STEAM教育理念下培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的策略探究

宗若燦　楊成鐸

摘要：近年來STEAM課程因其倡導(dǎo)問題解決驅(qū)動的跨學(xué)科教育，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、設(shè)計能力、實(shí)踐能力，受到我國教育界的普遍重視。小學(xué)科學(xué)以探究為主要的學(xué)習(xí)方式，注重跨學(xué)科知識的融合，這些正是STEAM教育的精髓。在課堂教學(xué)中，教師要創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境，樹立先進(jìn)的教學(xué)理念，實(shí)施多樣化的學(xué)習(xí)方式，把STEAM理念真正落實(shí)到教育實(shí)踐之中。

關(guān)鍵詞：小學(xué)科學(xué);STEAM教育;探究能力;教學(xué)策略

STEAM是一種融入科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）五種教育的綜合性教育，它不是把知識進(jìn)行簡單的疊加，而是圍繞一個問題或項目，靈活地運(yùn)用多學(xué)科知識解決真實(shí)的問題。STEAM教育是一種倡導(dǎo)跨學(xué)科的實(shí)踐教育，它是基于真實(shí)問題解決的探究性學(xué)習(xí)，也是基于設(shè)計的實(shí)踐性學(xué)習(xí)。STEAM教育力求引導(dǎo)學(xué)生以真實(shí)問題解決為任務(wù)驅(qū)動，通過多學(xué)科知識與多學(xué)科思維，在具體的實(shí)踐活動中創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題。

在教育實(shí)踐中，小學(xué)科學(xué)學(xué)科應(yīng)以探究性學(xué)習(xí)為主，注重在探究活動中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、問題解決能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、信息素養(yǎng)，這與STEAM教育理念高度一致。把科學(xué)教學(xué)與STEAM教育進(jìn)行深度融合是一線教師需要思考的問題。據(jù)2017年3月由教育部教育管理信息中心、北京師范大學(xué)聯(lián)合北京國信世教信息技術(shù)研究院共同撰寫發(fā)布的《中國STEAM教育發(fā)展報告》中數(shù)據(jù)顯示（見圖1），現(xiàn)階段小學(xué)開設(shè)的STEAM課程學(xué)習(xí)方式較為單一，主要以探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)為主，而項目式學(xué)習(xí)、基于問題的學(xué)習(xí)、基于設(shè)計的學(xué)習(xí)較前兩種方式來說占比相對較少，單一的學(xué)習(xí)方式限制了學(xué)生動手解決問題能力的發(fā)展。因此，科學(xué)教師要尋求多種方法，豐富教學(xué)策略，提高課堂教學(xué)實(shí)效。

一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題

著名教育家陶行知說：“創(chuàng)造始于問題，有了問題才會思考，有了思考，才有解決問題的方法，才有找到獨(dú)立思路的可能?！盨TEAM教育是一種探究性學(xué)習(xí)活動，只有引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題，才能充分調(diào)動學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的探究熱情。STEAM教育的問題應(yīng)該是生活情境中的真實(shí)問題，問題只有與學(xué)生的生活實(shí)際相聯(lián)系，才能使學(xué)生感受到探究的價值，體驗到探究的樂趣。

例如，在“太陽鐘”一課的教學(xué)中，學(xué)生根據(jù)影子的變化規(guī)律，在木板上垂直插入一根竹簽，制作成一個簡單的牛頓鐘，然后將牛頓鐘平放到操場上，于整點(diǎn)時刻畫出竹簽的影子，并標(biāo)記上對應(yīng)的時間。經(jīng)過連續(xù)幾天的檢測，學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己制作的牛頓鐘計時十分準(zhǔn)確。在學(xué)生在歡呼雀躍時，我繼續(xù)提出問題：三個月后我們再來核查，牛頓鐘的計時是準(zhǔn)確的嗎？學(xué)生們大惑不解。

三個月后，學(xué)生帶著制作的牛頓鐘再次來到操場上核查牛頓鐘的計時。當(dāng)學(xué)生看到此時牛頓鐘與標(biāo)準(zhǔn)時間竟然相差了二十多分鐘，都感到十分意外。在學(xué)生百思不得其解時，我引導(dǎo)學(xué)生將牛頓鐘南側(cè)向上抬起一定的角度再進(jìn)行觀察。

學(xué)生操作之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)牛頓鐘南側(cè)向上抬起到一個角度時，它的計時依然十分準(zhǔn)確。這是為什么？學(xué)生紛紛陷入了深思。經(jīng)過啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生最終解開了其中的秘密，并根據(jù)其中的原理，再次制作出了一個計時準(zhǔn)確的工具——日晷（赤道式日晷）。

二、樹立先進(jìn)教學(xué)理念，提高學(xué)生探究熱情

STEAM教育重視學(xué)生主動參與探究過程，強(qiáng)調(diào)在實(shí)踐活動中讓學(xué)生獲得真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗，使學(xué)生在學(xué)習(xí)體驗中有效探究、深層思考。

（一）在玩中學(xué)，激發(fā)學(xué)生的興趣

興趣是最好的老師，只有激發(fā)學(xué)生在STEAM教育活動中的探究興趣，學(xué)生才能以飽滿的熱情和堅韌的毅力進(jìn)行深入研究。在STEAM教育中，教師要最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和探究興趣，使學(xué)生想要探究、樂于探究。在玩中學(xué)，“玩”是有目的、有引導(dǎo)、有針對性地“玩”，能夠使學(xué)生在玩的活動中深入學(xué)習(xí)，提高思維技巧，提升探究能力。

在“葉和花”一課教學(xué)中，教師組織學(xué)生到操場上采摘各種樹木的葉片，學(xué)生看到秋色正濃的校園風(fēng)光時興奮不已，紛紛行動起來。學(xué)生采摘完樹葉后，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察各種樹葉的差異。經(jīng)過對比，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這些樹葉的葉形、葉序、葉脈等都存在著差異。經(jīng)過師生的共同研究，學(xué)生將這些樹葉按照葉形和葉序進(jìn)行分類。通過深入探究，學(xué)生掌握了各種葉形和葉序的特征，并將那些有特點(diǎn)的葉片制作成葉脈畫、葉脈書簽、葉貼畫等。最后，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生繪制出了校園植物圖譜。

（二）在差異中尋發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生有效探究

STEAM課程倡導(dǎo)開展開放式的學(xué)習(xí)活動，對于不同層次的學(xué)生，教師需要進(jìn)行個別化指導(dǎo)，同時為學(xué)生呈現(xiàn)的探究資源（實(shí)驗材料、學(xué)習(xí)型課件、微視頻教學(xué)）也要有層次性，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、能力、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、探究能力，自主選擇合適的學(xué)習(xí)資源。

在“做個太陽能熱水器”一課教學(xué)中，教師要求學(xué)生做一個太陽能熱水器，并將200毫升水的溫度在15分鐘內(nèi)盡可能地升上去。這是一個開放式的探究活動，學(xué)生不僅要考慮吸熱與物體顏色、太陽光照射角度的關(guān)系，還要考慮太陽能熱水器的材料選取、保溫效果、制作成本、外形美觀程度等。學(xué)生在設(shè)計出太陽能熱水器的草圖后，教師組織學(xué)生進(jìn)行制作，并在評比后組織獲勝組介紹自己的設(shè)計原理。整個探究活動，調(diào)動了學(xué)生的參與熱情，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，使不同層次的學(xué)生都獲得了不同程度的發(fā)展。

（三）在疑難處點(diǎn)撥，激活學(xué)生的科學(xué)思維

STEAM教育的目的之一是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。問題的解決離不開學(xué)生的科學(xué)思維，因此在探究活動中要努力提高學(xué)生的辯證思維能力，使學(xué)生全面、動態(tài)地分析、解決問題。學(xué)生在進(jìn)行探究活動過程中，必然會遇到各種困難，此時教師要在疑難處給予學(xué)生必要的引導(dǎo)、點(diǎn)撥，激活學(xué)生的科學(xué)思維，使不同學(xué)習(xí)背景、知識水平的學(xué)生在交流、討論的基礎(chǔ)上，思維能夠產(chǎn)生碰撞，相互取長補(bǔ)短。

在教學(xué)“太陽和影子”一課后，為了使學(xué)生深入理解太陽和影子之間的關(guān)系，教師引導(dǎo)學(xué)生成立“圭表”科學(xué)探究小組。在學(xué)生對二十四節(jié)氣充分了解的基礎(chǔ)上，教師指導(dǎo)學(xué)生利用材料制作圭表，學(xué)生進(jìn)行小組討論交流，制定探究計劃。之后，學(xué)生在每個節(jié)氣的正午12點(diǎn)，利用圭表記錄太陽的影子。經(jīng)過一年的跟蹤記錄，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了太陽高度角的變化規(guī)律。此時學(xué)生不禁產(chǎn)生了疑問：日影的長度變化與節(jié)氣之間有什么關(guān)系？教師與學(xué)生共同討論，得出“利用圭表可以測定回歸年，劃分二十四節(jié)氣”的結(jié)論。

在利用圭表測量回歸年和二十四節(jié)氣的過程中，學(xué)生掌握了正南方向的確定，理解了每個節(jié)氣的含義和確定方法，提升了自己的科學(xué)探究能力。

三、實(shí)施多種學(xué)習(xí)方式，深化學(xué)生探究能力

STEAM教育注重在實(shí)踐中進(jìn)行深入探究，教師要結(jié)合科學(xué)探究的特點(diǎn)，充分利用各種學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生進(jìn)行深度探究。

（一）在基于問題的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力

基于問題的學(xué)習(xí)，即構(gòu)建真實(shí)、有意義的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并在自主探究中綜合運(yùn)用所學(xué)知識，積極解決問題的一種學(xué)習(xí)方式。它是以學(xué)生自主解決問題為中心，其中問題是真實(shí)而非虛構(gòu)的，與學(xué)生的生活實(shí)際相聯(lián)系。可以說，問題是學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)的動力，學(xué)生圍繞問題展開思維，尋求解決問題的方法，從而提高解決問題的能力。

在教學(xué)“小水鐘”一課時，為了提高學(xué)生的探究能力和問題解決能力，教師要求學(xué)生制作一個能計時10分鐘的水鐘，用制作的水鐘計時并檢驗水鐘計時是否準(zhǔn)確，再找出影響水鐘計時準(zhǔn)確的因素。教師引導(dǎo)學(xué)生先設(shè)計制作方案，然后用自己帶來的塑料瓶制作水鐘。在進(jìn)行匯報時，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了許多問題：水鐘的刻度并不是均勻的;水流的速度并不是固定不變的，而是先快后慢;塑料瓶的形狀影響水流的速度，等等。

經(jīng)過充分討論，學(xué)生根據(jù)生病時靜脈輸液的經(jīng)歷，想到了可以用輸液滴漏器控制水流的速度。為了使水勻速流下來，必須保持液面高度不變。為了解決這一問題，學(xué)生制作了“多級受水型”漏壺。在中間一級壺的上方開一個開口，這樣就可以使上面流下來的過量水自動從開口流出去，保證了水位不變，從而保證水流的速度不變。

（二）在基于項目的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

基于項目的學(xué)習(xí)，即創(chuàng)設(shè)一個富有挑戰(zhàn)性的項目，引導(dǎo)學(xué)生充分利用各種資源，在精心設(shè)計、深度參與的基礎(chǔ)上，進(jìn)行長期開放探究的一種學(xué)習(xí)方式。它是以學(xué)生圍繞特定的項目主題為中心，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識在實(shí)踐中以創(chuàng)造產(chǎn)品的方式探究真實(shí)問題的解決辦法，從而提高創(chuàng)新能力。

在教學(xué)“怎樣得到更多的光和熱”一課后，學(xué)生對太陽能熱水器的傾斜角度產(chǎn)生了好奇，我便組織學(xué)生成立了科學(xué)探究小組，引導(dǎo)學(xué)生從多角度展開深入探究。在探究的初始階段，要設(shè)計對比實(shí)驗，找出“太陽能熱水器”傾斜角度是多少時水溫升高速度最快。第一組學(xué)生負(fù)責(zé)設(shè)計圖紙;第二組學(xué)生負(fù)責(zé)尋找材料;第三組學(xué)生負(fù)責(zé)制作熱水器;第四組學(xué)生負(fù)責(zé)測量、記錄;第五組學(xué)生負(fù)責(zé)測量二十四節(jié)氣的太陽高度角。第三組學(xué)生將八個試管的外壁涂滿墨汁，里面裝入等量清水，在橡皮塞上鉆孔后插入溫度計，再分別塞住八個試管口，然后將八個試管分別以不同的角度擺放在架子上。經(jīng)過連續(xù)的測量，學(xué)生最終發(fā)現(xiàn)了太陽能熱水器的傾斜角度與當(dāng)?shù)氐木暥纫恢聲r水溫升溫最快的結(jié)論。

STEAM教育是一種教學(xué)理念和學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主參與，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識解決真實(shí)的問題。教師要領(lǐng)悟其精髓，把握其核心，樹立全新的教育教學(xué)觀。教師要有意識地應(yīng)用STEAM教育理念，精心設(shè)計課堂教學(xué)，充分引導(dǎo)學(xué)生深入探究自己感興趣的問題和項目，為學(xué)生搭建自主探究的舞臺，這樣就會使學(xué)生在探究過程中不斷提高自己的核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：趙靜）