陳逸權(quán) 珠海市香洲區(qū)甄賢小學(xué)

STEAM教育起源于美國(guó)，在1986年便明確提出“科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)”的教育綱領(lǐng)性建議；近年來(lái)越加重視，在2015年通過(guò)了《2015年STEM教育法》，在2016年出臺(tái)《STEM2026》對(duì)美國(guó)未來(lái)10年的STEM教育提出新的規(guī)劃。當(dāng)下STEAM教育已經(jīng)受到歐美各國(guó)的強(qiáng)烈推崇。我國(guó)在2016年印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中首次提出有條件的地區(qū)要積極探索跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）。STEAM教育是在STEM教育的基礎(chǔ)上加入藝術(shù)（Art）；如美國(guó)蘋(píng)果公司的產(chǎn)品，不僅工程技術(shù)含量高，且藝術(shù)感強(qiáng)，從而風(fēng)靡全世界。我國(guó)小米公司的產(chǎn)品，也在致力走同樣的路線。

STEAM教育致力于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行解決問(wèn)題以及探索創(chuàng)新的能力。下面筆者以“過(guò)山車”項(xiàng)目為例談?wù)勱P(guān)于STEAM教育的一些思考。

1.“過(guò)山車”項(xiàng)目要求

2018年珠海市香洲區(qū)舉行了第一屆中小學(xué)STEAM大賽，過(guò)山車項(xiàng)目是其重點(diǎn)賽事之一。學(xué)生需要在有限的時(shí)間內(nèi)搭建一個(gè)軌道過(guò)山車，讓鋼珠從軌道的頂部（其高度≥60cm）開(kāi)始下滑，至少經(jīng)過(guò)一個(gè)坡度（其落差高度≥3cm），最終必須落入紙杯收集裝置中（其高度≥3cm）。鋼珠的滑行時(shí)間與規(guī)定時(shí)間之間的差值越小，成績(jī)?cè)胶??？梢允褂玫牟牧嫌校夯鵓VC板、支柱PVC管、電子計(jì)時(shí)器和紙杯；可以使用的工具有：電動(dòng)手動(dòng)螺絲刀、剪刀、尺子、筆。

2.多學(xué)科知識(shí)的整合

筆者所接觸到的許多小學(xué)教師們，說(shuō)起STEAM教育，他們大部分都認(rèn)為此就是科學(xué)的項(xiàng)目，僅僅是科學(xué)老師的任務(wù)。此普遍現(xiàn)象反映出教師們對(duì)STEAM教育存在較大的誤解。STEAM教育最大的一個(gè)特征，就是多學(xué)科知識(shí)的整合，科學(xué)知識(shí)固然必不可少，數(shù)學(xué)知識(shí)更是STEAM各領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)。若在開(kāi)展STEAM教育時(shí)，僅僅關(guān)注科學(xué)這一門課程知識(shí)，不注重將數(shù)學(xué)與科學(xué)、工程技術(shù)與藝術(shù)等知識(shí)的進(jìn)行整合，或者直接忽略了數(shù)學(xué)等內(nèi)容，那實(shí)際上就不叫STEAM教育，而是科學(xué)教育了。有時(shí)候，學(xué)生們也會(huì)產(chǎn)生這樣的誤解，僅從科學(xué)知識(shí)的角度去考慮問(wèn)題，思路沒(méi)有打開(kāi)，沒(méi)能跨學(xué)科地尋求解決問(wèn)題的方案。

在2018年珠海香洲STEAM大賽的過(guò)山車項(xiàng)目中，學(xué)生需要在基座板作為支撐軌道的支柱。在準(zhǔn)備比賽的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我所教班級(jí)的徐灝團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始只是簡(jiǎn)單地大概把12根PVC管圍起來(lái)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的思考。經(jīng)過(guò)科學(xué)老師的指導(dǎo)后，徐灝團(tuán)隊(duì)裝上的支柱圍成了近似橢圓形，軟管軌道圍繞著橢圓柱形盤旋而下。這樣處理的結(jié)果是，鋼珠在軌道上滑行時(shí)，其離心力在有些地方突然增大，有些地方突然變小，調(diào)整控制起來(lái)的難度很大，鋼珠滑行時(shí)間的精確度更難把握，細(xì)微的調(diào)整往往也是有點(diǎn)運(yùn)氣成分，實(shí)現(xiàn)不了與規(guī)定時(shí)間之間的差值為0。若科學(xué)老師更多地帶著徐灝團(tuán)隊(duì)探索如何更好地細(xì)微調(diào)整，也許直到參加區(qū)里的比賽，都難實(shí)現(xiàn)0差值的目標(biāo)。因?yàn)樗麄儧](méi)有從數(shù)學(xué)等角度出發(fā)解決這個(gè)問(wèn)題。

從數(shù)學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，可以把過(guò)山車支柱圍成圓形，從而利用離心力公式便捷地計(jì)算出鋼球滑行時(shí)的離心力大小范圍，再調(diào)整相應(yīng)位置的軌道傾斜度。

F=mv2/r（F表示離心力，m表示鋼球質(zhì)量，v表示鋼球速度，r表示圓半徑）

從工程技術(shù)的角度來(lái)說(shuō)，這樣的搭建也十分方便，利用筆和尺子，先在基座板上畫(huà)出一個(gè)圓，再用螺絲螺套把PVC管支柱固定在基座板上即可。從藝術(shù)的角度來(lái)說(shuō)，過(guò)山車軌道從圓柱形上高處盤旋而下，也比不規(guī)則柱形更有美感。

3.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力

搭建過(guò)山車這類的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)通常被看作是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的有效途徑。但動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)活動(dòng)也有可能是徒勞無(wú)獲的，尤其是當(dāng)學(xué)生不能科學(xué)地思考問(wèn)題時(shí)，更是無(wú)益。必須鼓勵(lì)學(xué)生理性地思考所面對(duì)的情景，控制變量，檢驗(yàn)假設(shè)等等。

如何控制鋼球在過(guò)山車上滑行時(shí)間這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生的直觀感覺(jué)是其應(yīng)與起點(diǎn)的高度、軌道的長(zhǎng)度、軌道的設(shè)計(jì)等有關(guān)。若在訓(xùn)練時(shí)，學(xué)生按照自己的喜好搭建好過(guò)山車后，再隨機(jī)調(diào)整軌道，這樣控制滑行時(shí)間是不科學(xué)，不理性的，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的目標(biāo)，學(xué)生的思維也得不到有益的鍛煉。

應(yīng)該如何做呢？先從簡(jiǎn)單的開(kāi)始，從控制各段軌道的滑行時(shí)間開(kāi)始?？梢韵茸寣W(xué)生有目的地搭建一段簡(jiǎn)單的軌道，利用電子計(jì)時(shí)器測(cè)出鋼球第1次滑行這段軌道的時(shí)間。然后僅僅改變軌道的一個(gè)量（如升高或降低尾端的高度、設(shè)計(jì)一個(gè)爬坡、增加或減少滑行距離等等），再測(cè)量鋼球第一次滑過(guò)這段軌道的時(shí)間。分析各個(gè)因素改變對(duì)滑行時(shí)間的影響，并把相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)全部記錄下來(lái)，每天完成實(shí)驗(yàn)后還要進(jìn)行總結(jié)。

本次過(guò)山車項(xiàng)目訓(xùn)練，徐灝團(tuán)隊(duì)在前兩周沒(méi)有進(jìn)行變量控制實(shí)驗(yàn)，也沒(méi)有記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，訓(xùn)練的效果非常不好。后兩周按照上述要求改進(jìn)訓(xùn)練方法后，他們便進(jìn)步飛快，兩者對(duì)比十分明顯。

在比賽時(shí)，若想要精確地控制鋼珠滑行的總時(shí)間，也不應(yīng)該在搭建完過(guò)山車后再調(diào)整時(shí)間，而應(yīng)搭建一段過(guò)山車就測(cè)量一次滑行時(shí)間，搭建完成后，再進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整。

總得來(lái)說(shuō)，STEAM教育特別有利于幫助學(xué)生整合多學(xué)科的知識(shí)，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)造能力等STEAM素養(yǎng)，但要注意不應(yīng)該局限在科學(xué)教師的小圈子里，也不應(yīng)該盲目地進(jìn)行活動(dòng)。