优秀STEAM案例 | 创意灯

在小学科学课程中开展STEM教育，不仅具有很强的综合性、实践性，而且对于小学生实践能力、创造力思维以及工程思维等的培养具有重要的核心价值。文中阐述分析STEM教育理念的核心特征和意义，以“创意灯”为例，探索基于跨学科学习活动5EX设计模型的STEM课程教学设计策略。

跨学科学习活动5EX设计模型华南师范大学李克东教授认为: STEM教育就是让学生面对真实情境的问题，通过将科学探究、数学应用、工程设计和技术制作有机统一，运用跨学科的知识和方法来解决实际问题，学生通过做中学，提升学生的科学精神和创新实践能力，促进学生全面发展的一种教育方式。我们不难看出: STEM教育的核心特征是运用跨学科的知识和方法去解决问题，是面向全体学生的教育方式。因此，STEM教育课程的设计要凸显跨学科学习的精神，即课程是围绕一个主题，通过多个学习环节来搭建的，而不是简单的一节课堂教学就能实现。
李教授把跨学科学习活动分为如图1所示的五个学习活动环节。这五个学习活动即为跨学科学习活动5EX模型。
接下来，笔者将基于本设计模型，以设计“创意灯”为例，阐述整体STEM课程以及不同环节学习活动搭建的策略。

课程的设计与实践**(一) 课程目标**
设计“创意灯”STEM 课程是以苏教版小学科学五年级《电与磁》单元为基础和参照点，以电学知识为基本内容的 STEM 课程。其目标指向STEM四大维度的培养，即科学素养、技术素养、工程素养和数学素养(见表1) 。

该课程以“灯”为载体，通过灯的欣赏、资料收集、实地测量考察等活动，使学生了解电学的基本知识; 能借助不同的材料，以与他人合作的方式开展灯的创新设计和制作; 在动手实践操作中，掌握画、量、拼、搭等技术技能，以此激发学生的创作兴趣，培养学生的科学探究能力、数学应用能力、工程设计能力和技术制作能力。

(二) 课程框架及实施过程

依据设计“创意灯”课程的目标，课程内容按5EX模型构建的课程框架(见图2) ，即为:项目导入(EQ+EM) 、项目实施(ET) 、项目拓展(EC)和项目评价(EＲ)四阶段。

设计“创意灯”课程是一个复杂的、系统的课程体系，课程内容之间形成一个整体，其中项目评价是贯穿于整个课程的。

(三) 课程实践

(1) 引入真实情境，自主提出问题

STEM 教育的核心特征是跨学科学习，而跨学科学习是以真实情境中的问题为任务驱动，激发学生寻找解决问题办法的一种学习形式。因此，STEM 课程学习主题的设计应当是与现实生活紧密相关，是学生可以认识和理解并能产生实际应用效果的问题。

厦门通士达有限公司是厦门本土轻工业，始创于1958年，拥有半个多世纪的国企品质。课程伊始，带领学生到其科普基地进行现场参观，在欣赏本土企业的辉煌发展历程的同时，引导学生提出并思考: 灯是如何被点亮的? 同时，在参观过程中引导学生将观察到的关键信息进行收集并记录。通过现场参观、亲身体验，学生进入了真实情境，提出问题，并在问题的驱动下，以项目学习方式进行STEM主题学习。

(2) 亲历探究学习与数学应用，塑造科学精神

STEM 课程设计和实施过程必须重视科学精神的培养。此环节有以下5个流程: 创设情景、提出问题→面对问题、作出假设→选择方法、进行探究(科学实验) →收集信息，归纳整理→分析信息，形成观点。

以设计“创意灯”STEM课程为例，其EM环节就是让学生围绕“点亮二极管”这一问题，通过科学探究方法和数学方法，理解并应用简单电路，串联、并联，导体、绝缘体等科学知识。面对问题，学生想当然用导线连接电路元件，此时笔者出示面团，请学生试试用导线作为连接电路的元件。这样，在EM环节渗透了导电、绝缘面团定量配比的数学知识，而且为学生开放性地捏塑电路模型提供平台。

活动中，学生面对真实问题，学会提出不同解决点亮二极管的方案，学会运用不同的方法探究连接电路的方法，掌握综合运用科学探究和数学运用解决问题，从而逐步形成科学思维。

(3) 体验设计与技术制作，形成工程思维

此环节遵循以下6个步骤: 明确任务，明确需求→提出方案，画出草图→选好材料，制定计划→动手制作，完成原型→性能测试，改善方案→修改原型，定型制品。

教师出示视频，展示生活中各式各样的灯：节能灯、声控灯、串联电路灯、并联电路灯、不同造型的灯……并让学生思考需要生产一批符合不同客户需求的“创意灯”，需要思考的本质内容是什么，即这些灯亮起来的方式存在哪些差异? 随后，让学生结合教师自主开发的STEM创意电学工具箱自主学习不同电路，归纳不同电路的相同点和不同点。学习完之后请学生画出“创意灯”草图。学生根据草图，选用STEM创意电学工具箱内的相关模块化组件进行设计，将感兴趣的物品结合电路创造出来。激发了学生的想象力，扩展了学生对电学探究空间，让探究更深入，更具有灵活性、开放性。同时让学生知道制作一款可以出售的灯需要综合多个方面因素，实现跨学科教学，而且在学习的过程中，也让学生充分意识到小组合作的重要性。

(4) 创意设计吸尘器，激活创新能力

通过让学生设计一款“简易吸尘器”，使学生尝试走进社会，将电学知识与社会联系。教师根据“吸尘器”产品的需求提出更高要求的设计任务，如吸尘器的原理及其电路知识，课后，引导学生通过网络检索，查找与电学主题相关的科学史和最新研究技术，从而激发学生拓展知识的兴趣，培养学生的创新能力。

(5) 开展多元评价与反思，检测学习效果

STEM课程学习注重对学生的评价及学生的自我反思。其评价是以过程性评价为主、总结性评价为辅，以多元评价对象参与评价的方式，对相关知识、任务完成、创意设计等内容进行测试与评价。学生在参与制作“创意灯”STEM课程时，将会参与多元学习活动评价(分为自我评分和小组评分，包括规划设计能力、技术制作能力、测量分析管理能力、团队合作能力、成果展示能力) 和学习反思 P-M-I-Q 表格(见表2) 。

学生通过多元学习活动评价和学习反思P-M-I-Q表格，能够把握自我学习状况，并自我评估还需要参与何种学习过程才能够达到对知识和能力的进一步理解和掌握。这一评价过程有助于促进学生的全面发展。反思通过对原教材中《电与磁》中“简单电路”一课的改版和优化，归纳总结出STEM课程设计与实践的有效措施为: 在5EX模型指引下，教师可以先挖掘原课程中与科学、数学、技术和工程相关的活动内容，再紧扣 STEM 教育的核心特征细化课程的教学目标，搭建课程教学活动的基本环节；从项目导入(EQ+EM) 到项目实施(ET) ，从项目拓展(EC) 到项目评价(EＲ) ，激发学生调用各学科知识，以达到提升综合运用跨学科知识解决问题的能力，培养其科学精神和创新意识。