随着STEAM教育理念在我国基础教育领域的不断发展，STEAM教育已成为培养学科核心素养的有效途径。本文在分析STEAM教育与基于通用技术核心素养培养的教学实施具有一致性的基础上，对面向通用技术核心素养的STEAM学习进行了有效探索，设计了通用技术课堂实施STEAM教育的学习活动流程，并以“花盆架的设计与制作”为例进行实践。

学习主题

《通用技术(必修2)：技术与设计2》第一单元《结构与设计》的核心是“设计”，主要看学生能否进行自主而有实用意义的设计。结构设计是对结构的稳定性、强度、连接、评价准则等知识由认知到实践的应用过程。选择学生日常生活情境中的花盆架作为项目载体，实施STEAM教学设计与实践，聚焦结构设计的一般过程。本项目涉及的相关跨学科知识见表1。

表1 “花盆架的设计与制作”跨学科知识

学科

涉及的知识内容

科学

拉力和压力的概念，结构、结构的稳定性、强度等概念

技术

信息检索花盆架分类、材质及制作花盆架时的注意事项；分析花盆架结构承受的压力或拉力；开展虚拟材料实验，比较不同的材料特性；使用弹簧秤测力的大小

工程及艺术

完成花盆架的设计和制作；评估方案时要考虑成本和艺术美，以及社会与环境的影响；项目设计需要评估，并根据评估结果进行改进和优化

数学

用表格呈现统计数据，测量与计算花盆架的各部分尺寸；开展花盆架受力量化分析

项目目标

技术意识方面，通过发现生活中花盆架的挑选问题，感悟技术就在身边，学会从生活中发现问题并敢于尝试解决问题。工程思维方面，通过花盆架的设计与制作，亲历分析问题和解决问题的结构设计过程，能对方案进行比较、权衡、优化，且能体会系统分析和优化的思想。创新设计方面，基于花盆架的结构问题，能进行大胆猜想和设计，制订富有创意的设计方案，并学会“动手试、实验证”。图样表达方面，手工或利用SketchUp软件绘制花盆架结构草图来表达设计思路和创意，并能借助图样进行交流和评价。物化能力方面，能合理地使用材料，动手实践，将设计方案转化成实物模型，体验方案物化过程中的复杂性和创造性，能对结构稳定性和强度等因素进行基本的测试，对模型进行优化和改进。

学习活动设计

创设情境 布置任务

通过生活中的实际需求或利用视频、图片、讲故事等方式进行情境导入，提出项目关键问题。以学校倡导美化校园、美化班级为例，要求各班级在教室合适位置放置若干绿植，一般教室空间有限，直接将绿植全部放在地面上妨碍学生的日常学习生活，而花盆架刚好可以解决此问题。确定本次教学活动的任务：设计与制作出一个具有较好稳定性和强度的花盆架。

背景知识探究活动

学生进行花盆架的设计与制作离不开完成该项目必备的知识与技能。本环节主要探究与花盆架设计制作相关结构的稳定性、强度、材料、形状和连接方式之间的关系，学习活动包括：信息收集与整理，形成调查报告；探究结构强度及影响因素；结构稳定性探析。

活动1 信息收集与整理 形成调查报告

本学习活动包括两个阶段，第一阶段收集信息，主要通过实地参观花店、留意身边的花盆架、网络搜索等方式，仔细观察各种样式的花盆架，包括有哪些种类、所用的材料是什么、高度是多少、不同的花盆架杆件尺寸是多少、杆件连接方式如何、几何形状有哪些等。第二阶段整理信息，小组展示报告。教师提问：花盆架的设计与制作需要用到哪些背景知识？

活动2 探究结构强度及影响因素

本环节包括三个学习活动。一是纸绳拉伸实验。首先，提供给学生用旧报纸做成的直径相同的纸绳。其次，通过实验操作，比较单股纸绳与多股纸绳的受力状况。最后，整理实验记录，小组讨论，得出结论：纸绳承重的能力与其截面积有关。二是材料受力特性实验。教师指导学生访问材料虚拟实验室，记录材料所能承受的压力和拉力，比较不同材料的优势和劣势。三是提供结构连接有关的阅读材料和微课视频，指导学生从接头强度、可拆性两个方面对焊接、钉接、螺接、胶接、榫接等进行比较。通过以上三个活动，归纳得出影响结构强度的因素：形状、材料、连接方式。

活动3 结构稳定性探析

本活动主要探究影响结构稳定性的因素。首先让学生大胆假设，影响结构稳定性的因素包括支撑面积和重心位置。给每组分发电源导线若干，螺丝帽1个，按照图1所示的不同形式分别制作悬挂螺丝帽的装置，指导学生归纳得出影响结构稳定性的因素。

注：(a)高度相同，底面积不同；(b)底面积相同，高度不同；(c)高度和底面积相同，重心水平位置不同。

图1 影响结构稳定性的实验

制订方案和技术制作

在学生熟悉结构稳定性、强度相关知识的基础上，4人一组，教师引导学生从功能、结构稳定性、成本、制作、造型、材料等方面对花盆架进行设计分析。学生利用模仿法和联想法绘制初步构思草图，见图2。针对设计草图组织学生讨论以下问题：花盆架的结构承受力如何？花盆架的结构稳定性和强度如何？材料的种类、形状和尺寸如何选择？采用何种方式连接？如何通过制作检验设计的有效性？

图2 学生的花盆架设计草图

学生小组讨论，理顺结构、连接和制作方式等的表达。以设计草图中的左数第二个为例，描述花盆架的形状和结构、组成的花盆架共有多少个零件或构件、所选材料的规格尺寸等(见图3、图4)。各小组展示设计方案，发现问题，进一步完善设计方案。按照小组设计的工作流程，根据所用材料，选择合适的工艺，分步骤、分环节切割或锯割，拼装花盆架。

图3 花盆架结构图

图4 花盆架轴测图

评价与反思

本阶段的主要任务是应用评价方法、评价工具评估学生的学习成效。评价不仅要关注学生知识的学习，还要关注学生如何应用知识和技能，要对学生的各种表现及项目作品做出评价，例如团队协作、问题解决、技术制作、自我管理等。在学习活动的不同阶段，可采用不同评价方法，包括学习观察表、学习日志、学习小组合作评价表、成果展示评价表、自我反思表等。通过评价，可促进和改善学生的学习，改进教师的教学。评价是动态的，融入学习活动过程中，可做到教、学、评相一致。

文章来源：原文刊载于《中国现代教育装备》杂志

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原标题：《优秀STEAM案例 | 花盆架的设计与制作》

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