能提高学生思维的精细化和灵活性,在具体操作中要注意评价标准早告之且多元,评价内容要全面。这样的设计会让展示和评价更有深度,有利于进学生的思维再建构和实践能力的提升。

陶行知倡导的“教学做合一”,在STEAM视野下有了更深层次的诠释,“教”是指在学生活动中教会学生学方法;“学”指学生通过这些学习方法靠自己习得知识,建构概念;“做”就是把习得的跨学科知识与概念进行有机融合,并在实践中进行检验、运用,最终达到创新的目的。STEAM教育的引入将促进小学科学课堂教学的改革,让小学科学课堂更接近生活、更注重实践更强调跨学科融合,为培养具有创新精神和实践能力人才提供了又一条可持续发展之路。

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