周宗萍

（上海宋庆龄学校 上海 201700）

1 目前小学课程整合存在的问题

2017年2月，教育部颁布《义务教育小学科学课程标准》，明确指出STEM是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，旨在以科学、技术、工程与数学四门学科的有机融合来培养学生的创新意识和创新能力。目前，我国小学学科教育中仍存在着基础课程有学科独立性和自身特色，学科间缺乏联系，课程项目式教学较少等问题。由此，我国基础教育改革应开始从课程为抓手，努力将基础课程内容进行重构，研究课程体系重构方式。STEAM教育理念强调将科学、技术、工程、艺术和数学知识进行融合，以项目式教学作为基本方式展开教学活动，给我国基础教育改革提供参考。

但是，基于STEAM教育理念的课程体系重构的模型是什么，如何对小学基础学科课程教学内容进行重构，如何开展项目式案例课堂教学、教师如何开展STEAM课程项目教学，信息技术如何融入课堂等，都还存在很多亟待研究的问题。因此，本研究以《简易风向标》课程内容为例，利用3D打印技术的可操作性以及三维立体化教学方式，阐述对小学学科知识进行课程建构方法及课堂实施方式和效果，从而培养学生综合能力。

2 基于STEAM教育理念的课程体系重构案例分析

本文使基于STEAM教育理念的进行跨学科整合小学段学科知识内容，以问题为导向，通过项目式教学，用反向建构方式组织设计3D打印风向标项目，在实践操作中培养学生综合能力，促进学生深刻理解所涉及的学科知识内容。本案例设计时，在确定风向标项目后，根据风向标具体设计操作模块，与数学、语文、英语、科学及信息技术老师讨论在项目设计中涉及的各学科课本中相关联的知识内容，确定本项目学科知识目标及能力目标，撰写教案并实施，如图1所示。但是，由于能力导向的课程知识体系并非完整全面，考虑结合现有的课程结构及其知识体系，下面将具体描述本3D打印风向标项目案例涉及的各学科课程知识内容，课程实施方式及实施效果。

图1：“3D建模与打印风向标”案例

2.1 课程内容

本案例基于STEAM教育理念，以培养学生创新能力、合作交流能力、动手操作能力、语言表达能力为主要目标，围绕解决如何测量风的大小和方向问题，追塑数学、科学、信息技术、语文、英语、美术学科知识，借助3D打印技术设计《简易风向标》教学案例。本案例教学内容共分为六个环节，分别是搜集资料、绘制风向标设计图、小组分工建模、模型切片并打印、组装调试使用、分享交流。在课程设计环节中，分别将信息技术、科学、数学、美术、语文和英语相关知识点渗透其中，在课堂教学中运用学科知识点完成风向标3D打印设计项目。

2.2 课程实施

2.2.1 问题导向，搜集解决办法

课程开始老师为学生提出如何测量风速和风向问题，学生根据自身生活经验探讨制作风向标3D模型要素。学生利用网络搜索风速和风向测量相关方法，教师引导学生思考如何将风速划分等级，最后确定制作风向标。根据风向标3D模型结构进行功能划分，即风向标底座稳定结构、测风向的东南西北指针、测风速箭头，绘制设计图形并建模。

2.2.2 小组合作，分工完成任务

小组合作讨论共同绘制风向标设计图，并标注清楚每个部位尺寸，将模型进行组成部分分割，小组同学分工任务共同使用3D建模软件建模相应功能部位。切片并打印模型后，小组共同组装模型并测试风向标模型效果，最后进行总结讨论，汇报使用效果。

2.2.3 汇报总结，在反思中学习

本案例实施过程中，小组同学需要先汇报小组的风向标设计图，分析设计风向标的功能特征、尺寸大小、色彩搭配、模型外观、创新之处和操作可行性等。老师与同学指出模型优缺点，提供修改建议，接着小组进行二次修改，确定模型最后设计方案进行建模。模型测试完毕后，需要小组同学共同汇报测试结果，总结风向标模型制作过程中遇到的问题及解决方法，完成模型过程中使用到的知识点，学生使用中文或英文汇报本项目的制作方法和最后试用效果及学习心得，在分享过程中能锻炼学生语言组织表达能力，强化词汇的使用。

2.3 课程效果

本案例基于STEAM课程融合理念，借助汉语和英语进行语言表达，借助信息技术搜索有关风速和风向科学知识内容，借助美术色彩搭配和造型设计美化风向标，可以非常紧密地衔接课程知识内容。通过课堂观察和访谈学生，总结本案例的实施在三个方面产生效果。

2.3.1 加深学生对多种类型知识理解

本项目中涵盖不同种知识类型，基于原有的课程知识，如数学中角度变换、长度单位、角的初步认识等，学生们利用课内学习的3D建模技术及此类应用型知识对图形进行布尔加减运算，最后完成风向标设计。在建模过程中，立体图形布尔加减运算不属于数学课本知识内容，属于探究性知识。实验中划分风速大小等级，不属于科学课程内容预期的知识范畴，而是属于本项目学习过程中的生成型知识。项目学习过程中，学生能掌握探究型知识、生成型知识及应用型知识，可以将难以理解的空间概念具体化。

2.3.2 培养学生综合能力

学生在参考简单的风向标造型设计图时，会尝试增加白鸽造型等立体图形，加强风向标设计感，有部分学生会尝试使用细线代替指针，这是学生创新设计能力的展现。组装模型时，学生动手将模型的组成部分进行组装并实验试用，并对模型进行上色装饰，可以有效训练学生动手操作能力。修改并汇报，在完整的项目式教学中，学生小组合作交流确定模型形状，使用英文或者中文汇报作品，训练并提高学生语言表达能力。切片并打印作品进行组装，其中有同学发现自己打印出的模型圆柱体嵌套时，大小尺寸不合适，出现无法组装各组成部分及放在地上不平稳的问题。在操作过程中，学生会进行自我反思是何原因导致不平稳问题，并积极思考解决办法，可以提高学生问题解决能力。

2.3.3 加强学科知识点紧密衔接

本案例从搜索相关资料、设计模型、打印调试模型到最后汇报总结教学环节中，涵盖多门学科具体知识点。知识点与知识点之间相互衔接，学科知识迁移。小学段每门学科知识独立性较强，虽然有本课程自身知识连贯性及难易度螺旋性上升，但是学科与学科之间知识点联系较为松散。本研究以项目式教学方式，将学科间碎片化知识用生动形象的方法将学生碎片化知识进行整合，加强学科间联系，帮助学生学习并构建对知识的完整理解。

3 思考与建议

3.1 以解决问题为导向，确定教学内容

小学段学科教学内容相对独立，如何运用学科知识解决生活问题非常值得深入研究。对于课程内容的确定，需要引导学生注意观察生活中存在的问题，运用信息技术搜集探讨解决方法。本研究从生活实际问题出发，最终确定课程主题即解决测量风向和风速问题。

3.2 以“六环节”结构为载体，设计课程结构

课堂教学结构共分为六环节，分别为搜集信息、绘制设计图、建模、打印组装、测试改进、分享交流，任何3D打印项目式教学均可仿照这六环节进行修改和调整，完整的课程结构可为更多的3D打印教学项目做参照。本研究六环节课程结构从寻找解决问题方法、尝试解决问题、模拟实验到课程结束的交流汇报，其中强化训练学生设计能力、语言表达能力、创新能力、动手操作能力和合作交流能力。

3.3 以小组合作为手段，组织课程实施

以小组合作方式展开课堂教学，可以提高学生交流沟通能力，能让学生在探讨问题中进行知识转移和内化。可依据3D打印项目结构数量确定小组人数，每组二至三人最为合适，能让每位学生承担适量任务，推进课程开展。学生在交流沟通中，会存在信息搜集的重复性问题，教师可先将3D打印项目进行分割，再由学生进行自主讨论，确定自我任务，共同完成项目。

4 结语

基于STEAM教育理念反向建构课程教学内容，能有效唤醒学生先前知识经验，能更有效地促进学生知识内化和知识创新，培养学生综合能力，提升学生信息素养。本研究力求探索课程教学改革新方法，为STEAM教师课堂教学方式及教学内容组织提供参考。学科课程重构对老师综合学科素养要求较高，需要投入更多师资力量，需要更多不同学科老师共同协作深入研究，才能开发出符合STEAM教育理念的项目教学案例。