基于建構(gòu)主義下STEM的小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)研究

姜玉晗 楊韻茹

一、建構(gòu)主義下的STEM觀點(diǎn)

建構(gòu)主義認(rèn)為：知識(shí)不是對(duì)現(xiàn)實(shí)的唯一固定表征，它只是一種解釋、一種假設(shè)，并不是問(wèn)題的最終答案;學(xué)習(xí)不是知識(shí)由教師到學(xué)生單向傳遞的過(guò)程，而是學(xué)生建構(gòu)自己知識(shí)的過(guò)程，學(xué)生不是被動(dòng)的信息吸收者，而是信息意義的主動(dòng)建構(gòu)者;學(xué)生可以依靠自己的認(rèn)知能力對(duì)問(wèn)題進(jìn)行某種解釋，不同的認(rèn)知帶來(lái)不同的觀點(diǎn)，教學(xué)就是要讓學(xué)生通過(guò)合作交流，看到那些與自己不同的觀點(diǎn)，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)的發(fā)生和進(jìn)行。

STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics）教育策略的情境性和以學(xué)生為中心等特征與建構(gòu)主義的觀點(diǎn)不謀而合。STEM策略體現(xiàn)在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)學(xué)科的交融和碰撞，而且更加注重培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。因此，STEM理論鼓勵(lì)教師在教學(xué)中要密切注意這四個(gè)學(xué)科之間的聯(lián)系，使其相得益彰。在教學(xué)過(guò)程中，不應(yīng)教授學(xué)生孤立、抽象的學(xué)科知識(shí)，而應(yīng)把知識(shí)還原于豐富的生活，結(jié)合生活中有趣、有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生提出疑問(wèn)和解決問(wèn)題來(lái)完成教學(xué)任務(wù)。

STEM教育和策略的跨學(xué)科、應(yīng)用型、協(xié)作性、互動(dòng)性和基于問(wèn)題等優(yōu)勢(shì)，能夠幫助學(xué)生在已有認(rèn)知和新發(fā)現(xiàn)之間創(chuàng)設(shè)一個(gè)自由大碰撞的平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。從建構(gòu)主義的角度來(lái)說(shuō)，若新發(fā)現(xiàn)沒(méi)有改變?cè)姓J(rèn)知結(jié)構(gòu)，即被“同化”;若改變了原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，即為“順應(yīng)”。兒童的認(rèn)知結(jié)構(gòu)就是在同化與順應(yīng)的過(guò)程中逐步建構(gòu)起來(lái)的，并在“平衡—不平衡—新的平衡”的循環(huán)中不斷豐富、提高和發(fā)展。STEM策略無(wú)疑對(duì)學(xué)生的建構(gòu)過(guò)程起到了極大的推動(dòng)作用，我們這里將其比作“建構(gòu)的助推器”。

因此，對(duì)于小學(xué)科學(xué)教師來(lái)說(shuō)，將基于建構(gòu)主義的STEM理念融入小學(xué)科學(xué)課堂，是一個(gè)新的方向。下面，我以所教授的《爭(zhēng)當(dāng)電學(xué)小博士》一課為例，闡述如何采用STEM策略進(jìn)行小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)。

二、建構(gòu)主義下的STEM策略融入小學(xué)科學(xué)課的模型

在教科版科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)《電》這一單元中，《導(dǎo)體和絕緣體》是一節(jié)基礎(chǔ)課，《爭(zhēng)當(dāng)電學(xué)小博士》是由其衍生的拓展課，它以《導(dǎo)體和絕緣體》的概念和經(jīng)驗(yàn)作為學(xué)習(xí)的先行組織者，圍繞“水是導(dǎo)體嗎”“人體是導(dǎo)體嗎”“撰寫《家庭用電安全指南》”三個(gè)模塊進(jìn)行展開(kāi)，依托的網(wǎng)絡(luò)資源是平板電腦上的百度搜索引擎和“全景課堂”學(xué)習(xí)平臺(tái)。全班共48人，分成8個(gè)小組。

模塊一中，每組同學(xué)針對(duì)“水能否導(dǎo)電”這一主題上網(wǎng)檢索信息，搜集資料，再和全班同學(xué)交流分享。把全班8個(gè)小組的代表發(fā)言匯總后，大家搜集到的信息來(lái)源可以歸納為以下兩方面：①百度搜索;②社會(huì)新聞。對(duì)于四年級(jí)的小學(xué)生來(lái)說(shuō)，百度搜索到的信息遙遠(yuǎn)而模糊，如“離子”“電離”等，這些抽象概念和他們?cè)械闹R(shí)儲(chǔ)備并沒(méi)有直接聯(lián)系;而社會(huì)新聞給出的信息更為直觀具體。在感性思維和理性思維的博弈中，感性思維暫時(shí)占據(jù)上風(fēng)，促使孩子們更愿意去相信這些看上去、聽(tīng)上去更為“可靠”的信息，因此有28個(gè)學(xué)生選擇的觀點(diǎn)是“導(dǎo)電”;有12個(gè)學(xué)生服從權(quán)威，更愿意相信來(lái)自百度搜索的信息“純水不導(dǎo)電”，判斷“不導(dǎo)電”;有8個(gè)學(xué)生表示無(wú)法判斷。

在科學(xué)課上，當(dāng)群體意見(jiàn)出現(xiàn)分歧時(shí)，實(shí)驗(yàn)就成了檢驗(yàn)合理性的必要手段。帶著疑問(wèn)，學(xué)生開(kāi)始動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的電路檢測(cè)器由1.5V電池、小燈泡和導(dǎo)線組裝而成，在兩個(gè)鱷嘴夾之間接入一杯自來(lái)水，具體實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖5所示，小燈泡沒(méi)有亮。全班學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次判斷。這一次，有38人選擇了“不導(dǎo)電”。在本次判斷中，直觀現(xiàn)象和已有的“不能點(diǎn)亮電路檢測(cè)器的物體為絕緣體”這一經(jīng)驗(yàn)是孩子們做出判斷的主要依據(jù)。

至此，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：“既然實(shí)驗(yàn)證明自來(lái)水不導(dǎo)電，那為什么會(huì)有圖3中‘浴室母子觸電身亡的新聞報(bào)道呢？”隨后，學(xué)生分小組討論，匯總出“小燈泡不亮，一定是因?yàn)殡娐分袥](méi)有電流流過(guò)嗎？有沒(méi)有其他原因呢”“會(huì)不會(huì)是電路檢測(cè)器不能檢驗(yàn)自來(lái)水的導(dǎo)電性”等問(wèn)題。在教師的啟發(fā)下，學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，查找其他的檢驗(yàn)手段，如“電流放大器”“電流表”等。

此外，教師還拿出銅片、鐵釘、布片和驗(yàn)電球，讓學(xué)生自己摸索驗(yàn)電球接入外界物體后發(fā)生的現(xiàn)象。通過(guò)觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：驗(yàn)電球未接任何材料時(shí)，不發(fā)光;銅片和鐵釘是導(dǎo)體，連接驗(yàn)電球后，驗(yàn)電球發(fā)出紅色的光;布片是絕緣體，連接驗(yàn)電球后，驗(yàn)電球不發(fā)光。接下來(lái)，學(xué)生用新學(xué)到的方法對(duì)自來(lái)水進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)電球燈亮。具體現(xiàn)象如圖7、圖8所示。

第三次判斷的情況和前兩次相比，出現(xiàn)了明顯的“跳票”現(xiàn)象，大多數(shù)學(xué)生根據(jù)最新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出判斷“水能導(dǎo)電”。經(jīng)過(guò)三次判斷，孩子們發(fā)現(xiàn)，原來(lái)檢驗(yàn)手段不是永遠(yuǎn)都有效，要多試幾種方法，得出的結(jié)論才更可靠。

此時(shí)，教師發(fā)問(wèn)：“自來(lái)水導(dǎo)電，是不是意味著所有類型的水都能導(dǎo)電？為什么幾次判斷的情況有那么大的差別呢？”

學(xué)生再次搜集并匯總信息，對(duì)“水”進(jìn)行了分類，然后發(fā)現(xiàn)“水是導(dǎo)體嗎”這個(gè)問(wèn)題本身就不明確，沒(méi)有指明是哪種水，因此，第四次判斷時(shí)，大多數(shù)學(xué)生選擇了“無(wú)法判斷”。

至此，第一模塊學(xué)習(xí)完畢。通過(guò)本模塊的學(xué)習(xí)和四次判斷，學(xué)生了解了信息獲取的渠道和篩選方法，學(xué)習(xí)了一種以上的檢驗(yàn)手段，順應(yīng)了已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，積累了判斷導(dǎo)體和絕緣體的方法。這就是學(xué)生自主建構(gòu)的過(guò)程。這個(gè)模型，可以在融合信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，作為典型模板應(yīng)用于探究式的小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)。

在此基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)第二模塊“人體是導(dǎo)體嗎”進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，流程如圖13所示。本模塊意在鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)對(duì)知識(shí)的正向遷移。

經(jīng)過(guò)前兩個(gè)模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生在熟練掌握知識(shí)和方法論的基礎(chǔ)上開(kāi)始應(yīng)用。教師及時(shí)設(shè)問(wèn)：“既然自來(lái)水和人體都能導(dǎo)電，那么在家庭用電過(guò)程中，我們要注意哪些問(wèn)題？結(jié)合深圳市最近的溫度高、濕度大等天氣特點(diǎn)，你有什么好的建議呢？”讓學(xué)生分小組討論并完成相關(guān)練習(xí)。思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)如圖14所示。

三、給今后工作帶來(lái)的啟示

通過(guò)上述課題，我們不難發(fā)現(xiàn)，STEM教育具有“無(wú)邊界性”，打破了傳統(tǒng)意義上的“課上”與“課下”、“校內(nèi)”與“校外”兩條涇渭分明的分界線。學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和學(xué)校購(gòu)買的學(xué)習(xí)平臺(tái)，課前根據(jù)教師制定的方案導(dǎo)學(xué)，消除對(duì)新知識(shí)的陌生感，提升對(duì)新課程的學(xué)習(xí)興趣;課上利用“全景課堂”這一學(xué)習(xí)平臺(tái)查閱、分享、評(píng)價(jià)，最大限度地發(fā)動(dòng)自主建構(gòu)的積極性，樂(lè)在其中;課后根據(jù)自己的興趣繼續(xù)深入學(xué)習(xí)、自主探究。STEM策略將“課前”“課上”“課后”這三個(gè)階段有機(jī)地結(jié)合在一起，讓孩子們可以隨時(shí)隨地開(kāi)展學(xué)習(xí)。

建構(gòu)主義下的STEM教育為培養(yǎng)學(xué)生的人文情懷、拓展學(xué)生的視野和培育孩子終身學(xué)習(xí)能力提供了一種可能。較之傳統(tǒng)的科學(xué)課，STEM策略將提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和信息素養(yǎng)結(jié)合在一起，將科學(xué)教育和素質(zhì)教育從“師生授受”轉(zhuǎn)向了“學(xué)生自主建構(gòu)”;將單一扁平的“知識(shí)”變成多維立體的“智慧”;將“知識(shí)點(diǎn)”的學(xué)習(xí)提升為“方法論”的踐行;將“非對(duì)即錯(cuò)”的總結(jié)性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為“精益求精”的形成性評(píng)價(jià);將個(gè)別學(xué)生對(duì)資源的“獨(dú)占”演化成全班孩子的“分享”;將“階段性學(xué)習(xí)”發(fā)展成“終身學(xué)習(xí)”;將“自主建構(gòu)知識(shí)體系”升華為“自主建構(gòu)學(xué)習(xí)觀”。為此，政府、學(xué)?？梢栽黾淤Y金支持和技術(shù)扶持，為學(xué)校配備相關(guān)的人員和設(shè)施，鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)新的課程資源，為實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主建構(gòu)提供必要條件。