在科學(xué)課中開展STEM教育的探索與思考

陳晨

摘要：STEM教育旨在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用多學(xué)科知識來系統(tǒng)地解決實際問題的能力，它的綜合性和實踐性可以很好地幫助學(xué)生形成批判性思維、與他人溝通合作的能力、不怕失敗的品質(zhì)等等。將STEM教育推向常規(guī)，可以最大限度地發(fā)揮它的教育價值。在科學(xué)課中開展STEM教育是一種很好的嘗試，但要注意與傳統(tǒng)科學(xué)課的區(qū)別，同時也要努力克服在課時設(shè)置及教師專業(yè)化等方面的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：STEM教育;科學(xué)課

中圖分類號：G622???? 文獻標(biāo)識碼：B??? 文章編號：1672-1578（2020）14-0036-02

近幾年，STEM無疑是教育界最熱門的話題，從幼兒園到大學(xué)再到各個機構(gòu)，STEM吸引了不少一線的教師及專家學(xué)者甚至是商家的目光。同時，我們可以發(fā)現(xiàn)，大家對STEM的探索也在發(fā)生著變化，從研究“是什么”和“為什么”轉(zhuǎn)向研究“怎么做”。筆者在經(jīng)過前期的沉淀和準(zhǔn)備之后，也決定和團隊一起，進行一次STEM教育的實踐，現(xiàn)將實施過程與思考同各位同仁分享。

1.將STEM推向常規(guī)的必要性

隨著國家對科技創(chuàng)新人才的需求越來越大，原有的人才培養(yǎng)方式顯示出了一定的不適應(yīng)性。STEM教育打破學(xué)科界限，讓學(xué)生運用跨學(xué)科的知識和方法來解決真實情景中的問題，從而提升自身的創(chuàng)新意識和能力，它符合培養(yǎng)未來人才的要求。因此，這樣的教育應(yīng)該面向所有學(xué)生，而不應(yīng)該是少數(shù)拔尖學(xué)生才能參與的。那么要實現(xiàn)STEM教育的普適性，單靠培訓(xùn)機構(gòu)、社會團體或?qū)W校社團活動是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須將其推向常規(guī)。

2.我們的探索

2.1 內(nèi)容設(shè)計。

（1）課程要素。

本課程內(nèi)容的設(shè)計依托于教科版小學(xué)《科學(xué)》五年級上冊的“運動與力”單元。主題是《反沖力小車》。讓學(xué)生利用所掌握的力與運動的知識，設(shè)計并制作一輛用反沖力驅(qū)動的小車。課程要素如下：

S（科學(xué)）：在制作項目中，知道反沖力可以驅(qū)動小車;摩擦力和空氣阻力會阻礙小車的運動;減小阻力增大動力，小車會運動的又快又遠(yuǎn)。

M（數(shù)學(xué)）：能有效測量出小車行駛的直線距離;能依據(jù)測量的距離和時間計算出小車的平均速度。

T（技術(shù)）：能依據(jù)設(shè)計想法及約束條件，選擇合適的材料;能根據(jù)小車的原理，設(shè)計圖的尺寸，正確地組裝材料;能確保小車是滾動行駛，而不是滑動。

E（工程）：能夠設(shè)計精確指導(dǎo)制作的圖紙;能夠理解與他人合作及分工對于工程的重要意義。

（2）課時分配。

本次課程我們團隊經(jīng)過一輪實踐及反復(fù)研討，最終確定為6個課時，具體安排及學(xué)習(xí)要點如下：

課時及主題時長學(xué)習(xí)要點

第1課 任務(wù)與設(shè)計（一）60（分鐘）明確學(xué)習(xí)任務(wù);了解與做車相關(guān)的科學(xué)知識;根據(jù)限制條件完成初步的構(gòu)想與設(shè)計。

第2課 任務(wù)與設(shè)計（二）80（分鐘）根據(jù)小組準(zhǔn)備的材料進行第二次設(shè)計。

第3課 制作80（分鐘）依照設(shè)計圖紙開始制作;測試作品;再次修改作品。

第4課 展示與交流60（分鐘）各組展示作品，與全班交流。

第5課 我們的海報80（分鐘）為自己的小車設(shè)計宣傳海報。

第6課 匯報與評價50（分鐘）借助海報分享學(xué)習(xí)心得，包括困難、收獲、反思等。

2.2 學(xué)生表現(xiàn)。

那么，在這樣的一節(jié)課程當(dāng)中，學(xué)生的表現(xiàn)究竟如何呢？我們從幾個方面對學(xué)生進行了觀察，如：學(xué)生的參與度、小組協(xié)作、最感興趣的環(huán)節(jié)、最有挑戰(zhàn)的環(huán)節(jié)、對課程的建議等等。

筆者及團隊根據(jù)這些指標(biāo)設(shè)計了課堂觀察量表及課后調(diào)查問卷，通過分析整理，我們發(fā)現(xiàn)：學(xué)生對這節(jié)STEM課的興趣度、參與度普遍較高;大部分學(xué)生喜歡動手制作環(huán)節(jié)，有部分同學(xué)認(rèn)為設(shè)計環(huán)節(jié)有些浪費時間;小組合作的順暢度很大程度決定了作品的好壞及學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情。以上這些說明：學(xué)生對課程價值的認(rèn)可度較高;學(xué)生不能很好地利用設(shè)計來完成制作，對于培養(yǎng)學(xué)生高階的設(shè)計思維方面還有待改進;在STEM課程中小組合作學(xué)習(xí)已經(jīng)成為決定學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵因素，因此對于小組學(xué)習(xí)的培養(yǎng)還需要做更深一步的探索。

3.探索之后的思考

3.1 對科學(xué)課與STEM課的理解。

在準(zhǔn)備開發(fā)本課程之初，筆者就一直在思考，同樣是做一輛小車，之前我們在科學(xué)上也做，那么這和現(xiàn)在的STEM課程究竟有什么區(qū)別呢？經(jīng)過反復(fù)的摸索，筆者將對科學(xué)課和STEM課程理解整理如下表：

科學(xué)課STEM課

學(xué)習(xí)目標(biāo)理解一個概念;驗證一個原理;解釋一個現(xiàn)象。利用綜合知識和技術(shù)，創(chuàng)造性地解決生活中的問題或完成一個作品。

學(xué)習(xí)過程步驟統(tǒng)一，條件理想，盡量排除干擾因素，避免誤差。無固定步驟，生活場景，需考慮各種制約因素。

組織方式小組或個人。小組。

需要掌握嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實驗方法，如：控制變量法。工程設(shè)計的方法，如：怎樣在有限的條件下創(chuàng)新設(shè)計。

作品展示一般不需要展示作品，作品的一致性較高。需要展示作品，作品呈多樣性。

學(xué)習(xí)效果實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性、對概念的理解等。工程設(shè)計、小組合作，學(xué)習(xí)過程反思等。

可見STEM理念下的課程要帶領(lǐng)學(xué)生做高階思維的訓(xùn)練，對課程的廣度和深度也提出了更高的要求。筆者認(rèn)為，科學(xué)課與STEM課并沒有優(yōu)劣之分，科學(xué)課更強調(diào)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性、可證偽性。兩種課程的培養(yǎng)目標(biāo)不同，我們各位一線教師，在嘗試將STEM理念融入科學(xué)課程中時要注意選擇恰當(dāng)?shù)闹黝}，不需要把一節(jié)科學(xué)課硬生生的改造成形式上的STEM課，也不應(yīng)該因為STEM課中缺乏科學(xué)的部分而硬要加入不必要的原理及概念。

3.2 常規(guī)推行STEM教育面臨的挑戰(zhàn)。

在常規(guī)課中開展STEM教育會面臨諸多困難和挑戰(zhàn)，在此筆者主要談以下兩點：

（1）課時的安排。

一節(jié)完整的STEM課程應(yīng)該包括明確任務(wù)、頭腦風(fēng)暴、設(shè)計與制作、分享與反思等環(huán)節(jié)。這樣的課程如果時長為40分鐘，那么對于設(shè)計、制作這樣的環(huán)節(jié)學(xué)生就會出現(xiàn)思維的斷鏈，破壞了原有的思維節(jié)奏。但是如果將時長修改成60分鐘甚至是80分鐘，又會給課表的安排帶來麻煩。因此，STEM課程的長時性與常規(guī)課程的短時性之間的矛盾有待解決。

（2）教師的專業(yè)性。

STEM課程在實施過程中面臨的最大挑戰(zhàn)應(yīng)該來源于教師的專業(yè)性。教師的專業(yè)性包括理論和實踐兩個方面，我們的教師由于受傳統(tǒng)分科教學(xué)根深蒂固的影響，對STEM理解的并不透徹，在項目式學(xué)習(xí)方式及過程性評價方式等方面都停留在學(xué)習(xí)和探索階段。所以真正精通STEM教育的一線教師少之又少，這就很容易導(dǎo)致將STEM教育推向常規(guī)的過程中被窄化，讓STEM教育的價值大打折扣。所以筆者認(rèn)為，加強對STEM教師專業(yè)性的培養(yǎng)十分必要。

結(jié)語

STEM教育應(yīng)該是未來教育發(fā)展的一種趨勢和必然，它所承擔(dān)的教育功能恰恰是目前傳統(tǒng)教育中所缺乏的，面向全體學(xué)生進行STEM教育，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力，具有非常重要的現(xiàn)實意義。對于STEM教育的研究和探索我們才剛剛起步，雖然面臨諸多困難和挑戰(zhàn)，但是每一次嘗試都會讓我們離成功更進一步。我們期待著這樣的課程，培養(yǎng)的不僅僅是學(xué)生更是我們自己。

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基金項目：吉林省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度一般規(guī)劃課題“學(xué)生視角下的STEM課程研究”（GH19589）。