基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

王傳井

STEM教育打破傳統(tǒng)的教育模式強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科、多課程的交叉融合，對(duì)比傳統(tǒng)教育，STEM教育更符合現(xiàn)人才培養(yǎng)的要求。STEM教育的特點(diǎn)是以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的形式，采用跨學(xué)科、多學(xué)科融合的一種教育方式，讓學(xué)生利用所學(xué)的多學(xué)科知識(shí)，從而具有很高綜合性的項(xiàng)目。在項(xiàng)目進(jìn)行過程中進(jìn)一步提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

一、STEM教育價(jià)值在小學(xué)科學(xué)課程中的展現(xiàn)

小學(xué)科學(xué)課程中包含的內(nèi)容非常的廣泛，是學(xué)生們非常重要的基礎(chǔ)性學(xué)科。但是內(nèi)容多、知識(shí)復(fù)雜的課程就被編排成一個(gè)個(gè)專題性很強(qiáng)的單元，這些單元切斷了與其他學(xué)科的聯(lián)系，加大了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的困難。這些都使學(xué)生的主動(dòng)探究機(jī)會(huì)越來(lái)越少，極大打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

STEM教育理念是使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，從解決問題方案的設(shè)計(jì)到制作出相應(yīng)的科技產(chǎn)品，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)理化的興趣。小學(xué)科學(xué)課程與STEM教育的相結(jié)合能夠使學(xué)生更好的開展探究性學(xué)習(xí)，STEM教育可以補(bǔ)充科學(xué)課程中的一些不足。

二、STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)課程的融合

我國(guó)的教育情況和課程都存在著自己獨(dú)有的特點(diǎn)，因此教師要結(jié)合科學(xué)課程特點(diǎn)，以及了解學(xué)生的認(rèn)知水平、創(chuàng)造能力不斷的對(duì)科學(xué)課程中的STEM教育進(jìn)行深度挖掘和探究。現(xiàn)以案例《設(shè)計(jì)制作小賽車》予以說(shuō)明。

1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介

《設(shè)計(jì)制作小賽車》與STEM課程設(shè)計(jì)的核心理念與目標(biāo)非常的契合，利用科學(xué)課程中多單元知識(shí)，能夠進(jìn)行深入的實(shí)踐和自由探索，把設(shè)計(jì)制作小賽車課程內(nèi)容開發(fā)為最終解決問題的一系列的探究項(xiàng)目活動(dòng)。因此開發(fā)設(shè)計(jì)了《設(shè)計(jì)制作小賽車》項(xiàng)目活動(dòng)，有針對(duì)性地指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)、體驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程，利用所學(xué)的知識(shí)解決問題的科學(xué)素養(yǎng)。

2.課程介紹

（1）課程概況

本次活動(dòng)則是運(yùn)用已有知識(shí)，通過通過設(shè)計(jì)賽車任務(wù)的驅(qū)動(dòng)，發(fā)展提升綜合探究應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、解決問題能力和交流表達(dá)能力。

（2）核心問題

學(xué)生需要在賽車設(shè)計(jì)任務(wù)的限制下使用合適的實(shí)驗(yàn)材料來(lái)設(shè)計(jì)制作。要求學(xué)生在規(guī)定的任務(wù)要求下，經(jīng)歷討論交流選擇合適的材料、賽車動(dòng)力的選擇、摩擦力對(duì)賽車行駛距離的影響、賽車的設(shè)計(jì)創(chuàng)新等，整理思路后提出可行性的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)歷設(shè)計(jì)、技術(shù)制作和交流，最后進(jìn)行賽車比賽、評(píng)價(jià)的過程。該項(xiàng)目在限定的條件下為“小工程師”提供豐富的想象力和創(chuàng)造性空間，發(fā)展鍛煉了學(xué)生克服困難解決問題的能力。

本項(xiàng)目利用STEM教學(xué)理念融合多學(xué)科知識(shí)，同時(shí)也利用了科學(xué)課中不同主題單元的知識(shí)。在設(shè)計(jì)制作一個(gè)小賽車的任務(wù)下，學(xué)生使用合適的動(dòng)力材料，計(jì)算設(shè)計(jì)賽車所需要的數(shù)據(jù)（數(shù)學(xué)）;選擇不同的材料，思考增大賽車的動(dòng)力、延長(zhǎng)動(dòng)力作用于小賽車的時(shí)間、摩擦力的影響（科學(xué)）;小組合作、查閱資料設(shè)計(jì)賽車簡(jiǎn)圖（工程）;依據(jù)賽車設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖完善制作步驟，用合適的方法制作賽車（技術(shù)）。

3.課程方案

（1）學(xué)情分析

小學(xué)5年級(jí)的學(xué)生已經(jīng)掌握了一些知識(shí)與能力，例如：掌握了增大和減少摩擦力的方法，初步了解賽車等機(jī)械的主要組成成份、結(jié)構(gòu);知道設(shè)計(jì)包括一系列步驟，完成一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)需要分工與合作以及考慮外部因素;了解科學(xué)探究的過程步驟，制定簡(jiǎn)單的探究計(jì)劃并實(shí)施;有控制變量的思想、用比較科學(xué)的方式記錄整理信息;能夠解釋結(jié)論交流并反思、評(píng)價(jià)、改進(jìn)。美術(shù)方面：具有簡(jiǎn)單的繪畫技能;能夠畫出簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)。數(shù)學(xué)方面：了解簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)收集、整理、分析的過程以及數(shù)據(jù)處理的方法。工程方面：清楚工程設(shè)計(jì)流程及步驟。

（2）學(xué)習(xí)者分析

小學(xué)5年級(jí)的學(xué)生年知發(fā)展齡大致在10-12歲，根據(jù)皮亞杰的認(rèn)理論：部分學(xué)生可以對(duì)抽象性的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行思考，使用系統(tǒng)化的邏輯解決問題，而且該階段的學(xué)生處于小學(xué)中高年級(jí)，想象力和創(chuàng)造力豐富、好奇心強(qiáng)、具有一定的動(dòng)手能力，這就使得整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)采用基于項(xiàng)目的形式、小組合作、探究的教學(xué)策略成為可能。

在前七課中學(xué)生在研究運(yùn)動(dòng)的過程中學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)了各種力。設(shè)計(jì)制作小賽車要求學(xué)生從動(dòng)力材料的選擇、小賽車制作的數(shù)據(jù)計(jì)算、車身外形設(shè)計(jì)制作等知識(shí)的角度思考、達(dá)成目標(biāo)，還是對(duì)其綜合應(yīng)用能力的一次挑戰(zhàn)。

（3）課程目標(biāo)

經(jīng)歷查閱資料了解賽車設(shè)計(jì)的基本步驟，根據(jù)任務(wù)要求選擇合適的材料并設(shè)計(jì)賽車草圖，經(jīng)過不斷修改完善完成小賽車的制作。利用科學(xué)課程中不同單元知識(shí)及跨學(xué)科知識(shí)的融合，提高學(xué)生利用科學(xué)知識(shí)的能力，使學(xué)生學(xué)以致用。

（4）設(shè)計(jì)理念

本課程的教學(xué)設(shè)計(jì)思路是以“設(shè)計(jì)制作小賽車”為核心，以課堂情境的創(chuàng)設(shè)和解決問題完成任務(wù)的探究活動(dòng)，為學(xué)生提供了發(fā)展平臺(tái)?；陧?xiàng)目學(xué)習(xí)這種教學(xué)模式尤其有助于STEM的跨學(xué)科整合。

（5）設(shè)計(jì)思路

活動(dòng)階段第一階段：激趣導(dǎo)入、任務(wù)目標(biāo)、查閱資料完成設(shè)計(jì)（第1課時(shí)）;方案設(shè)計(jì)第二階段：小組合作、完成小賽車的制作并不斷完善（第2課時(shí)）;評(píng)比比賽第三階段：賽車展示、多面評(píng)價(jià)、小賽車行駛距離大比試評(píng)比頒獎(jiǎng)（第3課時(shí)）。

4.反思

（1）成效和經(jīng)驗(yàn)

在整個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生制作小賽車的過程中經(jīng)歷了用科學(xué)知識(shí)和工程技術(shù)思維。在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生經(jīng)歷了分析問題、查閱資料、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖等過程，課本聯(lián)系生活實(shí)際學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)在這個(gè)過程中都是已經(jīng)在其他學(xué)科中學(xué)過的知識(shí)，從而把知識(shí)與問題聯(lián)系起來(lái)。以小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)為核心，聯(lián)系科學(xué)教材中多單元的知識(shí)，結(jié)合STEM教育理念，將科學(xué)多單元的知識(shí)融合到一個(gè)項(xiàng)目中，運(yùn)用多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識(shí)，在探究活動(dòng)中不斷改進(jìn)，學(xué)生的應(yīng)用整合能力得到鍛煉。

（2）存在問題

學(xué)生在剛開始時(shí)有很多的想法，但是有些是天馬行空不切實(shí)際的，但是經(jīng)過小組討論和系統(tǒng)的分析后，學(xué)生思路逐漸成熟，并漸漸形成了自己小組獨(dú)特的設(shè)計(jì)風(fēng)格?！百愜嚂?huì)”后進(jìn)行了小組間的評(píng)價(jià)，通過不斷改進(jìn)，賽車更加趨于完善。

（3）展望

小學(xué)科學(xué)課程涉及多領(lǐng)域、多學(xué)科的內(nèi)容，知識(shí)比較繁雜。在教材的編寫的過程中只能編成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的單元，這就切斷了科學(xué)知識(shí)的聯(lián)系?？茖W(xué)教師應(yīng)善于發(fā)現(xiàn)這些單元的這根線結(jié)合STEM教育理念，加強(qiáng)知識(shí)的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生整合多學(xué)科、多知識(shí)的能力，全面培養(yǎng)學(xué)生促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。