STEAM教育理念下的物理教学设计，让学习真正发生
STEAM教育理念下的项目教学设计
——以“自制吉他”为例
文 | 张孟影 甘晓雯 袁海泉
践行STEAM教育理念，开展项目教学，能够提升学生能力，促进身体、认知、情感三位一体健康发展。
物理作为一门重要的学科，是自然科学的基础，在社会生活中应用广泛。学好物理很有用，但一些学生在学习过程中习惯死记硬背物理概念和公式，效果不佳。
为了使学生理解物理基础知识，掌握物理基础知识的应用方法，激发学习兴趣，发展核心素养，笔者基于STEAM教育理念，将物理“声现象”作为主线贯通数学、技术、工程与艺术知识，面向八年级学生开展为期两周的“自制吉他乐器”项目教学，以充分利用物理知识实践性强的特点，让学习真正发生。
首先，八年级学生已具备一定的网络资源查询、收集和应用的能力。
其次，学生进入七年级后逻辑思维已经占优势，在八年级开始具备抽象思维能力，能够以概念做支柱、以语言为条件，认识事物的本质特征和内在规律。
最后，八年级学生作为一个正处于发展阶段中的群体，具有好奇心强，乐于动手操作，能够较快适应新环境等特点。
物理八年级上册第一章为“声现象”，包括声音是什么、乐音的特性等内容。《义务教育物理课程标准（2011年版）》对这部分知识的教学提出明确要求：通过实验让学生认识声的产生和传播条件，了解乐音的特性及现代技术中声学知识的一些应用。
笔者从“自制吉他”项目教学入手，基于STEAM教育理念，将物理知识与数学、技术、工程与艺术联系起来，让学生合作完成吉他乐器的制作任务，在项目式学习中既获取知识，又发展工程思维、科学思维、艺术审美等能力。
教学目标是教学设计的预期结果。教师计划通过小组合作制作吉他的方式，发展学生的核心素养，从科学、技术、工程、数学及艺术五个维度实现教学目标。“自制乐器”教学的具体目标如下。
科学（S）方面：知道声音是由于物体振动产生的；掌握声音的三要素（响度、音调和音色）；探究影响声音三要素的因素；掌握乐音的特性，知道什么是噪声以及如何控制噪声。
技术（T）方面：掌握在线查询资料、收集资料的方法以及筛选资料的技巧；掌握绘制思维导图的步骤和技巧；学会利用网络资源及App工具；学会利用不同的材料制作琴弦。
工程（E）方面：了解吉他的基本构造以及制作所需的材料；学会交流合作，编制计划，设计项目，执行项目，发展工程思维；反思实施过程中出现的问题，进行分析、测试和改进；评估演奏效果。
数学（M）方面：学会利用工具（如尺子）测量；应用数学知识绘制吉他结构图，标注各部分尺寸以及所需要的材料。
艺术（A）方面：掌握基本的乐谱知识；尝试演奏简单的曲目；提高音乐审美能力，发展艺术素养。
笔者从“自制吉他”项目入手，按照项目教学基本思路，设计了以下教学流程（如图1）。
【教师】在课堂上请一个学习过吉他的学生上台演奏一首乐曲。演奏后，当学生们还沉浸在音乐的氛围中，提出问题：“欣赏完这么动听的音乐后，大家对吉他有哪些了解？”
【学生】各自讲述经历，发表对学习演奏的看法。很多学生表示要学习吉他或者其他乐器。
设计意图：通过真实情境的导入，提出具有现实意义的问题（“对吉他有何了解”），激发学生的兴趣，引导学生交流和思考。
【教师】提出任务：以小组为单位制作吉他，并用其完整演奏一首乐曲且录制短视频。
【学生】学生自主分组，经过初次讨论，询问教师关于任务的具体要求，比如制作的时间、选用的材料、演奏什么乐曲等。
设计意图：教师向学生明确任务的具体内容和呈现作品的方式，要求学生用自制吉他演奏简单的乐曲，以驱动学生编制计划，设计项目，有针对性地开展项目活动。
项目实施阶段是耗时最长也最重要的阶段。在项目实施过程中，教师要对学生的制作给予指导，提供可参考的范例（如请学生观看一段简单的吉他制作视频）；进行阶段性的评议；分析问题并进行调整和修正。各组循环以上步骤，通过交流和改进，一步步完善设计，确定具体方案，并制作作品。
（1）完成导学任务单
教师给出任务单（见表1），提供吉他、教材、参考书目、可查阅资料的电子设备，要求学生在规定时间内完成任务（或回答问题）。
表1 “自制吉他乐器”任务单
学生分组合作，查阅资料，观察实物吉他，完成各项探索任务。学生自学后，在组内交流，完善答案，并分享查阅资料的方法与技巧。
教师纠正与补充，利用声音的传感器将声音具象化，给学生更直观的体验。
（2）绘制思维导图
教师提出任务一：是否了解吉他的构造？请绘制吉他结构图（如图2）。
图2 吉他构造
之后，教师以吉他构造为范例进行思维导图教学，讲授思维导图的概念，并利用XMIND软件示范思维导图的绘制过程，演示思维导图软件的使用方法。
最后，提出任务二：对声现象的知识了解多少？请绘制“声现象”这一章知识的思维导图。
教师要求学生根据任务绘制思维导图，分析吉他构造，并总结“声现象”这一章的知识。学生在规定时间内绘制好导图，并再次进行小组交流，完善自己的导图（如图3）。教师通过巡视辅导，了解学生学习情况，并及时引导。
（3）绘制简易的吉他设计图
教师要求学生在了解吉他基本构造后绘制简易的吉他设计图，同时展示优秀的制作样本、用于制作的材料（胶带、米尺、大号塑料保鲜盒、剪刀、切刀、胶水枪、胶水棒、螺丝、铅笔、吉他弦、锤子等），启发学生思考，帮助学生发展创造力。
学生先在组内交流，分享想法，并绘制草图，再以小组为单位向面全班学生展示设计图，论证方案的可行性，接受其他小组评议，最后对设计进行修正。
（4）编制工作计划
在学生完成图纸设计后，教师引导学生思考吉他制作的具体步骤。
学生先在小组内部讨论，再做小组间的交流评议，列出工作表（见表2），并开始制作吉他。
教师巡回指导，要求学生记录实际操作中遇到的困难及解决方法；每隔一段时间，要求小组汇报工作进度，确认按计划正常进行；认真观察，寻找能力较强的学生，让他们解决其余小组制作中出现的问题，发挥其特长；对于有困难的学生，进一步分解任务，适时地鼓励，增强他们的信心。
（5）矫正音调
等各小组完成吉他制作后，再次明确任务：利用自制吉他演奏（吉他应能发出基础音调）并录制小视频。各小组利用矫正音调的软件改进吉他，这有助于学生理解“音调”概念，也有利于他们掌握规律。
（6）学习演奏
教师让学过吉他的学生辅导未学过的学生演奏简单的乐曲（如《小星星》《两只老虎》等）。
（7）录制视频
项目实施的最后阶段，学生已制作好吉他，并且可以发出基础音调。教师鼓励学生利用电子设备，录制演奏视频。
设计意图：教师通过创设学习小组，引导学生应用“声现象”、吉他构造的相关知识实施项目，巩固知识，提高技能，提升合作交流的能力。
项目展示包括两项内容：成果展示和分享收获。展示的时间和地点由教师规定，学生可自制海报，邀请亲朋好友参与展会。笔者特别邀请了音乐教师一起评判作品的完成质量，让学生们更加重视，并投入更多精力。教师、班主任、校长等都可以作为“特约观察员”观察学生的表现。
展会以小组为单位，展示成果包括思维导图、自制吉他、视频等。学生分享自己的收获，不局限于展示技能，更多的是展现完成一个实际项目所需要的综合能力。
设计意图：让学生展示成果——自制吉他并演奏。对于STEAM教育，目前尚无统一的评价标准，但提倡多元化评价是主流，即从各个方面对学生评级。邀请不同人员参与展会，为后续项目评价做准备。
（1）多元评价
参与展会的人员均可对某件作品进行点评。互相交流、评价、反思，对学生发展至关重要，及时反馈有利于学生及时发现问题，优化方案。
（2）新的拓展
优化作品：已制作的吉他并不完美，与市面上的吉他存在差距。学生可在现有基础上继续优化。例如，通过调整琴颈顶部的琴棒厚度，用木盒、更结实更厚的琴颈、金属螺母和金属桥来制作一把更坚固好用的吉他。
制作新品：光有吉他演奏的小视频较为单调，学生可以自制其他乐器并录制合奏视频。
设计意图：一个项目的完成并不意味学习的结束，核心素养的提升也非一时之功。只有不断地前行，在解决新的实际问题中，迁移所学知识，才能真正实现学生能力全面发展。
首先，在制作吉他前，教师应提供较易找到的材料，如大的纸箱等，对于吉他弦可提供多种材料，如尼龙、金属等。
其次，注重对学生技术意识和工程思维的培养。项目实施过程中教师要观察学生在技术方面的掌握情况和存在问题，培养学生动手能力；注重学生工程思维的养成，以小组为单位，统整项目的设计与实施，让学生通过协作完成任务。
教师不要过于看重知识教学，要关注学生在数学、技术、工程、艺术等方面的表现。此外，要重视项目实施过程中的安全问题，对工具的使用要予以规范，排除安全隐患。
注：本文系江苏省研究生实践创新计划项目“高一学生物理科学思维的现状研究”的成果之一。
（作者张孟影、甘晓雯系苏州大学物理科学与技术学院学生；袁海泉系苏州大学物理科学与技术学院副教授）
文章来源：《中小学数字化教学》2019年第5期
责任编辑：祝元志
微信编辑：李中华
监 制：朱哲
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