STEM理念下小學(xué)科學(xué)培養(yǎng)學(xué)生工程思維能力的教學(xué)策略

吳麗欽

【摘要】STEM理念是指將科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)四門學(xué)科整合為一體，借此發(fā)展學(xué)生思維結(jié)構(gòu)的一種全新教學(xué)理念，但是并不是這四門學(xué)科知識(shí)的簡(jiǎn)單重合，而是根據(jù)具體的項(xiàng)目需求，保證學(xué)生自主展開知識(shí)整合、知識(shí)創(chuàng)新的能動(dòng)遷移過程。因此，小學(xué)科學(xué)教師要借助STEM理念優(yōu)化本學(xué)科教學(xué)，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力。本文從以生活資源創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)興趣；豐富趣味性活動(dòng)，改善學(xué)生的思維參與情況；豐富實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)活動(dòng)，優(yōu)化學(xué)生的問題解決經(jīng)驗(yàn)；優(yōu)化畫圖技巧指導(dǎo)，提高學(xué)生動(dòng)手操作能力四個(gè)角度分析STEM理念下小學(xué)科學(xué)教師應(yīng)如何培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué)；STEM理念；工程思維能力；指導(dǎo)策略

工程思維是指隨著人類社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)所產(chǎn)生的基本思維活動(dòng)，具有科學(xué)性、邏輯性、創(chuàng)新性、適應(yīng)性等特點(diǎn)，會(huì)隨著時(shí)間、地點(diǎn)發(fā)生變化，有特定的主體，存在于學(xué)生的一生成長(zhǎng)過程中，能夠引導(dǎo)學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)問題。但是，小學(xué)科學(xué)教師卻一直沒有重視培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力，反而以灌輸式活動(dòng)來組織科學(xué)教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生逐漸喪失了科學(xué)探究興趣、問題解決能力，無法促進(jìn)其實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。對(duì)此，STEM理念則從學(xué)科整合角度提出了教學(xué)改革建議，所以，小學(xué)科學(xué)教師要遵循STEM理念的教學(xué)要求，切實(shí)引導(dǎo)學(xué)生參與多維的設(shè)計(jì)活動(dòng)，使其全面展開科學(xué)探究，穩(wěn)步優(yōu)化學(xué)生的工程思維能力。

一、以生活資源創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)興趣

設(shè)計(jì)是工程的核心與關(guān)鍵，需要學(xué)生根據(jù)具體的科學(xué)項(xiàng)目來設(shè)計(jì)項(xiàng)目探究計(jì)劃，保證可以順利推進(jìn)“工程”。這就需要學(xué)生對(duì)“工程”的背景、程序等有較為直觀的了解，且要保證學(xué)生的思維是活躍的、能動(dòng)的。從STEM理念來說，小學(xué)科學(xué)教師應(yīng)將現(xiàn)代科技與科學(xué)教學(xué)結(jié)合起來，讓學(xué)生全面了解某一項(xiàng)科技的歷史發(fā)展過程與現(xiàn)有研究水平。因此，小學(xué)科學(xué)教師要積極開發(fā)生活資源，借此創(chuàng)設(shè)問題情境，鼓勵(lì)學(xué)生自主思考、自主設(shè)計(jì)，由此培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)興趣，優(yōu)化學(xué)生的思維參與情況。

比如，在“給動(dòng)物建個(gè)‘家”一課的教學(xué)中，筆者利用多媒體設(shè)備展現(xiàn)了一些流離失所的動(dòng)物，借此創(chuàng)設(shè)了課堂情境，讓學(xué)生意識(shí)到現(xiàn)在依然有許多小動(dòng)物的生存環(huán)境嚴(yán)峻，借此導(dǎo)入本節(jié)課的教育主題，讓學(xué)生思考如何能為小蝸牛建個(gè)家。為了充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，筆者設(shè)計(jì)了科學(xué)問題：哪種材料比較堅(jiān)硬？小蝸牛對(duì)家的需求是什么？小蝸牛的飲食、作息與行為活動(dòng)有哪些規(guī)律，這些因素對(duì)“家”的要求是什么？這三個(gè)問題需要學(xué)生全面發(fā)散思維，自主分析小蝸牛的生長(zhǎng)過程，大多數(shù)學(xué)生都能夠認(rèn)真觀察蝸牛的外形與運(yùn)動(dòng)，思考環(huán)境與動(dòng)物生存的關(guān)系。接下來，筆者再提問：飼養(yǎng)蝸牛需要準(zhǔn)備什么？蝸牛會(huì)在“家”中有哪些行為活動(dòng)？這就讓學(xué)生產(chǎn)生了認(rèn)知懸念，使其無法及時(shí)得出答案，所以，筆者再由此引導(dǎo)學(xué)生思考生存環(huán)境與動(dòng)物成長(zhǎng)的關(guān)系，使其自主設(shè)計(jì)建設(shè)“家”的方案。如此，可切實(shí)激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)興趣，使其積極思考科學(xué)問題。

二、豐富趣味性活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生的思維能力

低年級(jí)小學(xué)生的注意力集中周期很短，如果科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)無法及時(shí)喚起學(xué)生的參與欲望，他們便會(huì)消極敷衍，很難全神貫注地參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，也會(huì)因此限制自身工程思維能力的發(fā)展。因此，在STEM理念下，要想真正培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力，教師必須設(shè)計(jì)趣味性實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，以趣味實(shí)驗(yàn)牢牢吸引住低年級(jí)小學(xué)生的注意力，從而切實(shí)優(yōu)化學(xué)生的自主思考，穩(wěn)步培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力。

例如，在“我們來做‘熱氣球”一課的教學(xué)中，筆者利用小豬佩奇這一深受本班學(xué)生喜愛的動(dòng)漫形象導(dǎo)入了科學(xué)實(shí)驗(yàn)，筆者模仿佩奇的語氣，邀請(qǐng)本班學(xué)生一同制作“熱氣球”，這很好地縮短了師生距離，讓學(xué)生對(duì)本課知識(shí)產(chǎn)生了好奇，且大多數(shù)學(xué)生都很渴望與佩奇成為好朋友，所以使出“渾身解數(shù)”，學(xué)習(xí)了制作“熱氣球”的方法，探究了熱氣上升、下降等科學(xué)知識(shí)。然后，學(xué)生自主選擇具體身份，如以“小博士”的身份負(fù)責(zé)宣傳“熱氣球”的科學(xué)原理、操作方法。

三、豐富實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)活動(dòng)，優(yōu)化學(xué)生的問題解決經(jīng)驗(yàn)

不得不說的是，在工程中，設(shè)計(jì)是核心、是基礎(chǔ)，如果設(shè)計(jì)出現(xiàn)了問題，后續(xù)的工程就難以順利展開。但是，后續(xù)的工程實(shí)踐同樣也是落實(shí)設(shè)計(jì)的實(shí)踐檢驗(yàn)行為，每一項(xiàng)科學(xué)理論都必須經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)與證明，否則是立不住腳的，也很難真正優(yōu)化學(xué)生的工程思維能力。因此，在STEM理念下，小學(xué)科學(xué)教師應(yīng)積極組織以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生全面經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、操作、歸納與創(chuàng)新過程，關(guān)注學(xué)生的自主體驗(yàn)，使其自主生成科學(xué)意識(shí)，穩(wěn)步提升學(xué)生的工程思維能力，使其能夠從工程發(fā)展、建造與創(chuàng)新角度分析科學(xué)問題，使其及時(shí)積累有效的實(shí)驗(yàn)探究經(jīng)驗(yàn)，切身感悟每一個(gè)科學(xué)概念的真理性。

如在“做一頂帽子”科學(xué)教學(xué)開始之前，筆者提前鼓勵(lì)學(xué)生尋求家長(zhǎng)的幫助，到商場(chǎng)、超市或飾品店觀察形形色色的帽子，既要認(rèn)真記錄帽子的顏色、造型，也要綜合匯總帽子的基本結(jié)構(gòu)，了解帽子的功能。之后，筆者在教室內(nèi)提供了“材料貨架”與“工具站”等工具，鼓勵(lì)學(xué)生自主分工，使其以工程師、售貨員或顧客的身份參與到科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中。其中，“工程師”要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)帽子這一商品，“售貨員”需售賣帽子，“顧客”則可根據(jù)自己的喜好或售貨員的講解購買相應(yīng)的帽子。在這一趣味性的科學(xué)體驗(yàn)活動(dòng)中，每個(gè)學(xué)生都能找到自己的角色，切實(shí)體會(huì)科學(xué)知識(shí)的生成，及時(shí)形成工程思維，積累多元經(jīng)驗(yàn)。

四、優(yōu)化畫圖技巧指導(dǎo)，提高學(xué)生動(dòng)手操作能力

畫圖是組織工程項(xiàng)目的重要活動(dòng)，后續(xù)的施工與完善都需要根據(jù)工程圖來進(jìn)行，這就意味著要想培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力，就需要著重培養(yǎng)學(xué)生的畫圖、識(shí)圖能力，使其學(xué)會(huì)用圖解決科學(xué)問題。STEM理念強(qiáng)調(diào)了數(shù)學(xué)學(xué)科的重要性，因?yàn)閿?shù)學(xué)是研究空間形式與圖形結(jié)構(gòu)的基本科目，包含豐富的畫圖、讀圖活動(dòng)，由此衍生了數(shù)形結(jié)合思想方法。對(duì)此，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中，教師要積極引用STEM理念培養(yǎng)學(xué)生的畫圖能力，鼓勵(lì)學(xué)生自主遷移數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)收獲，以便切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，優(yōu)化學(xué)生的設(shè)計(jì)思維。如此，學(xué)生就可在科學(xué)課上穩(wěn)步形成工程思維能力。

由于學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)了豐富的畫圖方法，所以，筆者鼓勵(lì)學(xué)生在科學(xué)課上利用畫圖經(jīng)驗(yàn)探究科學(xué)知識(shí)。比如，在“做一個(gè)測(cè)量紙帶”一課的教學(xué)中，筆者準(zhǔn)備了尺子與紙帶，提問：紙帶與尺子的區(qū)別是什么？哪個(gè)工具更好用？之后，學(xué)生便要自制測(cè)量紙帶，通過畫圖呈現(xiàn)紙帶的基本設(shè)計(jì)方案，對(duì)比紙帶與尺子的使用方法，歸納二者的異同點(diǎn)、測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。另外，學(xué)生也可通過畫圖活動(dòng)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究過程，認(rèn)真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，以流程圖規(guī)范科學(xué)實(shí)驗(yàn)步驟，由此優(yōu)化學(xué)生的自主探究行為。最終，學(xué)生也可用圖來交流實(shí)驗(yàn)操作過程與實(shí)驗(yàn)結(jié)論。如此，可循序漸進(jìn)地提升學(xué)生的工程思維能力，優(yōu)化科學(xué)教學(xué)效果。

總而言之，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中滲透STEM理念，可以切實(shí)改善本學(xué)科知行脫節(jié)這一現(xiàn)實(shí)問題，能夠有效優(yōu)化學(xué)生的科學(xué)意識(shí)與創(chuàng)新能力，使其逐步形成工程思維能力，確保學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展。因此，小學(xué)科學(xué)教師要全面分析STEM理念的內(nèi)涵，把握工程思維能力的特點(diǎn)，以全新的科學(xué)探究、科學(xué)發(fā)明活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生逐步形成工程思維能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]莊志杰.基于STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)的幾點(diǎn)啟示[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2018（9）：56

[2]王小梅.整合+拓展：基于STEM理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐探索[J].基礎(chǔ)教育參考，2018（15）：37-40

[3]李娟，陳典.基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教師專業(yè)能力需求探析———以“物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域”的教學(xué)為例[J].南昌教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，33（3）：17-20

（本文系2019年度泉州市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃（第二批）立項(xiàng)課題《基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)低年級(jí)課堂教學(xué)研究》，課題編號(hào)：QG1352-079）

（福建省泉州市第三實(shí)驗(yàn)小學(xué)，福建泉州362000）