STEM視角下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)研究

顧曉軍 鄭靚

摘 ?要：21世紀(jì)科技高速發(fā)展，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，人們對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)和關(guān)注度隨之提升，社會(huì)發(fā)展對(duì)STEM人才的需求面越來(lái)越寬，所謂STEM就是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學(xué)（Mathematics）。當(dāng)前，我國(guó)具有STEM能力的人才需求不斷增長(zhǎng)，為增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，提升科學(xué)綜合發(fā)展，我國(guó)政府與教育部門(mén)對(duì)科學(xué)教學(xué)提供了大力支持，從小學(xué)抓起，以培育更多STEM人才。本文以小學(xué)科學(xué)教學(xué)為主線，引入STEM教學(xué)新體系，從綜合方面提升學(xué)生對(duì)STEM的興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：STEM;小學(xué)科學(xué);教學(xué)研究

Stem教育在國(guó)際上已備受關(guān)注，但在中國(guó)發(fā)展較為滯后，處于初級(jí)階段。2016年中國(guó)教育部出臺(tái)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》首次提出stem教育模式。2017版的《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在教學(xué)建議中提出：“倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式”。即使在中國(guó)的發(fā)達(dá)地區(qū)，stem教育也并沒(méi)有進(jìn)入常態(tài)的課程與教學(xué)中。目前stem教育還僅局限于少量的創(chuàng)客教育和非正式教育中。而在學(xué)校科學(xué)課程層面，教師對(duì)stem教育的了解少之又少，甚至很多教師都沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)stem或steam教育，更不要說(shuō)去開(kāi)展了。

2017版的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出：“倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式?？茖W(xué)（science）、技術(shù)（technology）、工程（engine）與數(shù)學(xué)（math），即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)地融為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。科學(xué)教師可以嘗試運(yùn)用于自己的教學(xué)實(shí)踐。”但由于種種原因，學(xué)校在課程設(shè)置、教材開(kāi)發(fā)、資源建設(shè)、師資培訓(xùn)以及學(xué)習(xí)空間建設(shè)等方面都很欠缺，我們很有必要將stem教育理念融入科學(xué)教學(xué)中，以提高學(xué)生的綜合科學(xué)素質(zhì)。

一、STEM教育視野下的科學(xué)課程的設(shè)計(jì)

1.利用優(yōu)秀課利

研究國(guó)際上已有的stem優(yōu)秀課例，可以挑選一些適合學(xué)校開(kāi)展的課例加以利用例如：現(xiàn)在流行的3D打印，計(jì)算機(jī)編程，樂(lè)高機(jī)器人項(xiàng)目等。但對(duì)于農(nóng)村學(xué)校來(lái)說(shuō)，由于經(jīng)濟(jì)條件、學(xué)校場(chǎng)地和教學(xué)器材等的限制無(wú)法開(kāi)展項(xiàng)目。但是我們可以挑選直接引用像《制作微型雪橇》這樣的stem優(yōu)秀課例，這些課例運(yùn)用stem跨學(xué)科學(xué)習(xí)理念，設(shè)計(jì)制作雪橇的活動(dòng)，探索紙板、木板等不同材料對(duì)雪橇性能的影響。

2.對(duì)課例進(jìn)行優(yōu)化

根據(jù)學(xué)校當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況對(duì)現(xiàn)有課例進(jìn)行改造，改造成可以實(shí)際操作的stem課例，嘗試?yán)每茖W(xué)課時(shí)間開(kāi)展stem案例的實(shí)踐研究。比如科教版的四年級(jí)課文《做一個(gè)指南針》《食品包裝上的信息》五年級(jí)的《做個(gè)太陽(yáng)能熱水器》等。特別是六年級(jí)《橋》的教學(xué)設(shè)計(jì)：我們可以引導(dǎo)學(xué)生利用身邊的吸管、報(bào)紙、紙板、膠帶等便宜又好找的材料，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)造橋方案，合作制造紙橋梁，然后進(jìn)行測(cè)量記錄和承重計(jì)算，最后進(jìn)行大比拼和互相點(diǎn)評(píng)。在這樣的課例中，工程問(wèn)題被重申，學(xué)生一起判斷解決各個(gè)工程環(huán)節(jié)時(shí)需要什么，他們勾勒出計(jì)劃之后，就可以通過(guò)工程過(guò)程來(lái)有邏輯地解決問(wèn)題。

3.根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)?，F(xiàn)有的資源自己設(shè)計(jì)新的stem課例

2017版的《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“學(xué)具的設(shè)計(jì)，應(yīng)為學(xué)生提供手腦并用、解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)。學(xué)生身邊易獲取、成本低的材料是科學(xué)探究的首選學(xué)具，它是對(duì)正規(guī)生產(chǎn)的學(xué)具的必要補(bǔ)充，鼓勵(lì)教師收集和自制學(xué)具，為學(xué)生的探究活動(dòng)提供物質(zhì)條件?！崩纾恨r(nóng)村地區(qū)，經(jīng)濟(jì)落后，但自然資源豐富，各種材料可以充分被利用，如因地制宜開(kāi)展植物種植，動(dòng)物觀察等stem活動(dòng)非常容易，特別是像開(kāi)展材料、結(jié)構(gòu)、植物解剖等活動(dòng)。如：利用農(nóng)村易獲取的材料蘿卜和竹簽建高塔，研究結(jié)構(gòu)學(xué)，學(xué)生利用科學(xué)知識(shí)，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，技術(shù)規(guī)劃和數(shù)學(xué)立體建模搭建高塔。這樣有趣的活動(dòng)可以激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神。

4.將stem理念滲透在平時(shí)的教學(xué)中

特別是在小學(xué)低年級(jí)的教學(xué)中，由于學(xué)生的認(rèn)知水平、動(dòng)手能力的限制，許多課例不可能完全將stem理念運(yùn)用于每一個(gè)課例之中。但我們可以將跨學(xué)科理念融合于教學(xué)中。stem教育具有情境性特征，它不是教授學(xué)生孤立、抽象地學(xué)習(xí)知識(shí)，而強(qiáng)調(diào)把知識(shí)抽提并作用于豐富的生活，讓學(xué)生獲得將知識(shí)進(jìn)行情境化應(yīng)用的能力，同時(shí)能夠理解和辨識(shí)不同情境，根據(jù)知識(shí)所處背景辨識(shí)問(wèn)題本質(zhì)，并靈活解決問(wèn)題。

5.提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)

以stem理念開(kāi)展的科學(xué)活動(dòng)，整合了學(xué)生所學(xué)的各類(lèi)知識(shí)，打破了學(xué)科界限，充分挖掘?qū)W生的個(gè)性潛能，為學(xué)生提供了多元發(fā)展的路徑和空間，開(kāi)闊了學(xué)生眼界，陶冶了學(xué)生情操，發(fā)展了學(xué)生特長(zhǎng)。例如：學(xué)校開(kāi)展科學(xué)節(jié)，讓學(xué)生展示他們的科學(xué)發(fā)明，科學(xué)作品等，有效補(bǔ)充課堂教學(xué)的不足。

二、小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐 ——以《快遞薯片》一課為例

不管哪種整合取向，都強(qiáng)調(diào)整合后是否促進(jìn)和優(yōu)化現(xiàn)有的科學(xué)教學(xué)?！犊爝f薯片》一課，正是工程框架型的科學(xué)-工程整合的一次嘗試。

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境

STEM整合教育強(qiáng)調(diào)解決實(shí)際問(wèn)題，真實(shí)的問(wèn)題情境有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

《快遞薯片》一課，以《一封來(lái)自薯片公司的郵件》為引子，將學(xué)生置身于真實(shí)情境中，明確挑戰(zhàn)任務(wù)：產(chǎn)品要滿足“有效、簡(jiǎn)單、實(shí)惠的包裝方式”。面對(duì)薯片公司的求助，學(xué)生顯得躍躍欲試、義不容辭。“哇！我能為公司設(shè)計(jì)產(chǎn)品！”，“我能為公司解決問(wèn)題！”……在這樣的真實(shí)情境下，容易點(diǎn)燃學(xué)生的興奮點(diǎn)。

2 明確需求，設(shè)計(jì)產(chǎn)品

“如何防止薯片在快遞中破碎”這就涉及到產(chǎn)品包裝問(wèn)題。老師引導(dǎo)學(xué)生明確包裝要求“有效”——完好無(wú)損，“簡(jiǎn)單”——方法簡(jiǎn)單，“實(shí)惠”——成本控制。小組完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案并作圖。四年級(jí)學(xué)生經(jīng)歷“需求分析——設(shè)計(jì)產(chǎn)品”這樣的過(guò)程，對(duì)后續(xù)的產(chǎn)品制作以及測(cè)試，改進(jìn)都有很重要的作用。這是一個(gè)謀劃的過(guò)程，要站在廠家、快遞、顧客等等不同角度考慮，這也是全局觀和整體思維的鍛煉。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，權(quán)衡有效、簡(jiǎn)單、實(shí)惠三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)材料選擇也要做到成本控制，產(chǎn)品的最優(yōu)化。設(shè)計(jì)過(guò)程中，小組內(nèi)有不同意見(jiàn)，需要討論、決定，有學(xué)生要堅(jiān)持自己的想法，有學(xué)生要放棄自己的想法，合作精神也悄然而生。

3.包裝時(shí)各顯神通

《快遞薯片》一課的亮點(diǎn)之一在于要進(jìn)行真實(shí)的包裝，而不是制作模型。這更調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。當(dāng)然，有了細(xì)致的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，包裝起來(lái)也就容易很多。教師還根據(jù)實(shí)際情況，跟學(xué)生商定10分鐘完成包裝。果然，絕大部分小組都能按時(shí)完成。雖然小小的時(shí)間限定，背后也潛藏了執(zhí)教者精心的設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備。

4.多重挑戰(zhàn)，迎接測(cè)試

薯片打好包，緊張的測(cè)試環(huán)節(jié)要迎接震動(dòng)和跌落挑戰(zhàn)。當(dāng)看到自己小組的包裝箱被“測(cè)試員”各種強(qiáng)度的8次“震動(dòng)”和3次高處“跌落”時(shí)，好多同學(xué)，情不自禁地發(fā)出心疼、驚訝的聲音，生怕自己小組的包裝禁受不住高強(qiáng)度的測(cè)試，可謂激動(dòng)人心。尤其在開(kāi)箱“驗(yàn)貨”時(shí)，學(xué)生的迫切、激動(dòng)和小心翼翼盡顯無(wú)遺。

5.綜合評(píng)價(jià) 揭示奧秘

快遞薯片已完成，但是課堂還沒(méi)有結(jié)束，教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注設(shè)計(jì)方案，共同發(fā)現(xiàn)快遞時(shí)要保護(hù)好產(chǎn)品的包裝秘密。

三、結(jié)語(yǔ)

stem理念的小學(xué)科學(xué)課堂，強(qiáng)調(diào)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)、團(tuán)隊(duì)合作，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)結(jié)果的開(kāi)放及對(duì)創(chuàng)新的鼓勵(lì)，最終達(dá)到知識(shí)的融合與能力的提升。除了科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)及工程素養(yǎng)的提升外，學(xué)生還將獲得適應(yīng)能力、社會(huì)交流能力、自我管理能力等社會(huì)情緒能力的發(fā)展。Stem理念下的小學(xué)科學(xué)課教學(xué)設(shè)計(jì)將大有可為。

參考文獻(xiàn)

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