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信息技术支持下的STEAM课程实践与反思

2023年5月，教育部发布《基础教育课程教学改革深化行动方案》，强调聚焦核心素养导向的跨学科主题学习等教学改革重难点问题，推进数字化赋能教学质量提升[1]。由于跨学科主题学习容量大、耗时长，学生对各学科的知识储备不足，传统模式教学难以适应教育改革的需求。STEAM教育的独特价值在于将科学、技术、工程、艺术和数学多个学科的课程知识统整为一个有机整体，在信息技术手段支持下，为学生提供富有现实意义的学习情境，并通过解决实际问题来培养学生的创新精神和实践能力。STEAM教育蕴含了学科融合、问题解决和技术赋能三个核心理念，因此STEAM课程是践行新课标、开展跨学科主题学习的一种重要方式。

一、信息技术支持下的STEAM课程模式建构

基于上述思考，笔者以问题解决为指引，以跨学科式“做中学”为实现路径，以工程技术为主线，开展信息技术支持下的STEAM课程设计探索，提出了“三段五环”教学模式（如图1）。“三段”指课前、课中、课后。“五环”指聚焦问题与确定需求、调查研究与学习支持、设计制作与测试优化、展示交流与扩充创意、评价提升与反思复盘。

信息技术融会贯通于课程的各环节，改变教学环境，为学生提供在智慧课堂的学习体验，以期帮助学生突破跨学科知识的局限，促进学生综合能力的发展和学习方式的变革，有效提升学生的核心素养。信息技术的应用为达成“会科学探究、善技术实践、能工程创新、懂数学思维、有艺术品位”的复合型人才目标奠定了基础。

二、信息技术支持下的STEAM课程设计

为了更好地检验“三段五环”教学模式的科学性和实用性，笔者设计了STEAM课程案例“地震我来报——研制地震报警仪”并展开实践探索。

（一）课程目标

1.知识与技能

掌握地震发生的原因，根据地震报警仪的原理，制作一个简易地震预警装置，并通过模拟地震的方法进行结果的假设与推理。

2.过程与方法

体会“确立问题—了解特点—设计方案—制作测试—修正方案”的工程技术流程，学会自己独立设计，相互修正设计。

3.情感态度与价值观

增强团队分工合作能力，培养工程思维，享受创造的愉悦。

（二）课程重难点分析

1.活动重点

（1）地震报警仪装置的自主设计和制作。

（2）展示时能阐明设计理念及改进办法。

2.活动难点

如何提高地震报警仪的灵敏度。

（三）学科融合点

S（科学）：认识地震发生的原因，了解地震报警仪的结构原理。

T（技术）：学会电路装置的连接，能运用选择的材料，根据设计方案制作一台性能良好的地震报警仪。

E（工程）：能够运用工程思维来设计产品，并在制作过程中针对遇到的问题进行调整改进。

M（数学）：学会收集和分析数据、核算研发经费。

三、信息技术支持下的STEAM课程实施

（一）聚焦问题与确定需求

1.聚焦问题

近年来地震灾害频发的现象，引发了学生对地震问题的关注。学生通过网络查找、调查采访、实地考察等多种途径了解了地震的成因及危害，深刻感受到地震的危害。

如何及时挽救生命和减少损失呢？在震撼与担忧之余，学生纷纷把探究的视角转向了地震的预警防范上。课堂上，学生围绕“如果我们的城市发生地震，如何能提前知道，以为逃生争取时间？”这一问题展开探讨，并选定“地震报警装置的制作”这一驱动任务进行研究，由此开启了“地震我来报——研制地震报警仪”STEAM课程实践之旅。

2.确定需求

在明确任务后，教师顺势引导学生讨论完成评价标准，共同确定了课程评价量规（见表1），让学生明确本项目的要求：制作出一款长、宽、高不超过50厘米，研发成本低、性能好的地震报警仪。学生可从灵敏度、創意、牢固性和外形、成本、展示介绍这五个方面评价项目作品的完成程度。

【设计意图】围绕“制作一款地震报警装置系统”这一工程问题，教师引导学生开展基于问题情境的解决任务式学习。学生既能从中学到知识与技能，又能体验到动手动脑的乐趣，核心素养得到有效发展。

（二）调查研究与学习支持

1.调查研究

教师依据本课程所涉及的STEAM知识框架和概念基础，进行在线问题测试（见表2），从而更好地把控课堂教学。教师由前测数据（如图2）发现学生对地震成因、地震报警仪的工作原理等知识有所欠缺，需要构建学习支持。

2.学习支持

本课程包括理论学习和实验探索两项体验活动，均是为制作出一款性能良好的地震报警仪做知识、技能和方法的储备。

（1）积累地震报警仪知识——理论学习。教师在在线学习平台发布地震报警仪系列微课资源（如图3），供学生自主选择观看。该微课资源包含地震成因介绍、地震预警原理揭示、地动仪的历史、地震预警系统制作技巧四方面内容，帮助学生了解地震报警仪在设计原理、发展变化、制作技巧等方面的知识，让学生对地震原因与地震预测有全面的认识和思考。同时，学生掌握了地震报警仪利用的是垂体摆动力学原理和物理声光电磁运动原理，即当地震报