基于STEAM教育理念的科學課堂5E教學模式初探

◇馬培

隨著科學教育的發(fā)展，小學階段STEAM教育理念因其打破傳統(tǒng)常規(guī)分科教學，將多個學科領域的知識深層綜合，培養(yǎng)學生設計和解決實際問題能力，為小學科學課程改革提供了新思路和新方法。本文概述了STEAM教育的內(nèi)涵，分析了小學科學教育存在的問題，實踐了適用于小學科學課程教學的5E教學模式，并取得了一定成效。

當今世界發(fā)展迅速，人們對于科技的依賴程度越來越高，為了順應時代的發(fā)展，世界各國積極尋求掌握高科技的綜合型人才。各國的教育系統(tǒng)積極地應對這種時代的需求，嘗試改變傳統(tǒng)的教育方式，培養(yǎng)時代需要的創(chuàng)新性人才。STEAM教育理念的出現(xiàn)為我們實現(xiàn)人才培養(yǎng)戰(zhàn)略提供了一條可行的思路。

一、STEAM教育的內(nèi)涵

STEAM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數(shù)學（Mathematics）五門學科英文單詞首字母的縮寫，它是將多門學科素養(yǎng)進行深層的融合，培養(yǎng)學生綜合解決問題的能力。STEAM教育注重學習過程，它是一種新的教學方式：讓學生從過程中學習各種學科知識，達到知識的融會貫通以及綜合能力的提升。

自2001年全國基礎教育課程改革以來，小學科學教育在培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、探究能力等方面取得了一些進展，但從有關中小學STEAM教育方面的論文來看，關于STEAM教育在我國中小學的實施都是處于一個嘗試本土化階段。2017年2月，我國《義務教育小學科學課程標準》明確指出了該教育模式是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

二、我國小學科學課堂教學存在問題

STEAM教育在我國尚屬于新型教育理念，它的發(fā)展還沒有形成完整的理論體系和操作模式，小學科學引進該課程理念還存在以下問題。

（一）教師本身專業(yè)素養(yǎng)不足。科學課程是一門綜合多門學科知識的學科，但是絕大多數(shù)學校擔任科學的教師所學的專業(yè)是物理、化學、生物、地理等學科的其中一門，因此教師本身專業(yè)素養(yǎng)不能滿足科學課所需。

（二）照搬國外STEAM模式。很多學校為了求新，盲目地引進STEAM課程，有的甚至花重金招外教上課，完全沒有考慮其是否適合本校學生的基本情況。從而導致浪費時間和金錢，學生收獲甚微。

（三）小學科學實驗走馬觀花。目前浙江省小學科學課時安排是1～2年級每周一節(jié)，3～4年級每周兩節(jié)，5～6年級每周三節(jié)。每節(jié)課的內(nèi)容非常的滿，能夠上完課程時間已經(jīng)很緊張，留給學生真正實驗的時間很少，實驗成了一種形式，沒有得到落實。

面對以上問題，如何將STEAM教育理念貫徹落實，如何設計科學課堂教學達到預期的效果，對教師而言是一個巨大的挑戰(zhàn)。

三、小學科學課堂5E教學模式嘗試

到目前為止，我國的STEAM課程還沒有形成一個有效且供廣泛推廣的教學模式。常見的幾種STEAM教學模式有基于項目的學習（PBL，Project-Based Learning）、基于真實問題解決的探究學習（PBL，Problem-Based Learning）、基于設計的學習（DBL，Design-Based Learning）、5E教學模式。這四種教學模式各有特點和優(yōu)勢。由于小學科學課程課時少、任務重、班級人數(shù)較多等特點，在小學科學課堂教學中，比較適用的是5E教學模式。

5E教學模式是基于建構主義理論的“學習環(huán)”模式，由5個環(huán)節(jié)組成，即引入(Engagement)、探 究 (Exploration)、解 釋(Explanation)、精 致 (Elaboration)、評 價(Evaluation)。

（一）引入環(huán)節(jié)

引入是5E教學模式的起始環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)主要是創(chuàng)設問題情境，暴露學生前概念，引發(fā)認知沖突，激發(fā)學生學習興趣與探究積極性。教師在開展教學前，應先分析學生年齡特征、智力發(fā)展狀況、前概念水平，創(chuàng)設的情境中的問題應貼近學生生活，并與學生學習內(nèi)容緊密相連，使他們產(chǎn)生共鳴。同時，問題的難度應適中，以便讓學生感覺通過努力獲得成就感。

例如，浙教版五年級下冊第一單元第一課《物體在水中是沉還是浮》一課（以下例子均為浙教版教材），通過以下情境：教師課前準備一塊新鮮的胡蘿卜（沉的）和一盆清澈的水，上課時讓學生猜一猜，整個胡蘿卜和將其切成小塊，沉還是浮狀態(tài)如何？（圖1同種材料的物體，改變其大小，沉浮狀態(tài)不變）這里明確學生已有的不同認知，設計直觀實驗讓學生形成認知沖突，激發(fā)學生學習興趣，促進學生主動學習。

圖1 胡蘿卜在水中的沉浮狀態(tài)

（二）探究環(huán)節(jié)

探究是5E教學模式的主體環(huán)節(jié)。在引入環(huán)節(jié)中，學生已經(jīng)產(chǎn)生了認知沖突，可以直接參與觀察或?qū)嶒炋骄?，這時學生將會全身心地投入到探究活動中去。各小組學生以小組合作的形式，利用學習資源設計方案，自主選擇材料進行自主探究，通過多個探究活動，獲得對概念的感性經(jīng)驗。教師在實施教學過程中，應注意觀察、傾聽，適當引導學生自主完成，這樣才能使學生在科學學習過程中實現(xiàn)知識的獲得與探究能力的提升。

例如，四年級下冊《各種各樣的花》一課中給學生提供充足的有鮮明特點的花，讓學生象觀察油菜花那樣觀察這些花，分辨并記錄它們的萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊的數(shù)量、相同點和不同點，小組內(nèi)討論他們的發(fā)現(xiàn)。學生從不同實驗材料得出可靠證據(jù)，從而得到結論。通過本環(huán)節(jié)的實驗探究，學生在思維能力和探究能力方面得到大大地提升。

（三）解釋環(huán)節(jié)

解釋是5E教學模式的關鍵環(huán)節(jié)。學生利用在探究活動中獲取的數(shù)據(jù)或證據(jù)，進行科學解釋或論證，從而將引入環(huán)節(jié)中的前概念提升或者糾正為科學概念。在這個環(huán)節(jié)中，教師應層層遞進地引導學生在面對不同的解釋和結論時學會思考與分辨，從而再展開討論與交流。這時教師嘗試提供新概念、規(guī)范的科學用語引導。在教師的指導下，學生已經(jīng)潛移默化地學會使用新知識回答最初提出的問題，培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)分析能力、發(fā)展邏輯思維能力、訓練學生的語言表達能力。

例如，《各種各樣的花》中學生找出花朵們的共性和異性，總結出完全花和不完全花、單性花和兩性花的特征，在小組內(nèi)討論和組與組討論中會出現(xiàn)分歧，他們會對信息進行甄別。

（四）精致環(huán)節(jié)

精致是5E教學模式的核心環(huán)節(jié)。在教師的引導下，學生將新獲得的知識與已有的知識建立聯(lián)系，并進行實踐練習、拓展和靈活應用，解決實際問題。這個環(huán)節(jié)教師應設置新的問題情境，鼓勵學生大膽嘗試、充分運用新知識解決新的實際問題，教師可以追問學生是怎么想的，并將思路說出來，從而加深學生對新知識的理解，獲得更多信息和技能。

例如，三年級上冊《水和食用油的比較》一課中，學生已經(jīng)學習并知道了水重（密度大），食用油輕（密度小），油會漂浮在水上面。

設問：通過以上學習和探究，如何比較水、牙簽、食用油的輕重？

拓展：學生將所學知識應用于解決實際問題。（當學生看到牙簽在水中浮，食用油中沉）

教師追問：你能從看到的現(xiàn)象（圖2）中，給這三者的輕重排序嗎？

圖2 牙簽在水和食用油中的沉浮狀態(tài)

這個問題對于三年級的孩子來說，難度有些大，經(jīng)過思考、追問之后，學生能夠自己正確排序。通過精致環(huán)節(jié)，學生能夠?qū)⑿轮右赃\用，對新知能夠牢固掌握的同時，思維能力也在提升。

（五）評價環(huán)節(jié)

評價是5E教學模式的最后環(huán)節(jié)。這是對整個課堂中學生的表現(xiàn)進行公平、公開、公正的評價。教師引導學生對自己的學習活動進行自評和互評，鼓勵學生自評，包括知識概念的理解、綜合運用能力提升等方面；同時教師也會對學生進行知識目標以及能力目標評估。

例如，五年級上冊《設計制作小賽車》一課，提供給學生的材料是“明碼標價”的。學生的評價方式為：學生自評、小組互評。學生自評采取打分制，滿分10分。學生互評（表1）中學生每人三顆小星星（一顆5分），只能投給其他小組，不能投給自己。教師也有三顆，投給學生。學生本節(jié)課的評價方式做到了定性評價與定量評價、形成性評價與終結性評價、自我評價與他人評價。

表1 學生評價方式打分表第_____組

四、小學科學課堂5E教學模式成效

隨著5E教學模式在小學科學課堂中應用，學生對科學的學習熱情空前高漲，學生的設計實驗能力、探究學習能力、小組配合能力、問題解決能力等方面得到明顯增強。

（一）激發(fā)了科學學習興趣

在小學科學課堂教學中，教師充分利用學生的興趣點，在5E模式的第一步“引入”就抓住學生的眼球和注意力，讓他們整堂課都沉浸在興趣的海洋中。這種充滿玄機的課堂實施以后，我們收到學生很多心里話。

例如，我最喜歡科學老師的“賣關子了”“總是讓我充滿干勁”“癡迷在科學老師的世界中，那里有好多神奇的實驗”“每次科學課都感覺好快啊，要是過得慢一點就好了”“科學課是每天最期待的課”……

從學生寫給我們的信件可以看出，學生喜歡我們的科學課堂，愿意參與到科學課堂中。

（二）獲得了科學探究方法

通過長時間的課堂練習，學生能夠針對探究問題或者需要解決問題從提出問題、作出假設、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結論、表達交流、反思評價8個方面進行實驗設計，掌握了基本的探究要素。從圖3也可看出5E教學模式與科學探究要素步驟是一致的，運用5E教模式進行小學科學課堂教學，可以

圖3 5E教學模式環(huán)節(jié)與科學探究要素

從多維度培養(yǎng)學生的科學探究能力，有利于課堂教學目標的落實。

（三）提升了科學素養(yǎng)

圖5 5E教學模式與科學素養(yǎng)關系

5E教學模式在小學科學課程中的實施后，學生的科學素養(yǎng)得到提升，從圖5中可以看出，5E教學模式的五個環(huán)節(jié)緊緊包圍著科學素養(yǎng)，它的實施是科學素養(yǎng)在課堂中得以體現(xiàn)的一種形式。

1.學生參加科技比賽成績優(yōu)異

通過科學課堂的興趣激發(fā)，學生的綜合解決實際問題的能力得到提升，應用拓展方面越來越得心應手。他們在省、市、區(qū)參加各類科技比賽中表現(xiàn)優(yōu)異，尤其是科技小論文的寫作，成為學生最喜愛的“作文”類型，他們邊做實驗邊寫作文，特別有趣，再也不用擔心沒有素材了。

2.區(qū)抽測成績提升較大

通過兩年的實驗，我們從學生最具象的現(xiàn)象著手，按照5E模式備課上課，讓STEAM教育理念真實地應用在小學科學的課堂中，學生的綜合能力得到提升。

[典型題目]5E模式讓對比遷移變得容易

種子和卵各自孕育著新的生命，下圖是它們的結構示意圖，請結合圖回答下列問題。

（1）圖甲和圖乙中的部分結構有類似的功能：圖甲中的序號_______與圖乙中的蛋殼起到保護作用，圖甲中的3和圖乙中的________作用相同。

（2）種子和受精卵的來歷相似。種子是通過傳粉受精而來，也就是雄蕊產(chǎn)生的________傳播到雌蕊的________上，使子房里的胚珠受精，受精的胚珠發(fā)育成種子。受精卵是雄性的________與雌性的________受精發(fā)育而來。

這個難度較大的綜合分析題目的得分情況讓我們深知學生對于科學的學習已經(jīng)不再是停留在知識的掌握方面，而是綜合能力的提升方面。將來，學生將會成為一個個邏輯思維能力、動手實踐能力超強的人······

初探證實，在小學科學課堂過程中，借鑒STEAM教育理念進行5E教學模式教學，能夠有效地從多個維度達成教學目標，能夠讓教師和學生共同發(fā)展、共同促進。教師在實施5E教學后，能夠更加輕松、熟練地投入教學工作、傳授科學精神，同時增加了與學生的溝通交流的機會。可見，STEAM教育理念下的5E教學模式是一種操作性強、實用性好的教學模式，它能夠有效促進小學生科學素養(yǎng)水平的提高。