打造STEAM“学研创展思”活动闭环——以设计一座应对气候变化的未来城市为例
在国家“双减”政策的指引下，科技教育承担的任务和使命更加突出。为了让学生在成体系的培养中习得科学技术素养，越来越多教师引入了STEAM教育理念，希望在跨学科和项目制的影响下，科技教育能够更加有效。但是STEAM项目的开展周期往往比较长，教师们在设计STEAM活动的时候很容易陷入重知识轻实践、强学科弱融合、有目标缺评价、重形式疏内涵等顾此失彼的误区。归根结底，是因为没有形成STEAM活动的全局观。通过STEAM教育实践，我们发现，只要打通了STEAM教育从学习、研究、创造、展示到反思的闭环，整个STEAM教育就会焕发出勃勃生机，学生也将会在完整的STEAM活动中提高科学素养。
设计一座应对气候变化的未来城市，是一个非常有趣也颇具挑战的STEAM项目。学生需要分析气候变化给城市带来的影响，设计具有创新性和未来性的气候变化适应方案与缓解策略，以确保未来城市居民的健康和安全。从打造STEAM活动闭环的角度来设计课程，学生才会在活动中有更好的学习体验，生成高阶知识和技能，并获得新的经验。以下笔者以北京市海淀区稻香湖学校开展STEAM活动的案例进行说明。
学习
搭建STEAM活动的知识体系
不同于传统课堂，STEAM的学习体系并不是由教师单方面设定的，而是由师生共同生成的。因此，教师在设计活动时，就应该充分考虑到STEAM活动的跨学科特性，跳出自身所教学科的知识和认知局限，吸纳更多学科领域的教师加入活动中，并热情拥抱学生的各种新奇想法。因此，打造一个联系师师、生生、师生、家校，甚至是学校与专家的学习共同体，将会使STEAM学习的效率最大化。
在设计未来城市学习活动的时候，我们首先结合STEAM的跨学科特性，联系了科学、技术、艺术等专业的教师，共同设计出从学习引导者角度出发的学习清单。
同时，我们也借助家长资源，与校外的建筑设计专家建立了联系，并在电子化学习平台中将专家们推荐的建筑知识整理到一起，并随时更新，以保证项目推进的过程中学生能够随时学到建筑的相关知识。
当然，这些知识并不是在项目一开始就一股脑儿地灌输给学生，而是整合在未来城市设计与制作的全过程中。为了让学生真正成为学习的主人，我们有意识地保留了学生生成知识的环节，开辟了在线论坛，让学生在推进项目的过程中，发现兴趣点，并引导学生进行自学。比如，我们在未来城市选址的时候，有个学生展示了一张100年前喜马拉雅山脉某个山谷的黑白照片。100年后的今天，当人类再次来到同一地点，却惊奇地发现，以前的山谷变成了湖泊。原来，这100年间，地球的气温不断上升，使喜马拉雅山脉的冰川融化，形成了新的水源。在这个事件的启示下，学生们大胆创新，迅速联想到新疆的天山冰川会不会也在若干年后融化呢？如果冰川融化，以前的一些沙漠也将会变成绿洲了。在这个新奇的想法产生后，学生们想到了那座历史上璀璨而神秘的城市——楼兰古城。但是对于楼兰古城的知识，学生和教师都知之甚少。因此，学生们一边探索，一边对楼兰的历史、文化等人文知识进行了拓展。
研究
打下STEAM活动的理论基础
作为STEAM的另一项重要活动，研究的意义非常重大。我们研究什么，怎么研究，预计会取得什么效果，都应在活动设计中进行深入思考。著名教育家杜威提出了探究教学的五步法，我们把它和STEAM教育实践相结合，逐渐形成了研究的四个主要步骤：设立目标、提出问题、调研资料、形成报告。
设立目标：师生之间围绕共同的主题，经过讨论，达成一致的目标。比如，我们通过分析项目内容，结合对气候、未来城市的理解，制定了4个目标：1.我们的城市需要应对各种极端气候，比如非常热或者非常冷；2.找到各城市适应气候变化或极端天气的具体举措；3.在有限的时间内以最好的方式展现项目；4.让我们的设计具有更多中国元素。
提出问题：在明确目标后，组织学生提出具体问题，方便进一步研究。学生提出的问题可能是天马行空的，也有可能是非常聚焦的。作为学习活动的引导者，教师应该帮助学生对问题进行梳理归类，并逐渐将问题和研究内容结合起来。我们利用在线学习平台搜集整理学生提出的各种问题，比如：什么是气候变化？全球变暖是怎么回事？气候变化会给城市带来哪些问题？有哪些城市治理气候问题的案例？我们生活的城市面临哪些气候变化带来的影响？哪些基础设施容易受到气候变化的影响？城市中哪些人群容易受到气候变化的影响？除了气候变化，城市还面临哪些发展的问题？未来的主要能源会是什么形式？楼兰在哪里？如何将楼兰打造得有特色？……这些问题都不是教师预设的，而是在活动的进行中不断生成的。
调研资料：调研资料有助于更高效地解决问题，而引用权威的资料将会使研究更具有说服力。我们引导学生利用百度学术、万方数据库等工具，对需要研究的主题、问题和内容进行检索，把有关的文献资料下载下来，提取对研究有价值的内容，形成自己的资料库。站在巨人的肩上，研究才能有意义，也才能生成属于自己的创新。学生们通过检索资料，找到了一些著名的气候变化应对案例，如哥本哈根的宜居城市、伦敦的绿色城市、鹿特丹的气候防护之城、纽约的韧性城市、新加坡的可持续发展城市……同时，学生们在检索各城市的应对措施时，也发现了故宫强大的排水系统——千龙吐水。借鉴古人的智慧，学生们将这一理念引入到未来城市的排水管道设计中，让设计的城市面对特大暴雨时既具有海绵城市的韧性又带有强烈的中国元素。
形成报告：报告是研究的重要表现形式，也是检验研究质量的载体。报告可以是论文，也可以是图文并茂的文稿，还可以是生动形象的视频。考虑到本次研究的专业性，我们让学生通过合作的方式撰写研究论文，具体阐述如何规划和设计这座应对气候变化的未来楼兰新城。在充分研究和达成共识以后，学生们已经打下了坚实的理论基础，也为下一步的行动指明了方向。
创造
锻炼STEAM活动的行动能力
创造，需要学生运用工程管理的理念，结合目标呈现的样态将想法付诸实践，从而形成承载研究想法的作品。创造也是由理论走向实践的重要途径。如何科学地引导学生创造，非常考验教师的活动设计水平。我们通常的做法是以项目目标为驱动，要求学生制作出模型、海报或展板等实物。在创造的过程中，以项目报告为管理工具，推进项目有序进行。在推进未来城市设计的过程中，我们采用了制作城市模型的形式，这样可以全方位锻炼学生科学、技术、工程、艺术和数学方面的素养。
制作一座城市的模型，要求学生掌握各种工具、材料和模型制作技术。除了在学习过程中教师为学生提供各种工具支架以外，学生在实际创造的过程中还会有各种具体的问题需要分析和解决，比如学生想建造复杂的地形，想要制作科技感十足的穿梭之门，想要设计旋转装置，等等。这些具体的问题是需要大家共同学习、摸索和探究的，不存在已有的方案供大家借鉴。因此，教师应该特别重视创造的过程，并要求学生对作品的创新性、美观性、科学性和技术性等进行严格把关。只有经历严格的创造过程，学生才会有真正意义的项目体验和收获。
展示
检验STEAM活动的实践水平
展示是STEAM活动的重要分享与评价形式。学生将项目作品、相关背景资料、项目推进过程、想法、方案等内容以戏剧、答辩或演示等形式呈现出来。展示活动需要预留足够的时间，让学生进行充分的准备。
我们主要采用了戏剧的形式，学生自己撰写脚本，演绎了100年后一位教授到楼兰新城开设分校，与导游和服务员产生各种互动，并最终认识到城市的未来感和科学设计的故事。整个戏剧表演接近7分钟，学生不仅提炼了未来城市的设计亮点，还把项目中的想法和思路完整地表现了出来，这对于锻炼提升学生的综合素养、教师掌握学生在活动中的具体收获等有着至关重要的作用。
反思
升华STEAM活动的知识内涵
展示并非STEAM活动的终点，要让活动形成完美的闭环，还应该有反思的环节。反思不仅需要学生对项目进行复盘总结，还需要教师对整个活动的开展进行认真的反省，从而让知识得到升华，让学生学有所思、行有所悟。一般，我们会在展示环节后趁热打铁，让学生形成书面的反思，有助于提升知识的内涵。
总之，STEAM活动是由教师精心设计以及学生共同参与生成的，既要有完整的设计流程，让活动能够顺利开展，又要有学生自主的生成，让项目更具创意。当教师们站在STEAM活动完整闭环的视野下设计活动，学生的学习也将会变得更加自主、高效，最重要的是，真正的学习才会发生。
（作者单位系北京市海淀区稻香湖学校）