【摘要】下一代人才的创新能力决定了国家的未来，出于时代的需要，STEAM教育已成为我国教育改革的趋势。文章以有关环境科学的SETAM课程——《让城市更清洁》为案例，介绍了教材的整合方式和课程实施过程，并对其特点和教学价值进行了分析，以期为小学教师开发STEAM教学资源提供借鉴。
【关键词】垃圾分类；STEAM；案例开发；小学科学
一、问题的提出
随着世界信息化、经济全球化的深入和科学技术的快速进步，为了适应新时期创新人才培养的需要，STEAM教育已成为我国教育改革的趋势。各地纷纷出台相关政策要求开展STEAM教育项目或开设 STEAM课程[1]。
STEAM 教育是基于科学、技术、工程、艺术和数学教育的跨学科教育。作为一种超越传统的教育模式，STEAM教育主要是基于项目和问题的学习，引导学生运用跨学科知识，通过合作与实践，完成主题项目和解决生活中的难题。能增强学生的动手能力和实践能力，有助于激发学生的创新思维[2]。
然而小学阶段并没有相应成熟的教材落地，课程资源的开发显得十分必要。作为一线教师，如何选题？如何整合教材？如何有效实施？带着这样的问题，笔者设计并开展了有关环境科学的SETAM课程——《让城市更清洁》，以本课为例谈谈对小学STEAM课堂教学实践的认识与体会。
二、教材的开发
《让城市更清洁》教学内容源自教科版小学科学六年级下册科学教材《环境和我们》单元和JA教材《我们的城市》。
教科版的科学教材根据学生认识发展的过程为线索，设计垃圾的收集、怎样处理垃圾、如何从根源减少垃圾和如何做好垃圾分类和回收这四个方面教学活动，分4课时学习。根据教材的安排，学生要经历研究“我家一天的垃圾”，认识垃圾的数量、成分，对处理垃圾的科学方法进行相对全面的了解后，对保护环境进行思考并付诸实际行动。教材体现了“3R原则”的运用方法，但并未明确提出这一概念。JA教材中，与垃圾问题有关的内容课题名为《让城市更清洁》，相比科学教材，教学内容并无减少，并且增加了“3R原则”的学习和应用，并加入与之相关的社会职业知识，教学时间上仅安排了1课时。（教材内容对比详见表1。）
表1 教材内容对比
科学教材JA教材
课题教学内容课题教学内容
一天的垃圾调查家庭垃圾每日产生的数量，了解垃圾都有哪些种类让城市更清洁1.了解垃圾问题现状，学习3R原则
2.认识解决垃圾问题的根本措施
3.进行垃圾分类活动
4.了解与垃圾分类有关的职业
5.签署优秀市民宣言
垃圾的处理了解填埋垃圾的环境污染问题，探索克服环境污染的方法
减少丢弃和重新使用研究处理垃圾的更有效办法：减少丢弃、重新使用和回收利用
分类和回收利用认识垃圾分类的重要性，实际进行垃圾分类活动
通过教学内容，我们了解到科学教材侧重于让学生亲身经历科学探究过程，培养学生的科学素养；JA教材则侧重于学生对环境问题的思考、培养学生的社会责任感，二者皆有长处。从教学时间和教学实际考虑，两种教材也都有所欠缺：科学课安排4课时需要学生2周时间完成学习，从思维的连贯性角度考虑，并不利于学生思维的发展。从学生的学情分析，六年级的学生在四、五年级的其他课程中，对垃圾的种类、垃圾问题的现状以及垃圾分类都进行过学习和了解，因此教学内容中的调查一天的垃圾、学习垃圾分类这些难度低、知识性大于探究性的学习内容，并不需要利用单独的课时进行研究。相反JA教材安排的课时过于紧张，实施教学时，一些环节难免走马观花，无法有效达成培养目标。大多数学生都是住在城市里的孩子，他们具有很强的接受性、广阔的视野和一定的计算机操作水平，他们有收集、组织信息和独立探索的能力，他们知道垃圾的产生对环境的破坏。学生知道苏州市正在进行垃圾分类，但并没有对城市垃圾处理方法进行系统研究。因此，笔者从了解学生学情的基础上，以STEAM课程整合的理念为出发点，制定教学目标，细化、分散和调整了教材内容，设计了本节STEAM课程。
教学目标：
科学：1.知道垃圾分类的科学依据。2.了解不同垃圾的处理方法及其基本原理。3.探討人类处理垃圾的各种方法对环境影响的问题。
工程与技术：1.提出解决问题的方案：在有限制因素的前提下，设计垃圾卫生填埋的方法。2.分组合作：通过亲自动手进行模拟实验，尝试解决实际问题，并从中获取经验或发现新的研究方向。
艺术：1.通过电脑或手绘，制作小报呈现调查结果。2.以3R原则为导向，用垃圾处理现状的实际问题促进对人文关怀的思考，并提出倡导社会改变现状的有效方法。3.以团队协作的方式参与沟通、讨论、汇报，锻炼语言组织能力。
数学：数据的收集与分析，分工合作展开一定规模的问卷调查，收集并统计数据，尝试多角度对数据加以分析。
通过对城市垃圾处理问题的研究，学习3R原则，了解了垃圾分类和处理原则，诱导学生运用综合思维来判断问题和解决问题，认识到垃圾有效处置对城市的重要作用，并启发学生认识到环境保护与城市可持续发展的重要性。
三、实施过程
1.教学思路（图2）
2.教学过程与设计意图
（1）数字引入，提出问题
显示数字16800吨：教师组织学生对16800吨进行猜测和描述，并通过图文并茂的解说介绍我国垃圾产量现状：“16800吨，约等于两个埃菲尔铁塔重量，或者说……26667个绿巨人！其实，16800吨，还等于苏州市每天的生产垃圾量！事实上，中国已经成为世界第一的垃圾生产大国，中国城市生活垃圾堆存量已经超过80亿吨，且增长速度极快。住建部的一项调查数据表明，中国三分之二以上的城市被垃圾包围……你愿意生活在垃圾包围的城市中吗？”进而提出研究问题：如何处理城市垃圾？揭题。
设计意图：以一个数字导入课堂，用夸张的数字对比方式，快速吸引学生的学习兴趣，精准地将研究问题指向垃圾的处理方向，高效且富有趣味。
（2）调查汇报处理垃圾的方法
通过导入环节对如何处理城市垃圾问题的交流，整理归纳学生的观点，提出3R原则概念，逐一出示Reduce、Reuse、Recycle并解释：我们国家正在倡导以Reduce尽可能地减少垃圾、Reuse防止物品过早地成为垃圾、Recycle将垃圾回收为制造新产品的原材料——这个3R原则，来思考和解决垃圾问题。
通过问答提出观点：垃圾分类是处理垃圾的第一步。那么分类后的垃圾，该怎么进一步处理呢？ 组织分组限时汇报：总结课前调查，简单介绍四类垃圾的现行处理方式，学生进行1分钟限时汇报，每个类别讨论结束后板书每种垃圾处理方式的要点。并组织学生对汇报内容进行补充和点评，学会倾听和欣赏他人。
设计意图：六年级的学生已经知道垃圾分类的依据，垃圾该如何正确分类属于知识性内容，无需利用课堂时间集中学习，因此将这块内容调整至课前，学生通过小组合作的方式分工完成调查，限时汇报的方式能使学生产生对任务的紧张感，从而调动他们认真倾听、监督、学会充分利用时间等能力。精心设计的板书有助于视觉学习者的学习。
（3）模拟垃圾填埋，尝试处理垃圾
出示被污水污染的纸巾，观察并说出它的特点并将它分类，思考该如何设计实验处理这种垃圾。出示个底部有孔带塞的塑料盒以及白沙、清水、塑料膜、吸水纸、降雨器等材料，引导学生利用现有材料，设计并实施卫生填埋垃圾模拟实验。组织学生先做好实验计划、组内讨论该计划可能达到的效果并将计划写下来，再根据计划模拟实验并详细记录实验效果和对此方法的经验总结或提出质疑。通过充分的汇报交流分析此实验带来的多方面思考，同时组织学生补充和互评，教师再通过动画短片对目前国内垃圾处理的主要方法进行补充，然后提出新的问题：你对目前处理垃圾的方式满意吗？为什么？
设计意图：通过模拟处理垃圾的实验，学生经历了一个解决实际问题的设计、决策制定、模拟实验、优化、沟通、反思的过程。设计是工程技术的核心，实验成功与否本身并不是本环节的重点，教师仅出示材料供学生参考，并没有给出任何方向上的指引，意图就是让学生经历并体会完整的探究过程带来的工程思维上的发展。
（4）问卷分析寻找城市垃圾问题深层原因
出示案例：2016年上海偷倒垃圾至苏州事件；2018年浙江温岭垃圾就地掩埋事件。认识城市垃圾问题解决现状，并分析原因：垃圾太多超出城市负荷，城市居民对垃圾分类意识淡薄。紧接着引出课前学生对城市居民对垃圾分类态度问卷调查，出示调查统计数据汇总表，组织学生分析数据。根据数据分析结果，引导学生思考讨论我们该做些什么，才能真正让我们的城市更清洁。组织学生既要从细小的问题出发，提出一些真正能实施的建议，也能够从宏观角度思考解决问题的根本措施。
设计意图：要真正解决问题就要了解问题的现状，在上一环节学生已经能够理解，人类的技术能将各类垃圾妥善处理，但是我国仍面临严峻的垃圾问题，从而引导学生通过调查、数据分析的方法寻求答案。问卷及问卷的统计是课前完成的，这锻炼了学生的社会沟通交流能力和数字处理能力。问卷的分析中，能否精准地指出原因，需要教师耐心地引导。
（5）拓展与延伸
组织学生从国际理解的角度简单谈谈日本、德国、美国处理垃圾问题的做法，思考我国解决问题的突破口，并在今后也保持对此问题的关注，再通过新加坡基于3R原则，垃圾回收利用率达61%的成功范例来鼓励学生， 只要我们践行3R原则，我们也能做到！承诺用我们的实际行动，一起创造更清洁的城市。
四、启示与建议
1. 课程的整合有助于提高学生解决问题的能力。传统的科学课程旨在让学生通过亲身经历科学探究过程发展学生科学思维，提升科学素养。而STEAM则融合了数学分析、工程设计、技术练习、科学理论支撑、艺术交流，学生能打通学科间壁垒，切实感受到学科间的联结，提升了学生的综合素养。STEAM理念能在面对实际问题时，帮助学生打破单一学科的思维障碍去思考和解决问题。
2.课程的整合并不需要面面俱到。在课程实施过程中，每个环节侧重点都有所不同，教师不能因苛求形式上的完整而将某个学科生搬硬套地加进教学设计教学设计中。衡量一门 STEM 课程的标准，并不是学科要素是否齐全，而是由其课程目标、课程形式等决定[3]。
3.STEAM课程对教师的考验是严格的。教师应具备多学科专业知识、一定的课程整合能力以及广泛的教学手段。一线教师需要不断学习、完善自身知识体系，在实际教学中摸索前进。目前高校并未开设STEAM相关专业课程，针对教师教学指导性书籍本土化的不多，因此目前较为高效的方法，是借鉴成熟的教学案例实施运用，再根据教学实际进行调整和创新，逐步内化为本身的教师素养。如能早日形成符合我国国情的STEAM课程教材，将大大提高当前学校对STEAM教学资源的开发效率。
STEAM课程旨在培养创新科技人才，我们应从课程理念的角度去理解课程的选择和实施。整合学科并不是最终目标，我们通过STEAM课程，是否能做到激发学生学习动机，积极主动寻求解决问题的方法，并在实践过程中逐步产生对新学科和新领域知识的需求，这是每个课程的实施者都应该考虑的问题。
【参考文献】
[1]王素.“2017 年中国 STEM 教育白皮书”解读[J].现代教育，2017 （14）： 4-7.
[2]曹碧云.基于STEM理念的拓展性课程的实践与认识——以《做个环保电池》的教学研究为例[J].小学教学研究，2017 （10）：74-76.
[3]钟柏昌.美国 STEM 教育变革中“变革方程”的作用及其啟示[J].中国电化教育，2014（4）： 18-24.
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