跨学科与融合创新
STEAM 项目模型的构建与应用
◊梁灵辉
李琦女儿[摘要]新课程标准倡导基于STEAM 的跨学科学习方式。“一核四环”的STEAM 项目 模型，核心指向真实情境下的问题解决过程，并把STEAM 项目的实施分解为引入、设计、物 化、评估四个环节。该模型可用于优化跨学科项目式教学设计、规范项目开发、提升项目整合 度，对于STEAM 项目的开发与实施提供指导与参考。
[关键词]STEAM 曰跨学科；项目模型
STEAM 教育作为跨学科融合的教学模式，以
培养学生面向真实情境的问题解决能力为目标。 是对传统分科教学的有益补充，符合深化课程改 革的方向，有利于发展学生的创新精神和实践能 力，对培养面向21世纪的拥有跨学科视野与国际 竞争力的学生具有重要的价值。
―、对
STEM 模式的探索
赵呈领将美国生物学课程研究会(BSCS )提出 的5E 模式置于STEM 教育背景下，以科学课教学 设计了面向STEM 教育的5E 探究式教学模式[1]。 黄桦将教学情境、整合“科学探究”和“工程设计” 的教学模式、教学评量确定为STEM 教育深度融 人科学课程教学的三条主要实践路径气高丹阳探 索了 STEM 的教学模式融人信息技术学科，研究 了 BOPPPS 教学模式在小学STEM 课程的应用[3]。 上述教学模式均以科学与信息技术学科为主体， 在以下方面存在不足：一是未能从多学科融合的 角度研究STEAM 教学模式；二是缺少对工程与 技术维度的探索，难以形成物化结果，因此未能 指向学生工程思维及创新设计等能力的培养；三 是项目构建虽以任务驱动，但与新一轮课程标准
所倡导的基于高阶思维的学习还有一定距离。由 此，STEAM 项目模型的构建应着力解决这三个方 面的问题。
二、STEAM 项目模型的构建
STEAM 项目模型的构建，应体现科学、技术、
工程、数学、艺术多学科的融合，面向真实情境下 的问题解决过程，并体现学生学习的特点及主动 学习的过程。该模型可概括为“一核四环”:：一核” 是指项目模型设计的核心，即要指向真实情境， 培养学生在真实情境下解决复杂问题的能力； “四环”是指一个STEAM 项目包括引人(Engage )、 设计（Design )、物化（Materialize )、评估（Evaluate ) 四个环节。在评估后，可结束学习或重复这一
循 环过程(见图1)。
作者简介：梁灵辉，浙江省台州市教育教学研究院高级教师，E -mail :lanbird @126 (浙江台州，318000) 基金项目：浙江省教研课题“基于STEAM 的课程开发研究”渊课题编号：G 2019273)36
基础教育参考*2021/02
跨学科与融合创新
引人环节是项目式学习的开端，包括面向真 实情境下的科学知识探究，在问题背景下对人 文、历史知识的学习，运用数学工具进行分析与 建模，建立数学模型并计算最优解等。设计环节 围绕问题情境提出解决方案，通过对多个方案的 比较与筛选，形成问题解决的合理方案及设计草 图，并以技术手段完成相应的平面设计图、三维 图形造型设计等。物化环节是把设计环节的抽象 学习转化成具象模型的过程，可运用传统或现代 的技术手段制作组件，包括各种现代加工工具的 运用，如用3D打印进行立体造型，用激光切割机 进行平面加工；零件加工完成后进行组装并解决 组件之间的配合问题。即物化环节是将设计变成 真实模型的过程。评估环节则在工程模型建立的 基础上，培养学生的产品意识。这一环节会运用系 统的方法对产品各个部分进行协调，采用类似工 程的方法对模型进行测试，通过不断迭代升级实 现对产品的优化。
开学典礼作文400字
在“一核四环”项目模型的四个环节，可有效 融人多学科的核心知识，且各环节之间存在有机 联系。该模型既可用于单个STEAM项目的设计，也可用于多个STEAM项目之间的整合。多个
STEAM项目之间有两种整合形式。一是平面循环 整合。在经历了一个项目的学习后，可能存在不 符合设计要求，不能通过工程测试等情况，需要 在该项目中重复学习；或因项目无法达到预期目 标，需另行选择类似难度的项目。二是螺旋循环 整合。在完成其中一个项目的学习后，再进人一 个更高难度的项目任务。通过这样的项目循环，学生对知识的学习不再只是简单地重复或机械 化地训练，而是会进人深度学习。
三、STEAM项目模型的应用
1.优化STEAM教学设计
如《系统的设计》为2019年浙江省课堂教学 评比的指定内容之一，参赛教师拟采用微型STEAM项目[4]实现教学，教学设计时以各种机器人、循轨小车为载体，以此体现整体规划、迭代设
计等思想。但是在试教中发现存在脱离真实情 境、项目指向不明、学习内容碎片化等问题，导致 学生对相关概念的掌握不够透彻，无法提升问题 解决能力。于是教师用“一核四环”项目模型进行 了优化设计，围绕“如何设计一辆简易的月球车 模型”这一真实问题情境，按学生的学习路径展 开教学。在引人环节探索月壤特性、结构稳定性
世界十大品牌等科学知识，认识探月工程发展历史；在设计环 节设计月球车模型承载系统，并考虑不同承载底 盘的影响；在物化环节对车辆的承载系统进行安 装，对车辆运行距离进行测量，并结合数学运算
选择合适的轮胎；在评估环节关注基本的承载系 统能否满足后期扩展，并对车辆的清障能力进行
优化。
在这一课中，教师运用了同一个载体，结合 STEAM项目学习的路径，设计了承载系统、动力
系统、清障系统三个难度递增的学习任务。学生 在自主设计清障系统的过程中，提出了多种解决 方案。这种由开放式任务引导的问题解决过程，使学生的思维更发散，参与度更高，任务完成度 也更高。因此，学生进人了一种循环提升的学习 状态。最后，该课例获得了 2019年浙江省通用技 术课堂教学评比一等奖。
2.规范STEAM项目开发
新课标的发布促进了 STEAM项目的开发，但是在项目开发中也存在一些问题。一是开发内 容混乱，项目设置目标不明确。有些学校把原来 的校本课程重新包装，推出了 “STEM+体育”“STEM+音乐”等所谓的STEM课程，但并未考虑 以工程技术为主的跨学科特性；二是项目融合度 低，更多地导向学生的模仿学习能力。有的学校 不能对资源进行有效整合，只以学科教师为主进 行开发，如科学教师开
发的项目以科学探究为 主，信息技术教师开发的项目则以信息技术为 主，缺少与数学、工程等学科的融合。
例如《智能马桶》项目就存在融合度低、项目
基础教育参考*2021/02 37
跨学科与融合创新
设置目标不明确的情况。基于“一核四环”项目模 型进行规范化开发后，任务改为“冬天上厕所时，如何解决马桶垫圈冰冷的问题”，这符合学生的 认知特点且指向真实情境下的问题解决过程。因
此，整个STEAM项目的开发均围绕解决这一真 实情境下的问题展开，并设计了四个学习环节。引人环节有对马桶发展历史等人文方面的认识，也有对座圈加热原理等科学方法的研究；设计环 节对马桶结构数据进行分析，运用数学知识测量 马桶底座的尺寸，并以加热元件尺寸为依据，设
计加热体的总体布局；物化环节采用3D打印技 术制作了控制开关的底座，并完成了电池、电线、开关等电子元器件的连接，实现了马桶座圈的加 热功能；评估环节对完成的智能马桶垫进行了测 试，测试其是否符合设计要求、座圈的加热是否 均匀、是否符合使用要求等，采用的测试手段包 括防水测试、防漏电测试等。《智能马桶》项目利
用模型进行规范化设计后，有效融合STEAM的五个维度培养学生的问题解决能力，避免了项目 的无序开发。
3.提升STEAM课程整合度
以桥梁模型设计项目为例。作为承重比赛、结构设计、学生小制作活动的载体，该项目常以 社团活动的形式开展，并在中小学阶段有较好的 发展基础。有的学校把校本课程《桥梁模型》整合
成了 STEAM课程，但也容易出现两个典型问题: 一是多个项目之间关联性不强，导致项目学习不 符合学生的认知水平；二是项目教学重模型制作 轻科学探究，忽略设计思维及数学建模等能力的
培养，导致课程的整体融合度不高。
基于“一核四环”的STEAM项目设计策略，对《桥梁模型》校本课程进行重新开发，可将其分
为梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥4个子项目，并使 问题情景及学习难度呈螺旋式上升。在基于真实 情境的问题设计上，第一个梁桥项目的问题是“如何给家乡的河造一座桥”；第二个拱桥项目
的问题是“如何给家乡的河造一座桥，同时考虑
航行要求与排洪能力”；第三个悬索桥项目的问
题是“如何给家乡的河造一座桥，同时考虑航行
要求、排洪能力以及汽车行驶需要”；第四个斜
拉桥项目的问题是“如何给家乡的海岛造一座跨
为爱启程有哪些歌海大桥，同时考虑航行要求、排洪能力以及汽车
行驶需要”。这4个子项目以螺旋循环的方式链
接，使学生在项目式学习过程中不是重复地机械
学习，而是循环地深度学习，不断构建自己的知
识网络。
四、结语
综上所述，“一核四环”的STEAM项目设计模 型，避免了以往STEAM教学模式重理论轻实践、
教学过程与学生素养发展分离的现象。该模型既
童蕾老公可运用于STEAM项目开发，形成以工程为核心
胡彦斌女朋友的STEAM项目；还可用于优化STEAM教学设
计，形成规范的教学模式与设计范式，有利于促
进项目开发与教学设计的统一。实践证明，STEAM融合模型的构建基于真实情境，有利于培
养学生在复杂情境下的问题解决能力，实现多个
项目的有机整合，引导学生进人深度学习状态。
参考文献
[1]赵呈领，赵文君，张志辉.面向STEM教育 的5E探究式教学模式设计[J].现代教育技术，2018 (3)：106-112,
[2]黄桦.STEM教育深度融入科学课程教学的 实践路径[J].现代教育技术，2018(5): 121-126.
[3] 高丹阳，赵燕燕，郭伟.BOPPPS教学模式
在小学STEM课程的应用探究---以Scratch课
程为例[J].教育信息技术，2018(Z2):67-70.
[4] 梁灵辉.STEAM课程开发模型与应用[J].教 学与管理，2020(7): 32-34.
(责任编辑郭向和）
38基础教育参考*2021/02
发布评论