基于STEAM教育理念设计项目式科学实践活动

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  STEAM涵盖科学、技术、工程、艺术、数学多领域知识技能,要求学生交叉融合跨学科的知识经验,创造性地解决实际问题。老师基于STEAM理念,设计项目式科学实践活动,应强调学习的综合性、发展性、开放性、自主性,引导学生在富有思考性与趣味性的假设、构想、创造、展示、交流中,深刻认清科学本质与概念原理,有效实现科学思维、科学精神与创造实践能力的综合发展。
  一、设置项目任务,讨论设计方案
  STEAM理念主张将科学问题与技术、工程、艺术、数学问题进行融合,由学生自己动手、动脑,联系整合多学科的知识经验,解决问题,完成科学素养与知识技能的积累。老师基于STEAM理念,开展项目教学活动,要充分考虑学生的知识经验、兴趣、能力,组织学生在特定条件与主题框架中,相互协作,综合应用知识、技能、工具,提出构想,自主制订、改进计划方案。
  例如,四年级的学生已经完成“物体的运动”和“常见的力”两个单元的学习,也具备一定程度的逻辑运算能力,因此,老师要明确项目任务是制作简易的潜艇,利用学习情境,辅助学生在头脑中形成设计方案。老师:“观察潜艇的外形,分析潜艇在水中上浮、潜、停留时的原理。”材料:风叶、气球、橡胶塞、注射器、水瓶、导线……设计目标:外形设计美观,让“潜艇”在水中自由沉浮、游动。明确任务后,组织学生讨论方案,整理材料,让学生把学到的知识运用到科学实践中。老师:“潜艇怎样实现上浮和下沉?”激发学生逻辑思维潜能,组织学生以小组为单位,协作创新,运用已有的经验、工具,设计外形,选取材料,制作潜艇。让学生在方案讨论、思考、设计、制作、改进中,拓展知识经验,深入探索物体浮沉的条件,巩固强化对力与运动关系的理解。
  二、拓展合作延伸,实践探究释疑
  老师在项目任务教学中,要引导学生辨别不同技术的用途,让他们在协作互动、测试改进的实践操作中,发挥自身的思维潜力和创新精神,了解物体在上浮、下沉时,浮力与重力间的关系。在本次设计中,学生不仅要考虑潜艇的外形、风格、性能、颜色,以及物体在水中的沉浮规律,还要运用所学的知识去解释浮、沉的科学道理,让学生像科学家、工程师一样具备管理、理解技术的能力。
  老师:“什么是浮力?”“你们可以结合浮力的定义,判断浮力的方向吗?”“想一想做过的科学实验,为什么铁钉会下沉?木头会上浮?”四年级学生虽然已经了解质量、体积对物体沉浮的影响,但没有学习过二力平衡的条件,老师在这里要发挥合作者的作用,突破学科与知识的局限性,根据阿基米德定律,向学生明确浮力的表达。这一方面拓展学生的知识经验,另一方面,为其今后的学习做好铺垫.
  老师:“观看视频,观察鱼的浮沉、鱼体内鱼鳔的变化。”老师利用动画演示,引导学生结合浮力的计算公式,明确“鱼鳔变大缩小,改变了自身体积,浮力跟着发生了变化”,“观测、记录空玻璃瓶、半瓶水、装满水后的运动状态”,引导各小组学生在充分掌握科学原理的基础上,结合工程技术,调整方案,选取橡皮塞儿、玻璃瓶、易拉罐、彩带、防水黏土、吸管、胶管、气球、钢尺等合适的材料,设计出潜艇自由上升、下潜、悬浮、漂浮的运动状态。
  三、交流反思评价,制订改进方案
  在STEAM理念下,要将评价、启发、提问贯穿于课程始终,引导学生在持续的反思、探究中完成知识技能的积累内化。例如,老师在“潜艇”制作过程中,提示学生增加螺旋桨、潜望镜的设计,外观造型要新颖、富有科技感;启发学生运用技术思维分析问题,主动考虑潜艇的外观设计、灵敏性;让学生在项目实践中,能综合运用艺术、数学、科学等学科知识,精准计算尺寸、比例,分析数据,增强逻辑推理和敏锐的观察能力。
  在作品完成后,老师组织学生相互展示、评价,指导学生在实践、点评中,像工程师一样运用多学科知识,对“潜艇”性能进行测试、反思,查找问题,改进设计,让学生在富有趣味、挑战和竞技精神的项目实践中,相互分享,相互鼓励,共同商定出最佳设计方案。例如,有些小组可以精确调节控制潜艇的沉、浮状态,但外观设计较差;有些小组的作品虽然很有设计美感,但材料、数据、尺寸不精确、不严谨,导致“潜艇”性能较差。因此,老师要引导学生的思维走向,鼓励学生从工程、技术、科学、性能等多个方面,相互点评,分享经验,逐步加强對多学科知识的理解,形成良好的工程技术应用意识、严谨的科学精神与实践创新能力。
  总之,老师在STEAM理念下开展项目教学活动,要注重对学生思维能力和问题解决能力的培养,鼓励学生在自由、协作、宽松的学习氛围中,灵活运用多学科知识技能,自主设计解决方案,亲身经历猜想、探究、假设、验证等一系列思维活动。老师设计各个实践环节时,要从学生身心发展角度入手,有效整合科学与工程技术特点,使学生在富有挑战性、思考性和创造性的实践体验中,实现科学思维与创造实践能力的发展与提升。
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