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“降落伞”STEAM课程的设计与教学实施研究

摘要：本文将STEAM教育理念与降落伞课程相结合，让学生自己动手针对伞绳数量、伞面材料、伞面大小、伞面形状、伞绳与伞面直径比、伞绳材料、伞绳长短七个因素进行实验，在设计与制作实践过程中掌握降落伞的下降规律，培养其创新思维能力和基于问题、基于工程设计、基于项目的以真实情境为背景的解决真实问题的能力。

STEAM教育

STEAM教育就是集科学、技术、工程、艺术、数学多学科融合的综合教育。[1]STEAM的教育理念可以概括为：以数学为基础，通过工程和艺术解读科学和技术。[2]STEAM教育是一种以项目为驱动、以问题解决为导向的课程组织方式，强调跨学科的整合学习，学生的学习不仅是学习科学知识的过程，同时也是理解工程技术艺术的过程，是了解设计、制作、反思与修正一个项目的过程。[3]

STEAM教育框架如图1所示，它将多个学科连接起来，以跨学科的方式指导教学，形成了一个金字塔的形状。金字塔的最顶层是通识水平，这一水平代表的是最终的教育目标。通识教育和全人教育密切相关，因此，金字塔顶层和终身教育相互联系。金字塔的第二层为综合水平，这一水平是STE@M教育（艺术与STEM相互作用，因此STEAM表示成了STE@M），鼓励学生通过跨学科的方式去发现和解决问题。金字塔的第三层是多学科水平，这一水平在过去科学、技术、工程和数学的基础上增加了艺术，鼓励学生增加艺术美感。金字塔的第四层是具体学科水平，这一水平增强了科学、技术、工程艺术和数学学科相互之间的联系。金字塔的第五层是具体课程水平，这一水平主要是科学、技术、工程艺术和数学等学科的相关课程。[4]

“降落伞”STEAM课程的设计

1.课程目标设计

本项目主要是引导学生知道物体在下落时所涉及的科学、数学、技术和工程等学科相关知识及思想方法;在研究影响降落伞下降快慢因素的科学实践活动过程中，通过调查收集资料寻找证据，经历发现、提出、分析、解决问题的过程，培养严谨、求真务实的态度;调整完善并最终完成降落伞的制作，通过科学探究与工程设计的融合，提高创新与实践能力;体会科学与地理、物理、工程、技术与艺术等学科的关联，感悟多学科之间的内在联系。该项目的设计体现了STEAM教育理念的五个方面，如表1所示。

2.课程内容设计

本课程主要针对降落伞的七个影响因素进行研究，具体研究内容如表2所示，学生通过对这些影响因素的研究，习得制作降落伞的知识，从而动手制作一款自己觉得最好的降落伞。

3.课程实施设计

课程对七个因素进行分项研究，每一个研究都要经过参与、解释、探索、反思、创新五个环节。通过参与环节让学生知道各自的任务，培养学生的团队合作能力;通过解释环节帮助学生进行思考，培养逻辑思维能力;在探索环节通过实践，培养学生的操作能力;在反思和创新两个环节通过再思考，并进行创新，培养学生的创新能力。

4.课程评价设计

根据评价的基本内容制订评价表，主要包括三个方面的评价：一是活动的内容目标;二是活动过程要素;三是活动效果分析。在划分出评价的各种类别后，根据评价的重点，赋予不同的评价项目不同的权重系数，综合评价学生在活动过程中的发展状况。

为了充分了解伞绳的数量这一因素对降落伞下降情况的影响，从而促进学生在活动中达成学习目标，本课程制订了适合学生的课程学习评价方案：①教师组织各小组展示不同伞绳数量的降落伞。②小组安排成员进行汇报并展示各项成果，包括制作降落伞所产生的作品资料，如降落伞模型、过程性记录表（活动记录单）等。③活动结束后，教师组织学生对小组作品进行自我评价，采用如表4所示的评价量规表。

“降落伞”STEAM课程的教学实施

1.课程内容实施

以下是研究伞绳数量的过程，伞面材料、伞面大小、伞面形状、伞绳与伞面直径比、伞绳材料、伞绳长短六项因素对降落伞下落时间影响实验也根据以下步骤进行。

（1）参与环节——教学环境的创设

教学环境：播放相同条件下不同伞面数量降落伞同时降落时的视频，让学生观察其下落时间的差异。

教师提问：为什么这几个降落伞同时下落，但是它们的下落时间却并不相同呢？

学生活动：思考这几个降落伞不同的地方，寻找得出此情境中的关键因素——伞绳数量。

（2）解释环节——任务的发布与分析

制作一组降落伞，研究伞绳数量对降落伞降落时间的影响。本次任务改变的条件为伞绳数量（根据折叠技术、裁剪技术的支持，选择不同伞绳的数量，如4根、8根、10根、12根、14根、16根等），不变的条件有伞面大小、伞面形状、相同重物、伞绳材料等。在进行实验时降落伞从同一个高度同时投放，学生及时记录每一次测量的数据以及测试过程中的现象和问题，并且重复测试。

（3）探索环节——降落伞的制作与测试

同组学生进行降落伞的制作，控制伞绳数量不同，保持其他条件相同，做出3个或3个以上的降落伞，将它们从同一高