“设计桥梁”STEM校本课程设计重视科学、技术、工程和数学的融合，利用学生熟悉和简单易得的材料来研究和建造桥梁，围绕大概念展开一系列循序渐进的学习活动。

梳理科学概念金字塔与进展图

此课程主要涉及两个大概念：“改变一个物体的运动状态需要有净力作用于其上”和“科学发现的知识可以用于开发技术产品，为人类服务”。笔者参照科学概念金字塔模型，建构了课程的科学概念金字塔（如图）。

STEM校本课程的科学概念金字塔

科学概念金字塔底层是数量众多且具体的小概念，中间是具有精简且具有一定概括性的核心概念，顶层是少量且具有统摄性的大概念。从底层到上层，概念数量逐渐减少，抽象程度依次增大，应用范围逐步扩大。在“设计桥梁”STEM校本课程中，学生在线上线下相结合的具体探究和操作等实践活动中感受和体验“桥面同时受到多个力的作用，包括自身的重力、重物的压力、桥台的支撑力等；用折叠、架梁、加厚、弯曲等方法改造桥面或桥墩，可以提高它们的承重能力”等科学事实和现象，从而理解“当作用在一个物体上的所有力都相互抵消时，物体处于平衡状态；改变材料的形状和结构能够提高承重能力”等具体概念，进而建构“力作用于物体，可以改变物体的形状和运动状态”核心概念，为他们今后获得跨学科主题和哲学观念奠定基础。

笔者依据美国《科学素养的导航图》中“宇宙：万有引力”和“物体运动：运动定律”进展图，用软件绘制了“设计桥梁”STEM校本课程的科学概念进展图（如图）。教师根据概念进展图，能够清晰了解科学概念的进展过程，科学地把握学生当前的认知水平。

STEM校本课程的科学概念进展图

确定STEM教学目标

“设计桥梁”STEM校本课程面向小学五、六年级学生开设，在科学概念进展图中与之对应的是“三年级至五年级”和“六年级至八年级”的认知水平。笔者针对学生的年龄和学段水平，参考STEM校本课程概念金字塔和进展图，从科学、技术、工程与数学四个维度设定课程教学目标（见表1）。

设计STEM教学活动

“设计桥梁”STEM校本课程的教学活动设计思路见表2，无论是教师教还是学生学均围绕大概念进行。

表2 “设计桥梁”STEM 校本课程的教学活动

STEM教学过程

课程以社团形式开展，STEM社团由28名学生组成，各组围绕一项STEM活动展开学习，持续约一学期。

大概念的初现阶段（活动1），教师创设情境，明确建桥梁任务，引导学生进行头脑风暴，意识到完成建桥梁任务需要综合考虑多种因素，还需要运用“力与运动”相关的知识和原理来完成建桥任务。

围绕大概念展开教学阶段（活动2—8），教师通过系列活动引导学生了解并认识桥梁的历史，认识桥梁作用，掌握桥梁种类、受力分析、承重能力、材料结构、性价比等内容，围绕力学的大概念展开科学探究学习活动。

运用概念和原理阶段（活动10、11），教师引导学生重申工程问题，绘制设计草图，根据草图制作桥梁模型，测试并改进模型，最后展示学习过程并进行交流评价，解决实际问题。

评价STEM教学效果

评价是教学活动不可缺少的内容，对教学具有积极的反馈和激励作用。“设计桥梁”STEM校本课程实施过程既包含学习过程中的过程性评价，又包括学习活动结束后的总结性评价。过程性评价是在学习过程中进行的，与学生的学习交融在一起，关注学习过程中学生的表现。总结性评价是学习活动结束后对学习内容和过程进行的整体评价，旨在了解学生学习所达到的水平。例如，笔者针对本课程设计了学生工程任务学习过程评价量表（见表3），从四个维度、八项内容引导学生对学习过程进行自评与互评，帮助学生反思，提高学习效果。

笔者观察学生的课堂表现和自评与互评发现，相比于普通课堂，围绕大概念开展STEM课堂教学对学生具有更强的吸引力，有助于促进学生对科学概念的理解和运用。应用新的理念和模式教学后，学生学习兴趣更高，状态更投入，对社会更具有责任感，其表达、沟通、交流、调查、操作、制作、设计、实践、计算等能力提高了，在科学概念和创新思维方面也有所改善。

文章来源：中小学数字化教学

作者：孙娜 福建省厦门市滨海小学教师

转自：STEAM教师

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原标题：《优秀STEAM案例 | 设计桥梁》

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