在科學課上滲透STEM教育

徐春

摘 要：跨學科、跨領域的STEM理念的引導，成為科學課堂的一個重要任務。我們要培養(yǎng)學生具有能利用科學課堂上獲得的STEM思路，來解決生活中的實際問題所必需的科學思維能力。創(chuàng)造意識和創(chuàng)造力是人類智慧的重要組成部分之一，是科學素質的核心。STEM教學思路在小學科學課堂的嘗試刻不容緩。

關鍵詞：STEM教育; 小學科學; 創(chuàng)新思維

中圖分類號：G623.6? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）9-031-002

今天的小學生將擔負起新世紀科學技術創(chuàng)新的重任，面對未來科學技術的挑戰(zhàn)和現代生活的要求。小學科學是培養(yǎng)學生科學素質的重要基礎學科。創(chuàng)造意識和創(chuàng)造力是人類智慧的重要組成部分之一，是科學素質的核心。那么，如何在科學教學中培養(yǎng)學生的STEM意識呢？

一、體驗活動，調動STEM意識

教學五年級下冊《橡皮泥在水中的浮沉》時，老師提問：“看誰能把沉下去的橡皮泥浮到水面上來？”這個就是一個STEM任務、目標，調動了學生學習的內在動力，整個課堂的學習氣氛頓時變得十分活躍。有個學生把橡皮泥捏成了薄片放在水面上，結果沉了下去。通過一次不成熟的嘗試，學生打開了STEM思路，同組另一位學生從水里撈出薄片，把薄片的邊緣往上卷著捏，邊捏邊說：“我捏成了小盒子，看你還沉不沉。”學生把捏成小盒子狀的橡皮泥放在水里上，橡皮泥沒有沉下去。這時組內的學生手舞足蹈地說：“成功了！成功了！”由此可以看出教師STEM任務、目標的引導，有利于調動學生學習的內在動力，激發(fā)他們的學習興趣，并體驗成功的愉快情感。這時學生的創(chuàng)造力就在實踐之中悄悄地產生了，一些STEM意識也悄悄滲透到科學課堂中。

例如上了一堂《輪軸的秘密》科學實踐課，讓我們明確了STEM理念下的科學教學的基本教學方向。在這一課中，學生將探索一種簡單機械——輪軸。學生主動推測了它的作用。是不是可以省力呢？設定一個STEM任務，怎么利用輪軸省更多的力？用實驗的方法是研究解決問題的一個好途徑。當在輪和軸上分別掛上不同數量的鉤碼并使之保持平衡時，學生會意識到輪比較省力。當他們討論并對直徑差別更大的輪軸進行測量后，學生會更肯定地認識到輪的大小對輪軸作用是有影響的，并對自己的生活經歷進行整理，去找尋那些屬于輪軸的機械。這個其實就是完成STEM探究任務的過程，學生對簡單機械這方面的科學認知也得到了提高。同時，STEM的理念也貫徹了下去，常此以往，學生的科學思維、科學能力也會逐步提高。課堂上科學資源的有效整合，就是STEM的理念在科學課堂上的有效實施。

在學《電和磁》時，在課堂上重現丹麥科學家奧斯特發(fā)現有關電和磁的秘密的實驗。學生模仿奧斯特實驗，指南針的指針一頭指北一頭指南，當接通了電源的導線靠近它時，奧斯特突然看到一個現象……創(chuàng)造了STEM情境，問學生，想試一試嗎？經過實驗之后，他們對電磁現象及應用很感興趣，我就因勢利導告訴他們：這個實驗是著名科學家曾經做過的。學生很意外，大科學家的實驗我們小學生也能做？其實，這就是STEM思路的培養(yǎng)。這時，他們會明白小學科學實驗不僅有趣，而且包含高深的中學物理知識，他們的科學精神就會激發(fā)。然后，不斷思考，推出STEM任務，怎么運用這個現象？可以做個電磁鐵，STEM任務，因運而生;STEM目標，順勢開展。以上的設計，學生的STEM意識充分地調動起來。

二、輕松游戲，發(fā)展STEM意識

如在學習四年級下冊《生活中的靜電現象》一課時，課前我準備了兩個游戲。第一個游戲：會“飛”的魚。第二個游戲“魔球表演”。上課時，先讓學生用書把桌上的硬塑料板架空距桌面約2 厘米，下面放些較小而輕的彩色小紙魚，用絲綢摩擦硬塑料板，彩色小紙魚就會“活蹦亂跳”地飛上來。接著，我讓學生將放在桌上的氣球充進適量的氣，把進氣口扎緊，在毛衣上摩擦氣球，用氣球的摩擦處去接近頭發(fā)，就把頭發(fā)吸起來了，用氣球的摩擦處去接觸手背、鼻子、黑板等處，氣球就能吸在這些物體上。學生看了既高興又驚奇，這時候，教師可以讓學生設計怎么來實現這個表演。然后讓學生發(fā)展STEM思路，讓他們在科學課堂上，沿著這個思路走。這種STEM思路，開始引導學生進一步用實驗觀察的方法去探究靜電現象及其性質。然后根據STEM任務，完成利用靜電現象，實現一下魔術表演STEM思維發(fā)展的好時機。最后讓學生自己試一試，學生輕松的游戲，在游戲中不知不覺地發(fā)展了創(chuàng)造力，也發(fā)展了學生的STEM意識。

再如，在教學《電能和能量》一課前，要求學生觀察一些家用電熱器，認識它們的工作原理;留意一下電視機、錄音機、電風扇等電器的散熱裝置;了解其它利用電能轉化為熱能原理工作的設備。當然，還有電能轉化成光能的電器，電能轉化成磁能的電器，電能轉化成聲能的電器等等。由于認識對象與學生的生活有著密切的關系，生成的STEM任務不會成為無源之水，無根之木。學生都能積極完成STEM任務，科學精神得到很大的拓展，延伸到了課外。上課時再讓大家研究討論，引導他們明白所有電器設備在通電時都會產生能量（熱能、光能、磁能、聲能等）。為了化解“能量會相互轉化”這個難點，適時進行小實驗，拿出自備的鐵絲，反復的彎折鐵絲的一個位置，然后用手摸一摸，會有什么發(fā)現？實驗雖然簡單，STEM其實也滲透其中，但是學生很感興趣?！鞍?，熱了?！薄袄蠋煟F絲發(fā)熱了！”他們親手做了，都有了共同的發(fā)現，非常興奮。實際，鐵絲彎折是個能量轉化的典型例子，鐵絲發(fā)熱是彎折產生了熱能。

一些很小的實驗，激發(fā)了他們的科學精神，把整堂課的氣氛調動了起來，也發(fā)展了學生的STEM思路。課后鼓勵學生把學到的科學知識介紹給家長，協助家長共同探討生活中遇到的科學問題、科學現象，又把STEM的培養(yǎng)進入家庭，讓家長也體會一把科學的魅力。學習這些STEM科學課，同學們都感慨地說：“科學真有用啊！”

三、趣味故事，誘發(fā)STEM意識

如講四年級上冊《聲音是怎樣產生的》這一課時，我先播放一個故事：古代，洛陽有一個和尚，他的房間里有一個磬，常常自動發(fā)出響聲。和尚以為妖精作怪，就請了不少法師驅妖，可不見成效，和尚又急又怕，竟嚇出病來。他的老朋友曹紹夔聽說他病了，前來探望，向他詢問病因病情，正巧這時外面敲鐘，磬也跟著發(fā)音。曹明白了這里邊的秘密，就跟和尚開玩笑說：“明天你請客，我給你除妖。”轉天曹吃過酒飯之后，從懷中抽出一把鏗刀，把磬鏗去了幾處，從此，磬果然不再自動發(fā)音了。和尚不懂其中奧秘，就向老朋友請教，曹說：“這是因為磬的音律跟外面鐘的音律相同，鐘一響，磬就與它共鳴?！币幌捊忾_了和尚的疑惑，和尚的病也好了。接著我問大家這是什么科學現象？大家說是共振現象。然后我幻燈出示問題：他的做法給了我們什么啟示？古人是消除共振，我們的STEM任務是制作“共振”，讓學生思考、回答設計、制作，學生、教師評價。這樣，打開了學生STEM思維的閘門，學生學得有趣。STEM的意識培養(yǎng)，也從“要我學”轉化成“我要學”，提高了學生學習的積極性和自覺性。教學中完全可以在不經意間通過巧妙的設計加以誘發(fā)STEM意識。

在學到“平面鏡”時，向學生講科學家阿基米德小時候的故事。他巧妙利用鏡子的反光作用，致使海盜的船帆著火，趕走了兇殘的海盜。讓學生當當阿基米德，應用STEM的教學目標，讓學生設計制作阿基米德的“鏡子”。原理很簡單，操作也并不困難，STEM的實現也順理成章。讓4-5名學生各拿一片小鏡片，然后依次把反射的太陽光集中到共同的點上，學生會發(fā)現，當只有一片小鏡片時，反光并不是很亮。但是當很多小鏡片集中在一起，反光就增亮了很多。以此類推，阿基米德讓成千上萬的鏡子反光集中在一起，真的會把海盜船的帆燒著。這樣的故事，小學生也能講出很多。通過它們啟發(fā)學生感受到科學的偉大力量，激發(fā)了他們的科學精神，小小的STEM任務，完成了偉大的科學家的任務，學生很有成就感。STEM目標也能很好的科學課堂上達成。

試想，如果我們的學生相信學好科學有利于接受更高層次的中學學習，科學精神是真正有用的，科學具有無窮的力量，科學教師在教學中有意識地滲透“科學技術是第一生產力，是人類文明的支柱”的理念，結合日常教學培養(yǎng)學生的STEM理念，使學生明白：人類的未來都離不開科技的發(fā)展，科學的STEM理念必須從小培養(yǎng)。那么，他們在今后的科學學習中會激發(fā)出更多的科學精神?？茖W的教學也是成功的STEM教學。我們的STEM目標也將會真正的卓有成效。

四、設置障礙，激發(fā)STEM意識

如教學四年級上冊《聽聽聲音》一課時，教師讓學生回憶聽到的聲音，緊接著提出“這些聲音有什么不同”的疑問，并要求學生自己設計實驗進行探究，激起學生探索聲音不同秘密的強烈愿望。布置了這個STEM任務，教師提供一些可以制造聲音的材料，學生們有的用鉛筆敲長鐵管、有的敲短鐵管、有的用文具盒箍上皮筋撥動、有的吹口琴、有的往瓶子里倒水……學生陶醉在撥、彈、吹、倒等自由探究的STEM活動中，使他們在自由探究中，享受著發(fā)現的快樂。通過一系列實驗探究，使學生在各自的思想水平上，形成了“聲音有強弱（音量大?。⒏叩停曊{高低）不同”、“有悅耳和嘈雜之分”的概念，然后，因勢利導進行小樂器的制作，激發(fā)了學生對聲音秘密的STEM探索意識，學生的創(chuàng)造力也被教師激發(fā)，從而解除了疑難。STEM理念的滲透水到渠成。

貝爾納曾經作過精彩的描繪：“我們已經看清科學既是我們時代的物質和經濟生活的不可分割的一部分，又是指引和推動這種生活前進的思想的不可分割的一部分?？茖W為我們提供了滿足我們的物質需要的手段?！刮覀儗ξ唇浱剿鞯奈磥淼目赡苄员в泻侠淼南Ｍ?，它給我們一種鼓舞力量。這種力量正慢慢地但卻穩(wěn)穩(wěn)當當地變成左右現代思想和活動的主要動力?！笨茖W課不僅是知識的教學，更是一種思想，一種力量，一種動力。所以，激發(fā)STEM意識，尤為重要。

教科版五年級下《人類認識地球及其運動的歷史》的教學中，我在導入新課環(huán)節(jié)時提問：“2008年5月12日在中國大地上發(fā)生了怎樣一件大事？”生答：“汶川地震?！苯又覀円黄痼w驗四川地震的情境，播放“汶川地震”的視頻。屏幕上畫面地震襲來的時候，我們人類是如此的無助、渺小。觀影后我又開始互動：我們可以通過科學課的知識來解釋地震的起因，誰來回答這個問題？生答：“由于地球的內部運動?！币稣n題《人類認識地球及其運動的歷史》。地震是地球內部運動造成的，上學期我們已經學習過，今天我們再進一步來研究整個地球以宇宙空間為背景的運動。希望在座的同學通過上學期和這堂課，以及今后更高層次的學習，甚至將來有可能改變我們面對類似汶川地震這樣的自然災害時的無助，這個宏偉的STEM任務，也許要我們的學生一生來努力，科學課堂上無法一下子完成的，但是，偉大目標、偉大藍圖、偉大理想的樹立，對學生未來的發(fā)展至關重要。

正如丹皮爾所說：“只有心胸開闊了，才有可能建立科學，假如沒有他們，具有科學頭腦的人就很難擺脫神學成見對學術的束縛?！盨TEM意識在科學課堂的作用毋庸置疑，可以讓我們的學生走的更遠、走的更高、走的更深。

在“光”的單元，我講到“凸透鏡”時，給同學們講了一個故事：一個叫克勞伯尼的物理學博士曾同一批旅行家被困在了孤島上，在找不到任何取火工具的情況下，他沒有絕望，也沒有祈求神。他具有科學精神，利用他的科學頭腦把冰打磨成凸透鏡，利用其聚光作用，在太陽下取到了火，終于擺脫了受凍、挨餓、喪命的危險。然后，這個STEM任務讓學生試一試，他們的科學精神就被激發(fā)了，這時趣味性更大。凸透鏡下的聚光點真的點燃了紙片，這時，學生明白了具有科學精神的人真是力量無窮，實際上STEM意的培養(yǎng)也在這一環(huán)節(jié)的教學中不知不覺的完成了。最后告訴他們，我們的祖先早在一千六百多年前就發(fā)現了用冰取火的方法。這時，學生的科學精神會伴隨著STEM意識共同成長起來。

善于動手是人類智慧的結晶，是創(chuàng)造能力的表現，STEM也并不神秘，小小的課堂設計思路的改變，就能引領學生的STEM理念，跨學科、跨領域的進行科學探索，豐富學生科學體驗，拓展學生科學思維。我們在科學課堂上要制造科學探索的時機并且創(chuàng)造STEM的環(huán)境和條件，充分讓學生動手，學生才能在實踐活動中，特別是創(chuàng)造性活動中，增強STEM意識。從STEM的過程中發(fā)展學生的科學思維、科學能力，從而提高他們的科學素質。轉變觀念，運用STEM教學方法，讓學生能夠解決生活中、社會上的科學問題，為迎接未來的挑戰(zhàn)打下堅實的基礎。