这节汽车设计STEAM课上，学生创造了“奇迹”
问卷调查
提升信息素养，优化课堂教学，您的真实需求是什么？识别左侧二维码，说出您的心声。
近年来，在加强STEM教育的同时，美国教育界产生了新的呼声，要求将艺术(arts)纳入全国教育战略，在STEM基础上增加艺术(arts)教育，将STEM转变为STEAM。“从STEM到STEAM”已经逐渐成为全球性的新教育运动。
STEAM教育是指在学科融合的基础上，聚焦于问题解决，通过情景创设，鼓励学生自主探究的教育模式，旨在培养学生解决问题能力、综合实践和创新能力。STEAM教育具有跨学科性、情境性、协作性、趣味性、技术增强性等特征。
在一次科技节上，看到男孩子拿着自己最得意的玩具汽车跟小伙伴比拼，我们顿生一个想法：何不将我校STEAM教室的资源好好利用起来，设计一堂创意汽车模型STEAM课，让学生自己动手拼装自己设计的创意汽车模型呢？在设计和拼装汽车模型的过程中既可以培养学生动手、创新、综合运用科学知识的能力，又可以培养他们解决问题的能力，以及艺术素养。经过认真思考，我们采取了全新的教学策略对课堂教学设计进行优化。
一、调整教师定位：从课堂主角到幕后导演
STEAM课程教学的核心思想是“项目式学习”“以学生为中心”，重视学生学习主体地位，但不忽视教师的指导作用。这节STEAM课教学中，教师的角色和职能是这样的：
为学生的项目学习以及未来规划提供辅导和指引，同时需注意避免直接传授讲解有关知识内容，努力培养学生自我引导，主动发现问题并解决问题的能力与习惯；
既需要保持对各个教学环节的控制、管理、帮助和指导，又需要从课堂主角变成幕后导演，成为学生自主学习知识、探索并解决问题的帮助者和促进者；
由于不同学生所采用的学习路径、遇到的困难不相同，在学生解决问题过程中需要针对不同情况给予及时反馈和帮助，指导学生独立探索或协作，调动学生参与的主动性；
对于学生自主学习过程中，因信息庞杂而易出现学习行为与学习目标偏离的情况，要在学生解决问题过程中设置关键的控制点，规范学生学习，并促进学生反思和深化所学知识。
二、优化STEAM课程总体设计
本节STEAM课堂总目标是让学生实践体验，主动发现。了解STEAM教育是科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）和数学（mathematics）、艺术（arts）的教育简称；知道每个完整的工程设计都包含四个环节，设计、制造、测试和评估；懂得如何改善性能并提高速度。
我们希望学生学习本节课程后实现三个目标：通过学习基础知识，熟悉工作流程——设计、制造、测试、评估；参阅拼装手册，搭建或创造本组的汽车模型；应用工程设计方法，对汽车模型进行不断修改，探究选择可以使汽车模型速度提升的方法。熟悉工程设计流程，掌握基本拼装技巧，提升汽车（模型）性能，这三点是本节课教学的重点和难点。
合理分组可以调动学生的学习热情，便于后续交流、研究、讨论，完成课堂活动。我们按照“组内异质，组间同质”的原则，将学生分成若干三人小组，小组名称由学生自己取。宇宙队、海马队、智慧队……纷纷亮相。各小组的人员配置（分工）如下：1号成员领导能力较强，负责协调和解说；2号成员动手能力比较强，负责拼装汽车；3号成员信息技术能力较强，负责PPT制作及秒表计时。
要保证教学效果，优化课时安排也很重要。对四年级学生，授课时间既不能太短，也不能太长，既要保证学生能做完，又不能浪费时间。鉴于此，我将两节课连堂上，总共80分钟。
在STEAM课程教学中，学生将成为自己的老师，以小组的形式，自学的方式进行项目式学习：在课堂前15分钟，学生自行浏览课件内容；课堂中段50分钟，先应用所学知识进行拼装制作，接着用秒表记录汽车经过3块磁砖所用的时间；再思考如何提高汽车速度，对汽车模型修改、测试、再修改、再测试，最后选择其他组进行比拼；课堂最后15分钟，在教师归纳总结，优秀小组做经验分享。
三、奏好STEAM课程教学六部曲
何谓STEAM，有何特征？我让各组成员观看PPT后回答两个问题：STEAM是哪五个单词的组合？工程设计步骤有哪四步？
STEAM教育并不是科学、技术、工程、数学和艺术教育简单叠加，它强调多学科交叉融合，将多门学科内容组合形成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能力。开展STEAM教育是为了更好地使学生不被单一学科的知识体系束缚，促进教师在教学过程中更好地进行跨学科融合，鼓励学生跨学科解决问题。STEAM教育中五门学科的教学必须紧密相连，以整合的方式培养学生学习知识和技能，并迁移应用解决实际问题的能力。融合的STEAM教育具备这些新的核心特征：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性。
然后，了解工程设计步骤：设计—制作—测试—评估。设计阶段的具体任务是明确设计理念，以图片或文本的形式表达细节；制造阶段的任务是按照设计对模型进行拼装；测试阶段的任务是对模型进行测试，并收集实验数据；改造阶段的任务是对测试结果进行分析，并找到提升性能的方法。
最后，登录学习平台，动手作业。本次活动要学习的是机械与结构中的机械学，根据器材盒中的拼装示意图，设计汽车模型并找出相应的元件。
这一步，需要完成两项任务，一是设计与制作，二是测试模型。具体来讲，学生先观察汽车模型零部件，设计汽车模型，在纸上画出简单草图，找出拼装盒中相应的元件，再拼装汽车模型。组装好模型后，学生根据任务提示对模型进行测试，获得实验数据。各组1号成员发号施令：“预备、开始、走！”2号成员让汽车开始行动，3号成员使用秒表并做好记录——测试汽车经过3块磁砖所用的时间，小组成员配合默契。
提升汽车（模型）速度方法：一是仔细观察汽车模型，去除装饰部分以减轻车重；二是增加电池数量以增大汽车动力；三是选择使用合适的齿轮囊。
提升汽车模型性能是本课程学习的第三项任务。学生根据教师讲授的方法，探索提升汽车模型速度的方法并对汽车加以改造。改造好后，学生再测试模型，记录实验数据，讨论、改造、测试，直到满意为止。
经过多次改造、测试后，各组学生展开比拼，这是本课程学习要完成的最后一项任务。学生再次对模型进行测试并将实验结果与原实验结果做对比分析，找出提升汽车速度的有效方法，与其他小组较量车速。令我欣慰和惊讶的是有一个小组第一次测试用时16秒，经过改造后为12秒，再次改造后测试缩短为5秒，还有一个小组最后的结果更惊人，仅用时2秒。
STEAM教育就像一粒神奇的种子，播撒在时代的土壤里，生根发芽，茁壮成长。STEAM教育就是在为时代的变革培育创新力量，而创新正是教育改革与发展的不竭源泉。亲历这个项目的教学，感悟颇多。相信STEAM教育必将对中国的教育产生深远影响。我们坚信，中国STEAM教育的未来一定更加美好。
注：本文系中国信息协会教育分会“十三五”规划立项课题“信息化背景下科创教育的实践研究”（编号：ZXXJ20170016）研究成果之一。
（作者陈月新系江苏省南京师范大学苏州实验学校特级教师；孔维磊系苏州实验学校二级教师）
文章来源：《中小学数字化教学》2018年第6期，原标题为《我的汽车我设计——记一堂创意汽车模型STEAM课》
责任编辑：祝元志
微信编辑：李中华
监 制：朱哲
往期荐读