基于STEM教育的小學(xué)科學(xué)課程資源的開(kāi)發(fā)研究

張 燕 張海云

近幾年，來(lái)自美國(guó)的STEM教育，在我國(guó)已經(jīng)成為學(xué)科教育改革的熱點(diǎn)，它不僅在我國(guó)各種校外教育機(jī)構(gòu)中蓬勃發(fā)展，而且隨著被寫(xiě)進(jìn)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)，在學(xué)校教育中也掀起了研究的熱潮。積極實(shí)踐STEM教育理念和教育方式，是發(fā)展和提升學(xué)生核心素養(yǎng)的有效策略。綜觀當(dāng)前我國(guó)的STEM教育，最困擾老師們的問(wèn)題是：缺乏適合我國(guó)學(xué)生進(jìn)行STEM研究的系統(tǒng)化的課程資源。目前，各地區(qū)使用的STEM教材主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是國(guó)外引進(jìn)的，此類(lèi)教材由于受各國(guó)教育背景、教育方式以及學(xué)生的認(rèn)知水平和能力差異等因素的影響，無(wú)法很好地與我國(guó)相關(guān)的學(xué)科教學(xué)、學(xué)生實(shí)際有機(jī)地融合，導(dǎo)致教育的效果不是很理想；另一類(lèi)是國(guó)內(nèi)一些開(kāi)展STEM教育的成功案例，這一類(lèi)案例比較適合我國(guó)學(xué)生開(kāi)展研究活動(dòng)，但由于資源數(shù)量較少，無(wú)法根據(jù)教學(xué)實(shí)際有機(jī)地選擇，再加上大多是零散性的內(nèi)容，不利于系統(tǒng)化地開(kāi)展STEM教育活動(dòng)。因此，要讓STEM教育在我們的課堂上真正落地生根，開(kāi)發(fā)符合各地實(shí)情和學(xué)生實(shí)際的具有系統(tǒng)性、本土化的課程資源顯得尤為重要。那么，這樣的課程資源如何去搜集和開(kāi)發(fā)呢？下面以小學(xué)科學(xué)學(xué)科為例，來(lái)談?wù)凷TEM教育課程資源開(kāi)發(fā)的一些途徑和做法。

從教材中來(lái)：研究教材，有機(jī)整合，構(gòu)建學(xué)科融合型課程

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“STEM是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)地融合為一體。”由此可見(jiàn)，與傳統(tǒng)教育相比，STEM教育更強(qiáng)調(diào)學(xué)科的融合。目前，在我國(guó)中小學(xué)普遍采用分科教學(xué)的模式，即各學(xué)科教師負(fù)責(zé)教授各自科目，很少重視學(xué)科之間的聯(lián)系。這樣不利于各科知識(shí)和技能的融會(huì)貫通和綜合應(yīng)用。因此，我們要努力改變這種單一學(xué)科教學(xué)為主的現(xiàn)狀，從現(xiàn)行的國(guó)家基礎(chǔ)學(xué)科課程出發(fā)，尋找適合進(jìn)行“跨界”和“融合”的內(nèi)容，進(jìn)行課程的整合設(shè)計(jì)，構(gòu)建學(xué)科融合型課程。

1.研究科學(xué)教材，挖掘“工程”素材

小學(xué)科學(xué)課程是一門(mén)綜合性的課程，它針對(duì)學(xué)生身邊的事物和現(xiàn)象，從不同的領(lǐng)域，綜合呈現(xiàn)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法。其中蘊(yùn)含著許多適合開(kāi)展STEM研究的內(nèi)容，教師應(yīng)深入鉆研教材，依據(jù)“STEM學(xué)習(xí)以工程設(shè)計(jì)為基石”這一特點(diǎn)，重點(diǎn)挖掘教材中以“工程”為主導(dǎo)的內(nèi)容，綜合技術(shù)、數(shù)學(xué)、表達(dá)、藝術(shù)等元素，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)STEM活動(dòng)，構(gòu)建以“科學(xué)與工程”整合為主的課程，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí)。

如小學(xué)科學(xué)三年級(jí)下冊(cè)《固體和液體》單元中《使沉在水里的物體浮起來(lái)》一課就是蘊(yùn)含著“工程”研究的內(nèi)容。我們可以在學(xué)生了解了物體在水中的沉浮與哪些因素有關(guān)和怎樣改變物體的沉浮后，讓學(xué)生進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和制作——借助提供的材料“研制屬于自己的潛水艇”。通過(guò)研究了解物體的輕重與浮力大小之間的關(guān)系對(duì)物體在水中狀態(tài)的影響?！捌　焙汀跋鲁痢笔綕撍Ш苋菀拙湍苎兄瞥鰜?lái)，科學(xué)的數(shù)據(jù)也很容易獲得。而“懸浮式潛水艇”的研制是一個(gè)難點(diǎn)，要想研制成功，需要采用數(shù)據(jù)的定量分析的方法來(lái)進(jìn)行。在教學(xué)的過(guò)程中，我們可以通過(guò)科學(xué)與數(shù)學(xué)融合的方式，利用“數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)表”直觀形象地記錄下“漂浮”和“下沉”式潛水艇的重量數(shù)據(jù)，并采用科學(xué)的方法有效地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析。學(xué)生通過(guò)對(duì)容易研制成功的“漂浮式潛水艇（空艇）”和“下沉式潛水艇”的兩組重量數(shù)據(jù)的觀察、分析，初步框定“懸浮式潛水艇”的重量范圍。再通過(guò)研制“裝了水漂浮的潛水艇”，并對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，縮小了“懸浮式潛水艇”的重量范圍，在此基礎(chǔ)上，很快就能成功研制出“懸浮式潛水艇”，并獲得與潛水艇相關(guān)的科學(xué)知識(shí)和工作原理。此外，科學(xué)教材中的《降落傘》《吸熱和散熱》《小車(chē)的運(yùn)動(dòng)》等內(nèi)容也是適合開(kāi)展“工程”探究體驗(yàn)活動(dòng)的素材。

2.梳理其他教材，尋找融合內(nèi)容

STEM教育的核心就是學(xué)科融合，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和對(duì)學(xué)科之間關(guān)系的關(guān)注。各地區(qū)并行開(kāi)設(shè)的語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、科學(xué)、勞技等課程中，學(xué)科之間的知識(shí)和方法是相互滲透的。我們可以通過(guò)對(duì)各科課程最基本的學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的分析，找到不同學(xué)科知識(shí)點(diǎn)之間的連接點(diǎn)和整合點(diǎn)，以綜合的視野來(lái)設(shè)計(jì)跨學(xué)科的結(jié)構(gòu)化融合性課程，有機(jī)地將學(xué)生學(xué)習(xí)的分散、零碎的知識(shí)變成互相聯(lián)系的統(tǒng)一整體。

如語(yǔ)文教材中的《大林寺桃花》一詩(shī)中有這樣兩句：“人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開(kāi)”。我們?cè)谟谜Z(yǔ)文學(xué)習(xí)的方法理解了這兩句詩(shī)句含義的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步圍繞“大林寺的桃花為什么比山下要開(kāi)得遲？”這一問(wèn)題，讓學(xué)生用科學(xué)、數(shù)學(xué)的方法，借助技術(shù)的手段來(lái)研究影響植物生長(zhǎng)和溫度變化的原因，從而揭開(kāi)該古詩(shī)中蘊(yùn)含的科學(xué)原理。又如勞動(dòng)與技術(shù)教材中《桌面垃圾桶》一課的教學(xué)中，學(xué)生要成功制作一個(gè)桌面垃圾桶，要涉及運(yùn)用到各個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)和技能：桶蓋撐起裝置需要用到科學(xué)上的杠桿原理；各零部件制作要用到數(shù)學(xué)和技術(shù)學(xué)科的各種工具；要翻蓋靈活、連接牢固、剪切平整需要理解與整合科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)知識(shí)與技能。

類(lèi)似于這樣的素材在各學(xué)科教材中或多或少都存在，只需我們認(rèn)真地梳理和挖掘，打破學(xué)科界限和內(nèi)容限制，進(jìn)行有效地融合設(shè)計(jì)，就能幫助學(xué)生建構(gòu)起知識(shí)的體系，我們的教學(xué)才會(huì)真正地“活”起來(lái)。

從科技活動(dòng)中來(lái)：基于活動(dòng)，吸納重組，構(gòu)建科技創(chuàng)新型課程

小學(xué)科技活動(dòng)是以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為核心的，其豐富的活動(dòng)內(nèi)容來(lái)自于各個(gè)領(lǐng)域，涉及各個(gè)學(xué)科的知識(shí)和技能。其中的許多項(xiàng)目可以成為STEM教育研究的內(nèi)容，我們可以以這些項(xiàng)目為載體，結(jié)合STEM教育的本質(zhì)和特征對(duì)它們進(jìn)行篩選或再設(shè)計(jì)，構(gòu)建起能融合課內(nèi)外活動(dòng)的科技創(chuàng)新型課程，在科技活動(dòng)中實(shí)施拓展STEM教育，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

1.搜集適合的活動(dòng)項(xiàng)目，納入STEM課程

在小學(xué)科技活動(dòng)中，有一些活動(dòng)項(xiàng)目本身就以研究?jī)?nèi)容新穎豐富、活動(dòng)形式靈活多樣、涉及的知識(shí)和技能比較全面、自主創(chuàng)新和自由發(fā)揮的空間大而深深吸引著廣大師生。對(duì)于這樣的一些科技活動(dòng)項(xiàng)目，可以直接把它們移植到STEM課程中來(lái)，為我們研究所用。

如《空氣火箭》這一科技活動(dòng)，它是一項(xiàng)以“制作一個(gè)發(fā)射得更遠(yuǎn)的空氣火箭”為任務(wù)驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)項(xiàng)目。學(xué)生們?yōu)榱送瓿蛇@項(xiàng)“任務(wù)”，不僅會(huì)先去想方設(shè)法弄明白“影響空氣火箭飛得遠(yuǎn)近的因素”，還會(huì)從材料、制作工藝等方面綜合考慮，并通過(guò)方案的設(shè)計(jì)及作品的制作、檢測(cè)、改進(jìn)等一系列的過(guò)程研制出飛得盡可能遠(yuǎn)的空氣火箭來(lái)。類(lèi)似于這樣一些滲透著工程和技術(shù)因素的科技活動(dòng)項(xiàng)目，本身就具備STEM元素，把它們吸納到STEM課程中來(lái)，可以豐富學(xué)生的活動(dòng)體驗(yàn)。

2.改變傳統(tǒng)的活動(dòng)項(xiàng)目，賦予STEM元素

在小學(xué)科技活動(dòng)中，也有一些傳統(tǒng)的活動(dòng)項(xiàng)目由于內(nèi)容單一缺乏變化、活動(dòng)難度較低缺乏挑戰(zhàn)、活動(dòng)方法保守缺乏創(chuàng)新而逐漸不為學(xué)生喜歡。然而，有些活動(dòng)項(xiàng)目，細(xì)細(xì)推敲，也是開(kāi)展STEM活動(dòng)的合適素材。對(duì)于這樣的一些科技活動(dòng)項(xiàng)目，我們要通過(guò)活動(dòng)方案的再設(shè)計(jì)，把STEM元素融入其中，豐富活動(dòng)內(nèi)容，賦予它們新的活力，使它們從傳統(tǒng)意義上的科技活動(dòng)走向具有STEM特色的科技創(chuàng)新活動(dòng)。

我們以傳統(tǒng)科技活動(dòng)《牌橋》為例來(lái)改變。原來(lái)此項(xiàng)活動(dòng)是以這樣的形式和要求來(lái)開(kāi)展的：提供相同品種和數(shù)量的撲克牌，要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用它們?cè)跇蚨丈洗罱ūM可能長(zhǎng)的橋面。這樣的一個(gè)活動(dòng)，學(xué)生只需要把撲克牌剪得足夠長(zhǎng)、拼插得足夠牢固就行，思維和技術(shù)方面的含量不需很高。學(xué)生玩過(guò)一次后，再挑戰(zhàn)的興致不是很高，收獲也不是很大。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目我們不妨將它作這樣的改變：用15張撲克牌、剪刀、雙面膠在距離40厘米的兩個(gè)橋墩上建造橋面，要求一是橋面要牢固（能承受10個(gè)以上的鉤碼重量），二是橋下要能行船，三是橋面不能粘在橋墩上。這樣的改變不僅拓展了研究?jī)?nèi)容的范圍，而且增強(qiáng)了活動(dòng)的挑戰(zhàn)性，要完成這樣一座橋的制作，學(xué)生必須從科學(xué)的角度去研究“怎樣的橋面承重力強(qiáng)”，從工程的角度去“設(shè)計(jì)和建造橋面”，從技術(shù)的角度不斷地去“改進(jìn)和完善橋面”，逐漸使橋的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到甚至超越規(guī)定的要求。

結(jié)合充滿(mǎn)趣味性、挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性的科技活動(dòng)項(xiàng)目來(lái)開(kāi)展STEM研究活動(dòng)，更有利于學(xué)生潛能的激發(fā)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

從生活中來(lái)：立足生活，探索實(shí)踐，構(gòu)建生活實(shí)踐型課程

培養(yǎng)學(xué)生綜合解決實(shí)際問(wèn)題的能力是STEM教育最重要的目標(biāo)。STEM教育強(qiáng)調(diào)關(guān)注現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，注重在完成“指向真實(shí)生活任務(wù)”的過(guò)程中將學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為可解決實(shí)際問(wèn)題的生活性知識(shí)，提升兒童適應(yīng)社會(huì)生活的能力。因此，生活中一些與學(xué)生息息相關(guān)的事物、現(xiàn)象或熱點(diǎn)問(wèn)題也是我們開(kāi)展STEM教育研究的資源。我們只需對(duì)它們進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，使之成為研究項(xiàng)目，讓學(xué)生在體驗(yàn)和完成項(xiàng)目研究的過(guò)程中，獲得蘊(yùn)含于其中的多學(xué)科知識(shí)和技能。從而也使STEM教育課程從課內(nèi)走向課外，從課堂走向生活。

1.關(guān)注熟悉事物

隨著科技的快速發(fā)展和生活水平的不斷提升，與學(xué)生學(xué)習(xí)、生活、娛樂(lè)等相關(guān)的各類(lèi)物品不斷涌現(xiàn)，豐富了學(xué)生的生活，也吸引著學(xué)生的眼球。我們可以利用學(xué)生身邊這些常見(jiàn)的事物來(lái)設(shè)計(jì)STEM課程開(kāi)展活動(dòng)，通過(guò)解決問(wèn)題或任務(wù)的方法將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)結(jié)合起來(lái)，將抽象的知識(shí)與學(xué)生實(shí)際生活之間建立起緊密的聯(lián)系。

首先，我們可以從孩子喜歡的一些玩具入手來(lái)設(shè)計(jì)STEM活動(dòng)課程。如“彈力球的制作”這一項(xiàng)目，可以分這樣幾個(gè)階段來(lái)開(kāi)展：第一階段，閱讀相關(guān)資料，了解制作彈力球的材料及制作的原理；第二階段，預(yù)測(cè)膠水和硼砂溶液的配置比例，并根據(jù)預(yù)測(cè)嘗試制作彈力球；第三階段，作品展示，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和問(wèn)題分析；第四階段，針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，制作一個(gè)外形美觀的彈力球；第五階段：對(duì)彈力球進(jìn)行彈性測(cè)試、分析、改進(jìn)制作；第六階段，研制彩色彈力球?！白灾茝椓η颉边@一項(xiàng)目的開(kāi)展是為了通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生利用技術(shù)和工程方面的知識(shí)去制作一個(gè)彈力球，讓學(xué)生了解和經(jīng)歷生活中一些產(chǎn)品制作的過(guò)程，做得好與壞并不是課程所關(guān)注的。其次，我們還可以從飲食方面入手來(lái)設(shè)計(jì)STEM課程。作為魚(yú)米之鄉(xiāng)的江南，利用大米制作甜酒釀曾是許多家庭過(guò)年過(guò)節(jié)都會(huì)制作的食品。然而，隨著時(shí)代的變遷，這項(xiàng)食品制作工藝逐漸被人們遺忘。為了延續(xù)這項(xiàng)傳統(tǒng)工藝，了解甜酒釀制作相關(guān)知識(shí)和技巧，我們可以分別從甜酒釀制作的材料、制作的方法、酒釀發(fā)酵的溫度、時(shí)間等方面設(shè)計(jì)方案，展開(kāi)研究。通過(guò)研究，努力讓傳統(tǒng)飲食文化得以關(guān)注和傳承。此外，一些生活用品如“調(diào)光臺(tái)燈”“保暖衣服”等的設(shè)計(jì)、制作也可以成為STEM研究的內(nèi)容。將研究?jī)?nèi)容與學(xué)生日常生活事物相關(guān)聯(lián)，更能激起學(xué)生研究的興趣，學(xué)生在“動(dòng)手做”和“動(dòng)腦想”的過(guò)程中，真正把知識(shí)還原于豐富的生活。

2.研究熱點(diǎn)問(wèn)題

“生活即教育，社會(huì)即學(xué)校?！睂W(xué)生生活在充滿(mǎn)各種信息的社會(huì)中，各種社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題時(shí)有耳聞。在STEM教育中，適當(dāng)引入一些社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題的研究，會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

“環(huán)保問(wèn)題”是當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。如面對(duì)污染嚴(yán)重的水資源，“如何凈化水”的問(wèn)題，也是人們關(guān)注的問(wèn)題。對(duì)于這一問(wèn)題，我們可以從“了解自來(lái)水廠工作流程及原理”“了解飲用水標(biāo)準(zhǔn)和用PH試紙測(cè)試水樣的質(zhì)量”“研究不同的材料過(guò)濾和吸附的效果”“設(shè)計(jì)并制作簡(jiǎn)易凈水器”“簡(jiǎn)易凈水器的測(cè)試與優(yōu)化”這幾個(gè)過(guò)程來(lái)設(shè)計(jì)STEM研究方案。讓學(xué)生在研究的過(guò)程中了解凈化水的過(guò)程和原理，也感受到凈化一杯污水的不容易，從而樹(shù)立起環(huán)保的意識(shí)。

STEM教育的有效實(shí)施，依賴(lài)于課程資源的開(kāi)發(fā)和研究。當(dāng)前，此項(xiàng)工作還處于起步階段，我們只有在深入學(xué)習(xí)和理解STEM教育理念、本質(zhì)的基礎(chǔ)上，不斷挖掘有效資源，并認(rèn)真加以實(shí)踐和改進(jìn)，形成系統(tǒng)、科學(xué)的課程資源，使其真正成為培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的有效載體。