南京曉莊學院環(huán)境科學學院(211171) 陳科羽 狄萬佳 陳 凱

魔豆機器人科技(徐州)有限公司(221003) 劉 睿

1 教學設(shè)計思路分析

基于項目的問題解決正成為STEAM教育的關(guān)注熱點，STEAM的提出使得跨學科的視野得到了拓寬，并且賦予教學過程更豐富的人文性、情境性和藝術(shù)性。

STEAM教學不一定局限于某一個年級，我們面向4～5年級學生開設(shè)了一次關(guān)注巧克力的綜合實踐課，立足科學課程，運用數(shù)學工具和技術(shù)工具，聯(lián)系科普閱讀和創(chuàng)意寫作。選擇4～5年級的學生為主要教學對象是因為以下幾點：首先，他們已經(jīng)具備了一定的算術(shù)技能、操作技能，也認識了一定量的漢字能夠進行簡單寫作，具備了完成課程任務(wù)的基本能力；其次，本課程所涉及的科學知識，也在中低年級有所涉及；此外，這個階段的孩子們思維活躍，容易將生活中具體見聞和體驗與正式課程所學聯(lián)系起來，開展一定程度的分析或推理。

巧克力是不少孩子最愛零食之一，更多人關(guān)注的只是它的美味，鮮有孩子會關(guān)注里面的STEAM元素。圍繞巧克力設(shè)計的小學STEAM學習體驗過程，可以衍生出跨學科知識和技能。一方面，選取孩子們的興趣點“投其所好”，另一方面啟發(fā)大家生活中值得思考的“點”可以如何從科學、數(shù)學、藝術(shù)文化以及工程技術(shù)不同視角進行挖掘。

STEAM教學項目的實施，不止關(guān)注知識和技能，還著眼于學生批判性和創(chuàng)造性思維、協(xié)作和論證能力、信息素養(yǎng)的培養(yǎng)，甚至是領(lǐng)導力和責任感。教學中，我們將學生分為6組，每組5名成員，分別扮演不同的角色，學生會成為安全衛(wèi)生督察員、記錄官、食品營養(yǎng)家、物理學家和化學家。分組合作，每個學習者都應(yīng)該明白自己的職責所在，需要協(xié)作學習共同探索，體驗STEAM職業(yè)樂趣。第一課時，讓學生自己研發(fā)巧克力，根據(jù)已掌握的知識嘗試設(shè)計巧克力的配比并進行實踐。在項目實施過程中，學生可以感受到物質(zhì)科學的支持、食品科學的誘惑、數(shù)學工具的作用。我們使抽象的知識與工程技術(shù)相結(jié)合，發(fā)散學生的思維，讓學生動手參與到項目中，享受探索學習的過程。接下來學生將按照標準的配比進行巧克力制備，可根據(jù)個人的喜好添加果干調(diào)味，豐富口感的同時提高營養(yǎng)價值，并利用身邊的物品制成不同形狀的模具將巧克力液體凝結(jié)成形，以增加視覺上的藝術(shù)效果。在此過程中，以食品制作為載體，以生活為情境，實現(xiàn)STEAM五大領(lǐng)域融匯貫通。組織活動時試圖融合科學方法，第一次學生根據(jù)自己的想法所制作的巧克力為實驗組，第二次按照科學配比所制作的巧克力為標準組，讓學生將兩組巧克力的制作過程以及最終形態(tài)、味道進行對比，讓他們自己發(fā)現(xiàn)巧克力制作過程中所出現(xiàn)問題的緣由。過程中還給予學生自主想象的空間、自主創(chuàng)造的機會——研發(fā)新型巧克力。由于小學3年級的科學教材中，學生已經(jīng)對物質(zhì)的浮起與下沉有了初步的認識和理解，所以，第二課時帶領(lǐng)學生一起探索巧克力在水中的狀態(tài)——“上浮”還是“下沉”。學生將已制備成形巧克力為原材料進行實驗，直觀的體驗不同成分的巧克力在水中的沉浮情況。此時，學生能夠?qū)?shù)學能力和技術(shù)的工具滲透到科學學習中去，經(jīng)歷數(shù)據(jù)記錄、對比整理，發(fā)現(xiàn)規(guī)律、得出結(jié)論等一系列過程，探索影響巧克力沉浮的秘密。

需要特別說明的是，本實驗活動的開展涉及數(shù)學、物質(zhì)科學(包括物理、化學)、語文寫作等多門學科的融合，目的在于拓寬和延展跨學科教學的廣度和深度，多感官地調(diào)動學生的積極性。學生在學習過程中靈活應(yīng)用各門學科的知識，而不只是關(guān)注學科本身。

2 教學過程

2.1 繪本閱讀

情境創(chuàng)設(shè)：帶領(lǐng)學生共讀繪本《兔先生的巧克力工廠》，并請同學思考巧克力工廠癱瘓的原因以及如何改進才能讓工廠正常運營？

設(shè)計意圖：充滿童趣的繪本以幽默的語言和精美的畫面，描繪了兔先生的巧克力工廠的運營故事。學生在歡笑中了解更多工廠生產(chǎn)中的常識，也得以思考巧克力工廠在故事里面臨癱瘓的原因，并積極尋求解決問題的方案。基于STEAM的理念，“協(xié)作”能力是學生學習過程中的重要素養(yǎng)。此繪本中兔先生的巧克力蛋工廠因為雞工人們分工不明確、產(chǎn)品品質(zhì)衛(wèi)生安全不過關(guān)等問題，導致工廠癱瘓，了解這些可以讓學生體會到團隊合作的重要性，為下面的實驗過程中學生分工合作做準備。當然，繪本以圖畫為主，通過豐富的圖畫幫助學生去理解文字和故事，也啟發(fā)學習者可以在STEAM探索中來表達自己的觀點。

2.2 跨學科閱讀

情境過渡：(出示常見的幾種巧克力的外包裝)巧克力工廠生產(chǎn)的這些產(chǎn)品能告訴大家哪些信息？

閱讀環(huán)節(jié)：給學生5～10 min時間閱讀以下材料：①巧克力包裝袋上的信息；②教師提供的可可粉、牛奶、淡奶油等在巧克力制備過程中作用的閱讀材料。

設(shè)計意圖：閱讀是學生系統(tǒng)獲取科學概念的重要方式，通過閱讀從文字中挖掘有效信息進行理解和自我建構(gòu)。本課程中則是讓學生自行閱讀之后建構(gòu)設(shè)計出巧克力配比，培養(yǎng)了學生獨立學習的能力。閱讀食品包裝是生活中獲取STEAM信息的常見途徑，有的學生可能會關(guān)注出產(chǎn)地信息，有的學生會關(guān)注營養(yǎng)數(shù)據(jù)，有的學生會關(guān)注配料表的內(nèi)容，有的學生會欣賞精美的配圖。不論他們關(guān)注什么，教師都需要肯定并衍生出相應(yīng)的評價或反饋，然后適時引導到下一過渡環(huán)節(jié)。這種閱讀的引導，既有利于學生自主意識、觀察意識的提升，又有利于養(yǎng)成具有STEAM特色的生活習慣。

2.3 巧克力DIY

奇思妙想：學生閱讀完后進行15 min的小組討論，要求：每組設(shè)計出自己認為可以讓巧克力成形的配比及其理由，之后每組派一個代表進行發(fā)言。每個代表發(fā)言完之后，其他組進行投票表決。教師針對方案同學生分析講解，再根據(jù)方案的合理性來通過或否決方案。方案被否決的小組再重新討論方案，直至合理為止。

教學過渡：從科學的角度來看，巧克力其實非常的神奇，是從液體變?yōu)楦鞣N各樣形狀的固體。從藝術(shù)的角度看，可以將巧克力醬倒入不同的模具，設(shè)計成不同的樣式。從食品的角度來看，巧克力美味誘人，深受歡迎。在本節(jié)課中，我們將一起完成巧克力的制備。

實驗活動：按照自己設(shè)計的原料配比制作巧克力。

實驗材料：可可粉、牛奶、淡奶油、白砂糖、臺秤、燒杯、玻璃棒、小口鍋、電磁爐、敞口容器、模具、紙巾、濕毛巾、食品級手套、食品級包裝袋。

人員安排：將30名學生分成6個小組，每個小組5位成員，各組成員分別按照自己的興趣愛好擔任物理學家、化學家、食品營養(yǎng)家、記錄官以及安全衛(wèi)生督察員。這5個角色的任務(wù)以及所需要做的準備見表1。

表1 小組成員分工表

實驗步驟：

(1)食品營養(yǎng)家準備可可粉、牛奶、淡奶油、白砂糖。

(2)化學家把牛奶倒入小口鍋中，用電磁爐加熱，注意觀察測量溫度，然后把可可粉和奶油倒入均勻攪拌。所加入的牛奶、可可粉與糖的含量由學生自己所定。

(3)化學家在加熱中要不斷的攪拌直至看到液體變色變粘稠。

(4)粘稠之后讓物理學家倒入模具。

(5)冷凍成形。

(6)實驗結(jié)束，安全衛(wèi)生督查員組織組員打掃衛(wèi)生。

注意事項：

(1)加熱時注意安全，避免燙傷。

(2)小組內(nèi)合理分工、各司其職、團結(jié)協(xié)作。

(3)加熱時注意不斷攪拌，待液體變粘稠時停止加熱。

(4)保證食品的安全、衛(wèi)生。

(5)記錄官要嚴格記錄原材料的用量。

設(shè)計意圖：低年級科學課上學生已經(jīng)學習了“發(fā)現(xiàn)物體的特征”，在了解了物質(zhì)狀態(tài)及特征的知識后，借助本環(huán)節(jié)既可以加深對物體三態(tài)變化的認識，還能夠從工程視角體驗到模具對物體定型的功能。當然，在實現(xiàn)自己策劃和設(shè)計的過程中，也能收獲滿滿的成就感?？v然遭遇失敗，也能為STEAM學習提供鮮活的實踐反思素材。

2.4 巧克力加工廠——按照科學配比及教師要求完成制作

實驗活動：按照標準配比制作一份不添加白砂糖的巧克力和若干份添加果干和白砂糖的巧克力。

實驗材料：可可粉、牛奶、淡奶油、白砂糖、巴旦木、葡萄干、脆香米、臺秤、燒杯、玻璃棒、小口鍋、敞口容器、電磁爐、紙巾、濕毛巾、模具、食品級手套、食品級包裝袋。

實驗步驟：

(1)可可粉和牛奶以1∶5的比例加入小口鍋中(稱取50 g可可粉，250 g牛奶)。

(2)放入電磁爐上，邊加熱邊攪拌，再加入60 g淡奶油，直至其變粘稠。

(3)取出部分巧克力醬將其倒入模具，另一部分加入白砂糖以及果干后倒入自己喜歡的模具中(這里的模具并不局限于標準的模具，只要可裝入巧克力即可,可以利用身邊的任何材料發(fā)揮創(chuàng)意)。

(4)冷凍成形。

(5)收拾桌面，保持實驗室的整潔。

注意事項：

(1)加熱時注意安全，避免燙傷。

(2)小組內(nèi)合理分工、團結(jié)協(xié)作。

(3)加熱時注意不斷攪拌，待液體變粘稠時停止加熱。

(4)保證食品的安全、衛(wèi)生。

(5)記錄官要將做好的巧克力編號，并嚴格記錄原材料用量。

(6)要分別稱取倒入模具時所用巧克力醬的量，白砂糖的量，以及所添加的果干的量。

設(shè)計意圖：提供標準配比再次制作巧克力，與自己研制的巧克力形成對比，這也是一個再思考的過程，同時讓學生體會到成功制備巧克力的成就感。要求制作一份不含糖不含其他果干的巧克力是為下一步的科學探究作準備。另外的則可以加入白砂糖，以及自己喜歡的食材增加口感。將巧克力倒入自己喜歡的模具中，提高學生的創(chuàng)造力。

2.5 巧克力藝術(shù)美的科學實踐

教學過渡：同學們已經(jīng)動手制作了兩次巧克力，不過老師還想請同學們再制作一次，只是這次的制作和前面有些不同，請同學們拿起手中的筆，畫出自己最心儀的巧克力模樣。

教學活動：利用3D打印機，打印出學生理想的巧克力模樣。

課外延伸掌握更多的科學知識，利用控制變量法研究影響3D打印巧克力效果的因素。

設(shè)計意圖：貫徹STEAM的教育理念，科學和技術(shù)能為藝術(shù)提供創(chuàng)作靈感，而藝術(shù)又能培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力、想象力，兩者相輔相成。利用3D技術(shù)打印巧克力正是藝術(shù)和科學技術(shù)的結(jié)合。讓學生發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和藝術(shù)想象力用3D打印機打印出理想的巧克力圖案，體會科學的應(yīng)用之美。此外，整理思路，提出疑問，激發(fā)學生的好奇心，促使他們對3D打印進行進一步的探索。STEAM的教學要激發(fā)學生的創(chuàng)造力，需要引導學生感受科技創(chuàng)造給人類帶來的新思路和新產(chǎn)品，從而激發(fā)內(nèi)心深處的好奇心與研究熱情。

2.6 玩轉(zhuǎn)巧克力

教學過渡：學會了制作巧克力，下面我們將利用同學們制備好的巧克力進行科學實驗。

情景創(chuàng)設(shè)：閱讀《嘩嘩嘩 力量大》科學小故事，并猜想巧克力在水中的沉浮情況。

實驗活動：探究巧克力在水中的沉浮。

實驗材料：無糖巧克力、含糖不添加果干的巧克力、含糖含果干的巧克力、燒杯、水。

實驗過程：

(1)安全衛(wèi)生督查員將自己組的敞口容器里加入3/4的水。

(2)食品營養(yǎng)家拿出剛剛做的所有巧克力，分別放入水中。

(3)物理學家觀察巧克力的沉浮。

(4)記錄官要記錄每種巧克力的種類及其對應(yīng)的沉浮情況。

總結(jié)匯報結(jié)果：

(1)浮起來的巧克力普遍加入的糖分比沉下去的巧克力糖分要少。

(2)加入了大量脆香米的巧克力能浮上來，而加入了葡萄干和巴旦木的巧克力全都下沉。

教師講解：水中有一個神奇的力量我們稱之為“浮力”。如果一個物體在水中受到的浮力大于自身的重力就會上浮，若小于自身的重力則會下沉。例如我們所制作的巧克力，雖然他們都叫巧克力，但受巧克力重力、成分、體積的影響，受到的浮力大小不同。所以，不同的巧克力在水中的沉浮情況也不相同。

設(shè)計意圖：在本環(huán)節(jié)體驗到密度和浮力等學科問題，但是又不明說——小學階段重在體驗中認識科學概念，而不在于對某一具體概念的表達。同時學生在實驗活動中觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)、分析圖表、獲得解釋，在此過程中有機會靈活應(yīng)用數(shù)學工具，通過圖表比較實驗數(shù)據(jù)，實驗結(jié)果一目了然。也便于與自己研制的成分表形成對比，發(fā)現(xiàn)錯誤?；顒又杏捎诓煌膶W生制作的巧克力含糖量有所差異，所以小組之間的結(jié)果固然存在一定的偏差，但是不影響組內(nèi)實驗數(shù)據(jù)的比較，得出的結(jié)論也可以用來論證結(jié)果。

2.7 高階任務(wù)問題解決

情境過渡：通過前面的學習和生活經(jīng)驗，我們可以發(fā)現(xiàn)，其實市面上很多巧克力并非單純的巧克力，添加各種焙烤制品或各種糖果，在其外面覆蓋一層純巧克力可制成各種形狀不同、口味各異的巧克力糖果。巧克力蛋就是大家喜歡的一種巧克力糖果。讓我們來做一個探究吧——一樣重的巧克力和巧克力蛋，在水里面，誰會更“重”？

實驗材料：塑料杯、細繩、木棍、訂書機、水箱、巧克力蛋。

實驗過程：

(1)制作天平(見圖1)。取塑料杯沿圖1所示的虛線剪開，將剪開的兩端重合并用訂書機訂牢。取1根粗細均勻的木棍，兩端系上繩子，將做好的塑料杯懸掛于木棍兩端。再在木棍中央系1根細繩，用于懸掛天平。

(2)將巧克力蛋懸掛在天平的一端，在另一端添加純巧克力，使天平兩端保持平衡。

(3)將懸掛的巧克力放入水箱中，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：在水中巧克力蛋變“輕”了，巧克力蛋上浮而純巧克力沉下。

教師引導：請同學們切開巧克力蛋，探求巧克力蛋上浮的原因。

(a)

實驗結(jié)果：切開巧克力蛋，發(fā)現(xiàn)巧克力蛋中含有夾心，導致巧克力蛋上浮。

知識鏈接：水中有一種稱為浮力的力量，能使物體浮起來。而物體的在水中浮力大小與物體浸沒在水中的體積有關(guān)。本實驗含有堅果的巧克力比同等重量的巧克力的體積大，物體浸沒在水中的體積也大，因此其浮力也大。可拓展古希臘著名的科學家阿基米德在洗澡時發(fā)現(xiàn)浮力并根據(jù)浮力判斷真假皇冠的故事。

設(shè)計意圖：從巧克力到巧克力蛋，發(fā)現(xiàn)其中的秘密對于小學生來說既是值得興奮的事情，又是具備啟發(fā)創(chuàng)造力的重要環(huán)節(jié)。需要學習者科學與技術(shù)的手段并用，制作簡易天平、“解剖”巧克力蛋等。很多問題未必這一次課能探究完成，還需要更多的知識深化。

2.8 作業(yè)布置

作業(yè)一：自行設(shè)計實驗，尋找生活中的其他樣品，將它們放入水中測試其會上浮還是下沉。

作業(yè)二：以科學小作文的形式記錄本節(jié)課實驗的經(jīng)過，小組成員之間是如何互相配合，共同完成巧克力實踐活動的，總結(jié)實驗的成功與不足。再記錄自己的實驗感想與自己對本節(jié)課所涉及知識點的理解，以及發(fā)表對自己所扮演角色的心得體會。

設(shè)計意圖：讀寫能力是科學、工程和技術(shù)教育的重要組成部分，閱讀、寫作、口語溝通能力也是科學素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。在小學科學教學中，科學讀寫的配合有利于學生在科學概念方面的表現(xiàn)更加出色，同時，更樂于投身科學寫作活動中。