一、问题的提出

STEAM教育强调通过整合科学、技术、工程、数学和人文艺术等多个学科、多个领域的知识与技能，在学科中间建立一座沟通的桥梁，使学生学习的分专业的、零碎的知识变成一个相互联系、相互统一的整体。

目前，STEAM 教育已被广泛接受，面临的问题是如何将其教育理念转变为实践，STEAM课程要组织实施，就必须与相关课程整合，科学是较为抽象、深奥的思辨性学科，知识涵盖面广，是初中物理、化学、生物等许多课程的基础，就内容而言包括天文、地理、宇宙、技术与工程等，因为小学科学与STEAM课程中的“跨学科学习” 特点一致，所以STEAM课程与小学科学课程是“最佳拍档”。

同时随着小学科学教育的发展,其课程基本理念异化及学科孤立化等问题也随之显现，结合目前的科学各学段的知识割裂、学生自主学习的深度和广度不够，难以实现探究式、体验式的学习方式；学生缺乏提出、分析问题和解决现实问题的能力等。因此将STEAM教育理念融入到小学科学教学中，不仅对传统的教学进行了突破与完善，也在教学过程中激发学生积极思维，培养学生“另辟蹊径”的思维能力，更能让他们享受到学习的乐趣。

我们课题组成员结合自身的学科特点，选定了在小学科学教学中利用STEAM理念培养学生的思维能力，通过深入的实践研究，总结归纳出一定的教育经验，推动STEAM教育在小学教学中的普及。

二、解决问题的过程与方法

本课题研究具有较强的实践性与操作性，与每位科学教师的常态教学工作联系非常紧密，这为本课题研究的教师积极性与广泛参与性带来保障。

(一)具体实施

1.文献分析法。通过查阅文献认识STEAM教育理念。

2.访谈法。通过访谈科学教师，了解目前科学教学的现状及存在的问题，做好详细记录，为找到更好的教学策略提供依据和指导。

3.问卷调查法。通过问卷调查了解学生的学习情况，对老师课堂教学的期望。把得到的数据进行统计分析，真实反映出小学科学课堂的现状及存在的问题，为引入STEAM教育理念进行教学提供依据和指导。

4.课例研究法。选定三年级学生，根据小学科学新课标理念编写适合本土的校本课程。使用多元评价的方式对课例实施情况进行评价，通过典型课例的实践研究，培养学生的思维能力。
    5.学生个案研究法。从课题研究开始对选定学生的成长进行跟踪观察，做好跟踪记录，进一步了解课题研究的成效。

(二)实施过程

1.准备阶段：2018年5月 至2018年9月课题论证和申报立项阶段，主要是申报课题并进行理论准备、素材搜集。

（1）有效管理为课题研究提供保障。课题研究之初，我们成立了课题研究中心小组。定期组织教师开展学习和及时总结经验。

①加强理论学习，促进教师对STEAM教学理念的认识。学习国外STEAM教育理念以及了解国内STEAM教育开展现状。组织课题组教师交流学习心得，结合小学科学目前教学现状，加强教师STEAM教学理念的提升。  

②外出学习培训、提高研究的目的性。课题组成员于2018年4月在太原九一小学和2019年11月在扬州大学进行了有关STEAM的培训学习，学到了很多有关课题方面的知识，拓展了研究的思路，从理论到实践，取得了实实在在的成效。老师们对STEAM理念、新时代科学教学的要求、科研的基本方法有了深入的理解，为接下来的实践探究提供了指南，为课题的研究奠定了良好的基础。

（2）初步调查了解教学状况，确定研究问题，为课题研究明确方向，初始调查是明晰问题的重要环节。我们做了大量的初始调查工作，逐步确定研究的方向，提高课题研究的实效性。

①开展课例调查，了解教学状况。在接触课题的初期，我们就学校的教学现状问题开展了大量的摸查，从中了解教师的教学状况和学生在课堂上的学习情况。通过大量的课例观摩和研讨，我们对小学科学教师的教学状况和学生的学习情况有了较全面的了解，在此基础上确定了本课题的初期主要研究方向。

②开展问卷调查，深入了解教师的需求和学生学习情况。2018年上半年，我们向教师和学生进行了访谈调查和问卷调查，了解教师对新课程理念的理解，对课题研究的认识程度以及教师的需求，在此基础上制定相应的培训计划。使培训适应课题研究、教学研究的需求，大大提高了实效性。在对本校教师访谈调查中，调查结果表明：科学老师都认真研读新课程标准，课程安排相对合理，学校的科学教材辅助材料准备不齐全，学生的学习状态不是很好，积极性不高，学生的综合素质不高。

2.实施阶段：2019年1月—2020年10月

（1）针对学生调查问卷并进行有针对性的分析。在对全校学生采取了抽样调查，统计结果表明：96%的学生对科学学习已经产生了浓厚的兴趣，63%的学生喜欢科学课是因为科学课是注重了以实验为基础，培养学生的探究能力的课程。85%的学生知道老师要求准备科学实验材料且能准备好，说明他们对学习科学很重视，这点充分说明他们对科学的爱好。53%的学生知道课本中的实验，老师一般会尽量创造条件，让同学们自己动手操作，这说明了科学课以学生为主体，注重培养孩子们的动手能力、探究能力。61%的学生在课堂上善于提问、善于思考，这是科学课的目标所在，好多同学已经具备了这些能力，但部分同学做的仍就比较差，这就要求我们的教师要多关注这些同学，激励引发他们思考，从简单的问题入手。86%的学生喜欢科学探究，能主动进行科学探索。61%的家长重视，并积极配合科学学具准备，说明大部分家长能认识到科学的重要性，少部分家长对科学比较重视但还认识不深，个别家长没有认识到科学的重要性。

（2）实施阶段的成果。课题组成员田世强、郝金娥老师撰写的课题研究的论文《浅谈小学科学教学中利用STEAM 理念培养学生思维能力》于2019年12月在第十届“中国移动”和教育“杯”全国教育技术论文活动中荣获优秀奖。

田世强老师《基于STEAM理念的小学数学步道综合实践活动方案探讨—操场跑道中的学问》发表在《读写算》期刊。

科教方案：有关土壤的STEAM 教学案例--《土壤与生命》、《基于STEAM理念的小学数学步道综合实践活动方案》荣获第34届山西省科技创新大赛二等奖。

师花卉老师辅导的《做养绿护绿小能手》获得2019年全国青少年科学调查活体验活动优秀调查实验报告。

郝金娥、刘大勇撰写的《做养绿护绿小能手》实践报告获得2019年青少年科学调查体验活动优秀科技实践活动报告。

师花卉、任瑞林、郝金娥老师辅导学生的《校、

园内土壤动物类群调查研究报告》获得第三十五届山西省创新大赛二等奖。

3.结题阶段：2020年9月-2021年1月。通过各项目的学习可以发现科学与其他学科的联系，利STEAM理念引导学生像工程师一样精确测算、反复分析，结合数学知识去解决问题，有效培养学生解决问题的能力，进一步挖掘学生主动探索认识事物的潜能与动手的能力以及审美观。实践是STEAM教育的主要途径，学生在“动手做”和“动脑思考”中实现STEAM素养的培养。

三、成果的主要内容

小学科学课程是一门实践性课程，探究活动是学习科学的重要方式，需要学生亲身经历动手动脑的实践活动，STEAM 教育强调学生的动手制作。通过制作学生手脑并用，将思考成果用实物的形式表现出来。在制作中学生将再次经历深度思考和思维碰撞的过程。在这一环节，教师在选择制造材料时需要把握两个原则。一是材料的适用性。要选用切合主题、易于操作的制作材料。既能帮助学生简捷地物化自己的思维成果，又可防止繁琐的材料分散学生的精力。二是材料的多样性。应尽量提供不同种类的材料供学生选择，支持学生以发散性思维解决问题，并鼓励作品的多样化。

在小学科学课程教学中利用STEAM 教育。可以借助科学教材，思考教学内容在实际生活中的应用，以及该部分内容可以结合其他学科解决生活中的什么问题，通过这种方法创设适合学生水平的劣构问题情境。也可以从生活实际出发，依据课程标准，分析生活中的一些具体问题需要用到哪些学科的知识来解决，设计成适合学生探究的问题。比如通过学习《土壤与生命》这一单元，学生在学习课本的有关土壤的知识之后，联系实际生活，进行“探究校园土壤动物类群”的 STEAM 课程，使学生可以应用自己所学的有关土壤的知识，探究学校生态园土壤动物类群的实际问题。

有关土壤的STEAM教学设计——《土壤与生命》

（一）内容概要

在对土壤认识的这个单元中，学生要认识土壤里有什么；知道土壤动物对土壤肥力的作用，明白土壤为人类做出的贡献。

S（科学）：了解土壤里有什么，知道土壤动物对土壤肥力的作用和土壤的保护。  

M（数学）：能够确定和控制变量，计算单位面积内的土壤动物数量，引导学生处理数据和信息，注重科学与数学的联系。

E（工程）：设计方案，选择不同原料的配比，解决植被对土壤蓄水能力的影响。

A（艺术）：根据观察土壤里面有什么，形象的把观察到的图像画下来，进一步辨别认识各种生物。

（二）教学片段

1.初步体验——了解有关的土壤知识。

师：土壤是植物的母亲，绿色植物从土壤中生长出来，吸收阳光和空气，开花结果，供养了那些食草的小动物，而这些小动物又成为一些食肉动物的食物。而当食肉动物死后，土壤中的微生物又将它们还原成土壤中的养料，土壤就是这样周而复始为生命提供着无尽的营养。正因为有了土壤，才有了地球上五彩缤纷的生物世界。

生提问：土壤中有什么？当我们在森林中行走时，脚下踩到了多少土壤动物？怎样对土壤进行保护了？

2.操作探究——活动步骤。

（1）学生观察土壤。

①观察目的：了解土壤。

②观察工具：挖土壤的铲子。

③观察方法：在学校生态园里找一处土地，用铲子垂直向下挖土，用多种感官观察土壤表层，同时注意土壤中的生物；观察土壤的上层和下层。（土壤中有丰富的生物和生物遗体）。

④观察结果：土壤上层颜色较深、往下逐渐变浅，土壤中部有蚯蚓等动物活动。

接着进一步观察土壤中有什么？

⑤实验材料：漏斗、台灯、土壤、纱网、放大镜。

⑥实验步骤：

A.把漏斗放在容器口，将纱网罩在漏斗上。

B.把土壤倒在纱网上，调好台灯的位置，打开台灯，让台灯直接照在纱网上，就这样照一晚上，灯的光和热会迫使土壤中的生物透过纱网钻到容器里。

C.第二天早上用放大镜观察你发现的生物，并把容器里生物的不同形状记录下来。如果你不知道它们的名称，把它们画下来，查阅资料，数一数每一种生物的腿、翅膀等部分。

D.将所有的生物都放回到它们原来生活的地方。

（2）土壤肥力。

科学家们通过辛勤的工作，迄今已经从土壤中发现了1000多种不同的土壤动物。

常见的土壤动物：a-b.变形虫， c-d 涡虫，e.线虫，f.熊虫，g.轮虫，h.蛭，i.螺，j.蚯蚓，k.伪蝎，l.蜘蛛，m-o.螨，p.钩虾，q.马陆，r.蜈蚣，s.双尾虫，t. 鼠妇，u.跳虫，v.隐翅虫，w.蚁，x.原尾虫，y.双翅目幼虫，z.鞘翅目幼虫。

如何计算自己脚下有多少土壤动物？在普通树林里，1平方米面积中约有5万个土壤动物（原生动物未计在内）。算一算，当我们在森林中行走时，脚下踩到了多少土壤动物？

①生：在1片厚纸上依据鞋底的图形，按图形剪下来。在同样厚纸上画一个边长为10厘米的正方形，并剪下来。然后将剪下来的两张厚纸片分别称重。

②根据两者质量的关系按下面的方法计算：

1㎡=100cm×100cm=10000平方厘米

鞋底的面积=（鞋底厚纸片质量/正方形厚纸片的质量）×100

10000平方厘米÷鞋底的面积=？倍50000个÷？倍=足下土壤动物的数目

大人鞋底面积约200平方厘米，由此可计算出：

10000÷200=50 50000÷50=1000个土壤动物

儿童鞋底面积约145平方厘米，由此可计算出：

10000÷145≈69 50000÷69≈725个土壤动物

③师：土壤动物是人类生活不可缺少的助手，亿万年来它们默默无闻地分解着生物遗体，改变着土壤的肥力。如果土壤缺少了它们，粮食、蔬菜就不能生长，花草、树木就会枯萎死亡，我们人类也将失去生存与发展的物质基础。土壤肥力主要分布在表层土中，一些小动物和微生物能够增加表层土壤的肥力。

（三）土壤的保护

土壤为人类提供栖息地，为人类提供居住的场所和生产物品的原材料。但是下雨时，观察小山坡，会看见许多泥水沿坡下流。水之所以成为泥水，是因为它把山坡上的土壤冲刷了下来。有时，土壤还会被强风吹走，当土壤被水或风带走时，我们说土地受到了侵蚀，这就是土壤侵蚀。小山坡最容易发生土壤侵蚀，雨水沿坡急速下流，带走了大量土壤。侵蚀也能在平坦开阔的的地面上发生。在平坦开阔的地面上，暴雨能很快把富饶的表层土冲走，在被侵蚀的土地上，植物无法生长。被侵蚀土地没有足够的土壤向植物提供它们所需要的养分、水分和无机盐。

1.怎样对土壤进行保护？

（1）要想着平坦开阔的土地上停止土壤侵蚀，有一种方法就是种上草之类的矮小植物，这些植物称覆盖作物。它们的根紧紧地把土壤“抓”住，雨水就不能把土壤冲走。

如果在开阔田野的边缘种上树和高的灌木丛，树和灌木能使开阔土地免受风害，就好比是绿色长城。（如三北防护林：我国西北、华北及东北西部，风沙危害和水土流失十分严重，大力造林种草，通过加强林草植被建设，可以减弱地表风速，达到减轻沙尘暴的效果。）

（2）有一些方法可以阻止斜坡上的土壤侵蚀。一种方法是把斜坡分割成叫做梯田的一级级“台阶”。这样一来，夹带土壤的水无法沿坡直冲而下，它只能经梯田下流，这使得水的流速降低，水中夹带的大部分土壤也就留在了梯田内，梯田的边缘也可予以加高，加高的边缘称为田埂，它们能截住雨水和其所夹带的土壤。有时也在山坡上把树栽成窄窄的台阶状，这些叫做“等高线”的台阶能降低雨水的流速。

2.拓展创造——生动手做活动。水土流失对比实验（为保证实验的准确，要注意实验的公平性，土堆的大小、水流的大小、水量的多少都要保证一样，唯一的变量是一个土堆有植被、一个没有）

（1）实验目的：了解植被对土壤蓄水能力的作用。

（2）实验猜想：有植被的土壤蓄水能力较强。

（3）实验材料：泥土、草皮、喷壶、木块、浅盆。

（4）实验步骤：

①将带有植被的土壤与没有植被的土壤分别放入两个浅盆中，用高度相同的木块把浅盆的一端支起来，使它们的坡度相同。

②用喷壶在同一高度向相似位置喷水。

（5）实验现象。

①有植被的剩余的土多，最后水流比较清澈；没有植被的剩余的土少，水流非常浑浊。

②有植被的土壤表面喷水前后变化不大；没有植被的土壤表面变化较大,土坡变“矮”了，变“长”了，还留下“沟壑”。

（6）实验分析：喷水时间相同时,剩余土壤的量代表着土壤的蓄水能力,剩余的土壤越多,蓄水能力越强。植被对水土起到保护作用,防止土壤因水流的冲刷而流失。

（7）实验结论:带有植被的土壤蓄水能力强于没有植被的土壤,说明植被对土壤蓄水能力及植物的生长有重要意义。

近二年的研究，我们建立起了以课题研究为中心，科研一培训一教研工作一体化的教科研管理模式。学校以课题研究为重点，引领校本培训工作，并紧密结合教研活动开展扎实的研究，大大提高了学校教研、科研和培训等工作的效果。

在课题的研究过程中逐渐形成以学科间内容相融合，课内外活动相结合的项目式学习的教学模式，积累形成适合本土的校本课程，教会学生从多学科角度看待与分析问题，运用多学科知识解决真实问题，让学生在STEAM项目化学习过程中提升思维能力、综合素养。