STEM教育理念校本課程開發(fā)與實(shí)施思考

◇歐陽(yáng)小聰（廣東：佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)中心小學(xué)）

本文根據(jù)作者學(xué)習(xí)STEM 課程教學(xué)、開展科學(xué)課教學(xué)和開發(fā)STEM 校本課程的經(jīng)驗(yàn)，反思在開展STEM 教學(xué)過(guò)程中所存在的缺陷，思考建構(gòu)主義理論之下的STEM 課程如何能讓學(xué)生更準(zhǔn)確、有效地掌握科學(xué)知識(shí)與技術(shù)，并轉(zhuǎn)化為實(shí)踐技能。作為實(shí)踐結(jié)果，建議在課堂上借鑒科學(xué)課的探究式學(xué)習(xí)，擴(kuò)充部分教學(xué)環(huán)節(jié)，用堅(jiān)實(shí)的科學(xué)知識(shí)與技能充當(dāng)學(xué)生發(fā)展能力的臺(tái)階。

一、反思：STEM教育存在的問題

STEM 教育是讓學(xué)生面對(duì)真實(shí)情境中的問題，將科學(xué)探究、工程設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)方法和技術(shù)制作有機(jī)統(tǒng)一，讓學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科的知識(shí)和方法來(lái)解決實(shí)際問題，從而應(yīng)用跨學(xué)科的知識(shí)和方法，提升自身的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，以跨學(xué)科整合課程促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的一種教育方式。STEM 教育主要遵循建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性，認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)生成意義、建構(gòu)理解的過(guò)程，而這一過(guò)程常常是在社會(huì)文化互動(dòng)中完成的。構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論體現(xiàn)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位，學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，是一種先進(jìn)的學(xué)習(xí)理論。

但是一些教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，即使在STEM 課程的實(shí)施過(guò)程中遵循了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，也未必能夠達(dá)到理想的教學(xué)目標(biāo)。譬如下文案例一。

案例一：制作走馬燈

（前略）

師：知道走馬燈為什么可以自己轉(zhuǎn)起來(lái)嗎？

生：因?yàn)槔锩纥c(diǎn)了蠟燭（或：因?yàn)槔锩嬗酗L(fēng)吹出來(lái)）。

師：沒錯(cuò)，走馬燈里面點(diǎn)燃了蠟燭，能吹出熱風(fēng)，推著走馬燈轉(zhuǎn)起來(lái)。但是只有蠟燭還不夠，請(qǐng)大家再注意觀察，走馬燈的頂部還有一個(gè)結(jié)構(gòu)能起到重要的作用。（同時(shí)出示成型的走馬燈。）

學(xué)生觀察后找到走馬燈頂部切開的小孔，并且將紙切開后向上折疊做成傾斜的風(fēng)扇葉狀。

師：正是這兩個(gè)訣竅造就了走馬燈自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的特殊本領(lǐng)。下面請(qǐng)大家分組活動(dòng)，完成走馬燈的最后一步，讓走馬燈轉(zhuǎn)起來(lái)。

（制作過(guò)程略，12 個(gè)小組中只有2 個(gè)小組的走馬燈可以旋轉(zhuǎn)。）

師：老師請(qǐng)2 個(gè)小組為大家展示走馬燈，但是其中只有一個(gè)小組的燈可以旋轉(zhuǎn)，另外一個(gè)小組的燈沒能轉(zhuǎn)起來(lái)。你們認(rèn)為是什么原因呢？

學(xué)生提出或許是蠟燭的火力不夠，或許是頂部的扇葉展開的角度不對(duì)，等。

（其后老師布置了課后改良，未見第二次測(cè)試的效果，本案例完。）

上述片段是筆者到X 市學(xué)習(xí)時(shí)觀摩的一節(jié)課。該堂課的選題源自中華傳統(tǒng)文化中的走馬燈，課堂的設(shè)計(jì)意圖是在學(xué)生群體中傳播走馬燈的制作技藝，讓學(xué)生了解走馬燈運(yùn)動(dòng)背后的力學(xué)原理。在教學(xué)設(shè)計(jì)上兼容了傳統(tǒng)文化的傳承和科學(xué)技術(shù)的普及，是本堂課顯著的亮點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，執(zhí)教老師的確遵循了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的教學(xué)原則，有完整的問題情境的呈現(xiàn)。老師主要承擔(dān)引導(dǎo)者的角色，問題與假設(shè)的提出、動(dòng)手實(shí)踐、總結(jié)與反思等活動(dòng)都是由學(xué)生在老師的適當(dāng)引導(dǎo)下進(jìn)行的，體現(xiàn)了學(xué)生主動(dòng)式學(xué)習(xí)。但是從教學(xué)效果看來(lái)，只有六分之一學(xué)生能夠成功使走馬燈轉(zhuǎn)起來(lái)，很難說(shuō)達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)。

為了解釋為何本案例中未能如愿實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，筆者嘗試分析了建構(gòu)主義理論的哲學(xué)假設(shè)。建構(gòu)主義主張世界是客觀存在的，但是對(duì)事物的理解卻是由每個(gè)人自己決定的，不同的人由于原有經(jīng)驗(yàn)不同，對(duì)同一事物會(huì)有不同理解。在建構(gòu)主義者看來(lái)，所謂的“事實(shí)”是多元的，因歷史、地域、情境、個(gè)人經(jīng)驗(yàn)等因素的不同而有所不同。因此，用這種方式建構(gòu)起來(lái)的“事實(shí)”不存在“真實(shí)”與否，而只存在“合適”與否。

這一哲學(xué)假設(shè)揭示了只有以學(xué)習(xí)者原本具有充足的前概念作為鋪墊，才能夠按照建構(gòu)主義理論去建構(gòu)新的經(jīng)驗(yàn)，才能夠開展有意義的學(xué)習(xí)。否則，如果學(xué)習(xí)者的前概念不夠充分，甚至一片空白，那么在學(xué)習(xí)過(guò)程中也不可能無(wú)中生有。事實(shí)上，從建構(gòu)主義理論中獲益最大的應(yīng)該是大學(xué)生與科研人員，他們都接受了高等教育，具備充足的知識(shí)儲(chǔ)備與認(rèn)知世界的方式和手段（哲學(xué)上屬于認(rèn)識(shí)論與方法論），頭腦中已經(jīng)建構(gòu)起足夠龐大而且靈活的圖式，該圖式能夠很容易地與外部環(huán)境進(jìn)行同化與順應(yīng)。但是這一前提對(duì)于小學(xué)生而言未必成立，尤其是當(dāng)這名學(xué)生未經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的科學(xué)啟蒙的時(shí)候更是如此。

基于上述分析可以推論：目前實(shí)施STEM 教育時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵缺陷在于STEM 課程中沒有注重前置的科學(xué)概念和科學(xué)思維的搭建。STEM 教育在課程形式上注重產(chǎn)生物化的創(chuàng)造成果，在本質(zhì)上追求創(chuàng)造性思維的產(chǎn)生、創(chuàng)造力的提高，并在評(píng)價(jià)與反思中形成批判性思維。然而評(píng)價(jià)與創(chuàng)造位居思維金字塔當(dāng)中的最高階級(jí)，形成高階思維不可能是建造空中樓閣，必須有足夠牢固的根基作為支撐。然而目前存在部分老師對(duì)STEM 課程的認(rèn)識(shí)深度不夠，導(dǎo)致教學(xué)過(guò)程中忽略了對(duì)科學(xué)基本概念的構(gòu)筑與科學(xué)技術(shù)思維的鍛煉，試圖在基礎(chǔ)尚不穩(wěn)固時(shí)直接升華創(chuàng)造力。

筆者認(rèn)為，在開發(fā)和實(shí)行STEM 課程時(shí)應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)教學(xué)，充分考慮到項(xiàng)目或工程的中心地位與學(xué)科的綜合性，從不同學(xué)科（特別是科學(xué)）中選取能夠?qū)φ_地理解問題、形成方案、解決問題、完成任務(wù)有所幫助的概念與技能進(jìn)行合理的編排設(shè)計(jì)，在STEM 課程中，結(jié)合科學(xué)課探究式學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，融入“提出猜想—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—收集證據(jù)—?dú)w納結(jié)論”的科學(xué)探究過(guò)程，要求學(xué)生先經(jīng)歷必要的科學(xué)探究，確保學(xué)生獲取充足的前概念，用堅(jiān)實(shí)的科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)來(lái)搭建學(xué)生發(fā)展STEM 素養(yǎng)和綜合素質(zhì)的腳手架。通過(guò)這個(gè)途徑，能避免STEM 課程的技術(shù)要求與學(xué)生科學(xué)認(rèn)知水平的脫節(jié)，造成STEM 目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，避免STEM 教學(xué)變成缺乏真實(shí)性、內(nèi)涵性和系統(tǒng)性的紙上談兵。

即便是按照建構(gòu)主義的觀點(diǎn)，學(xué)生可以在原有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上主動(dòng)構(gòu)建新的經(jīng)驗(yàn)，也不代表可以放任學(xué)生如同脫韁的野馬般漫無(wú)目的地行動(dòng)。尤其科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域是具有嚴(yán)格的范式與規(guī)范的，因此在學(xué)習(xí)過(guò)程中有必要搭建一個(gè)既定的框架并限定學(xué)生在允許的路線中探索。換言之，一門有效的STEM 課程允許學(xué)生向多個(gè)方向發(fā)展，這相比于傳統(tǒng)授課中強(qiáng)制學(xué)生走老師指定的一條路線，更能體現(xiàn)出建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的先進(jìn)性，但也要避免掉入完全不設(shè)限制、完全放任自流這種非黑即白的極端取向的陷阱。

二、融合：科學(xué)課與STEM 課程相互借鑒的可行性

在小學(xué)階段，科學(xué)課是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的主要途徑。2017 版《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出，學(xué)生通過(guò)科學(xué)課的學(xué)習(xí)需要發(fā)展的科學(xué)素養(yǎng)包括：了解必要的科學(xué)技術(shù)知識(shí)及其對(duì)社會(huì)與個(gè)人的影響，知道基本的科學(xué)方法，認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，樹立科學(xué)思想，崇尚科學(xué)精神，并具備一定的運(yùn)用它們處理實(shí)際問題、參與公共事務(wù)的能力?？茖W(xué)課的課程目標(biāo)體現(xiàn)為“科學(xué)知識(shí)目標(biāo)”“科學(xué)探究目標(biāo)”“科學(xué)態(tài)度目標(biāo)”和“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)”四個(gè)板塊。這四方面目標(biāo)都指向科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。它是指學(xué)生在接受科學(xué)教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過(guò)科學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有科學(xué)學(xué)科特性的品質(zhì)，是科學(xué)學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)?？茖W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念與應(yīng)用、科學(xué)思維與創(chuàng)新、科學(xué)探究與交流、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任?？茖W(xué)課的教學(xué)應(yīng)該重在深化強(qiáng)化學(xué)科的本質(zhì)，揭示學(xué)科更深層次、更內(nèi)隱的某些東西，把表象的科學(xué)知識(shí)與其內(nèi)隱關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)新的思維結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生去認(rèn)識(shí)更為復(fù)雜的自然現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象。

STEM 教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)科整合，但不是簡(jiǎn)單地將四門學(xué)科進(jìn)行線性疊加，而是把原本獨(dú)立、分散的不同領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)和技能以問題解決為基礎(chǔ)，以多樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)形式支持學(xué)生在解決問題的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科知識(shí)與方法在不同情境中的整合、運(yùn)用和遷移，并進(jìn)一步生成新思路、新方法、新技術(shù)和新產(chǎn)品。王素認(rèn)為：以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為代表的STEM 教育，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的任務(wù)中學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)在動(dòng)手實(shí)踐中學(xué)習(xí)，這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、解決問題、理性思維、批判質(zhì)疑、用于探究、技術(shù)運(yùn)用的最好載體。換言之，STEM 教育注重的是知識(shí)與技能的綜合運(yùn)用，重點(diǎn)在于培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，是偏向于技術(shù)提高的教學(xué)。開展STEM 教學(xué)應(yīng)該建立在學(xué)生已經(jīng)具備相應(yīng)知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，或者至少應(yīng)該在教學(xué)過(guò)程中能協(xié)助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系，再提高到技術(shù)運(yùn)用的層次水平。

可以看出，科學(xué)課與STEM 教學(xué)各有異同，科學(xué)課專注于認(rèn)識(shí)科學(xué)，STEM教學(xué)則專注于提高技術(shù)。然而如同科學(xué)與技術(shù)之間可以相互關(guān)聯(lián)、相互作用一樣，借鑒科學(xué)課和STEM 教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，是可以攻克教學(xué)過(guò)程中的一些難題的。

三、實(shí)踐：STEM 教學(xué)案例中的不足及改進(jìn)

此處先就上文提出的案例一進(jìn)行分析。想要驅(qū)動(dòng)走馬燈旋轉(zhuǎn)需要先了解走馬燈轉(zhuǎn)動(dòng)的科學(xué)原理：傳統(tǒng)的走馬燈，在燈的內(nèi)部放置點(diǎn)燃的蠟燭，主要依靠火焰加熱燈內(nèi)的空氣，空氣受熱膨脹，密度降低，形成上升氣流，氣流推動(dòng)燈上方的葉輪旋轉(zhuǎn)。依筆者的經(jīng)驗(yàn)，若想順利驅(qū)動(dòng)走馬燈，應(yīng)該掌握以下技術(shù)要點(diǎn)：

蠟燭應(yīng)該有足夠的火力，使加熱產(chǎn)生的風(fēng)力能夠推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，又要控制火焰不能太猛，以免損壞走馬燈；走馬燈底部需要預(yù)留足夠的空間來(lái)吸入空氣，形成氣流的循環(huán)；走馬燈頂上的扇葉有一個(gè)最佳角度，使氣流噴出時(shí)能產(chǎn)生最大的加速度；結(jié)構(gòu)件的連接處盡可能光滑，以降低摩擦力。

依據(jù)上述的技術(shù)要點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)本課程的教學(xué)目標(biāo)，需要突破較多教學(xué)重難點(diǎn)，適宜劃分為兩課時(shí)，分段突破。其中第一課時(shí)可以參考科學(xué)課中“風(fēng)的形成”模擬實(shí)驗(yàn)（見圖1），實(shí)驗(yàn)裝置可以用紙箱簡(jiǎn)單制作，側(cè)面和上底面開通風(fēng)孔，正面剪開，方便觀察，但要用透明塑料薄膜封住，以防止外界干擾。在箱子內(nèi)放入點(diǎn)燃的蠟燭，從側(cè)面的孔中放進(jìn)點(diǎn)燃的蚊香。學(xué)生可以通過(guò)觀察燒香放出煙霧的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)直觀感知箱里的空氣流動(dòng)，對(duì)比蠟燭有無(wú)點(diǎn)燃兩種不同條件下煙霧的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)“風(fēng)是如何形成的？”“形成風(fēng)需要有哪些條件？”等問題形成清晰的認(rèn)知，奠定科學(xué)概念基礎(chǔ)。同時(shí)，可以在上面的孔洞上方放一根絲帶或一個(gè)小風(fēng)車。第一課時(shí)可以終止于完成讓絲帶飄起來(lái)，以及讓小風(fēng)車轉(zhuǎn)起來(lái)的任務(wù)。在形成了準(zhǔn)確完整的科學(xué)認(rèn)知的基礎(chǔ)上，第二課時(shí)再進(jìn)行技術(shù)運(yùn)用，通過(guò)合理設(shè)計(jì)與制造，應(yīng)用該原理來(lái)驅(qū)動(dòng)走馬燈旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到最大的教學(xué)效果。

圖1 “風(fēng)的形成”模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖

此外，本案例中也缺乏對(duì)數(shù)學(xué)（M）的體現(xiàn)。課堂上使用的材料都是老師事先準(zhǔn)備的標(biāo)準(zhǔn)化材料，而老師與學(xué)生在堂上都沒有對(duì)為何選用這種材料提出疑問。事實(shí)上，應(yīng)該根據(jù)側(cè)面需要展出的圖畫數(shù)量來(lái)確定：走馬燈有多少個(gè)側(cè)面？每個(gè)面之間的角度應(yīng)該是多少？如果走馬燈的高度和直徑固定，那么每個(gè)面的可用面積是多少？如果側(cè)面的長(zhǎng)和寬固定，那么走馬燈的直徑應(yīng)該是多少？這些都是在走馬燈實(shí)用化過(guò)程中必須考慮的、有研討價(jià)值的問題。

案例二：垂直種植供換水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

情境引入，聚焦問題。（前略）

提出任務(wù)：你們能為他們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)便捷的供水系統(tǒng)，解決他們?yōu)橹参餄菜蜑樾◆~換水的麻煩嗎？（工程設(shè)計(jì)）

活動(dòng)一：制作一個(gè)能夠控制瓶中水位的帶孔瓶子。（知識(shí)原理運(yùn)用）

問題深化：以瓶身打孔為例子，指示學(xué)生思考如何保證水位不變，給瓶中的植物和小魚換水，同時(shí)又不會(huì)傷害瓶中的小魚。

知識(shí)指引：在現(xiàn)實(shí)生活中，例如，家庭養(yǎng)魚，利用虹吸原理將魚缸中的水抽出來(lái)。（范例演示）

觀察學(xué)習(xí)：學(xué)生通過(guò)觀察探究，利用科學(xué)方法和技術(shù)手段設(shè)計(jì)不同打孔方式來(lái)控制瓶中水位的高低。

參與體驗(yàn)：學(xué)生體驗(yàn)兩種換水原理，動(dòng)手嘗試完成換水過(guò)程。

小結(jié)：想要控制好瓶子水位的高低和換水的速度，要充分考慮出水口的大小、打孔位置的高低。整體設(shè)計(jì)還需要考慮現(xiàn)實(shí)問題：實(shí)施起來(lái)的可操作性、性價(jià)比、創(chuàng)意、美觀。（工程設(shè)計(jì)需要嚴(yán)謹(jǐn)考慮的問題。）

活動(dòng)二：設(shè)計(jì)完整的供水系統(tǒng)，讓每次給植物澆水變得更加簡(jiǎn)單便捷（整體設(shè)計(jì)）。

老師講解創(chuàng)植園的具體情況，學(xué)生在老師的啟發(fā)下進(jìn)行討論，考慮供水系統(tǒng)適合運(yùn)用哪種供水方式，按照現(xiàn)實(shí)要求設(shè)計(jì)一套完整的供水系統(tǒng)。

學(xué)生分小組討論設(shè)計(jì)方案，方案需要涉及如何運(yùn)作、實(shí)現(xiàn)什么樣的功能、用什么手段實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能（技術(shù)思維）。

繪制供水系統(tǒng)草圖，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行上色（美術(shù)），并附上簡(jiǎn)單的文字介紹（工程設(shè)計(jì)）。

（之后為展示與評(píng)價(jià)，此處省略，本案例完。）

上述教學(xué)案例是我校開展廣東省STEM 教育實(shí)踐研究課題所開發(fā)出的“STEM 創(chuàng)植園”校本課程系列中的一個(gè)課時(shí)。本課例經(jīng)歷半年的研磨，多次修改之后成型，選取的授課對(duì)象是小學(xué)五年級(jí)的學(xué)生。此處選取的主要科學(xué)概念是虹吸原理，整個(gè)供換水系統(tǒng)的系列授課預(yù)計(jì)分3課時(shí)完成，節(jié)選的課例片段為第1課時(shí)，重點(diǎn)在使用水瓶和軟管來(lái)認(rèn)識(shí)虹吸原理，探究能夠發(fā)生虹吸現(xiàn)象的條件，由此推斷出為了給垂直農(nóng)場(chǎng)中的盆栽換水需要在哪個(gè)高度剪開出水孔，控制盆內(nèi)的水平面保持在哪個(gè)高度。按照教學(xué)計(jì)劃，后續(xù)的第2課時(shí)安排為應(yīng)用虹吸原理的供換水設(shè)備的制作和應(yīng)用測(cè)試；第3 課時(shí)為使用Arduino 開源硬件及可視化編程制作自動(dòng)化的供水設(shè)備，主要涉及的知識(shí)為濕度傳感器的工作原理和相應(yīng)的編程技術(shù)。

當(dāng)然，本案例并非完美，其中仍然存在明顯的缺陷，集中表現(xiàn)為對(duì)學(xué)生前概念的掌握不準(zhǔn)確。在前置試驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)課時(shí)中連續(xù)進(jìn)行科學(xué)概念的構(gòu)建和實(shí)踐制造是不可行的，學(xué)生的前置水平并未能做到在40分鐘內(nèi)完成供換水系統(tǒng)。而在本課例的教學(xué)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)虹吸原理已經(jīng)有了初步的了解，知道該現(xiàn)象的存在，不過(guò)對(duì)現(xiàn)象的表述不夠清晰具體，不能辨明虹吸現(xiàn)象需要具備哪些具體條件。由此筆者反思，這堂課的重點(diǎn)不應(yīng)該放在原理的解釋上，將掌握虹吸原理的現(xiàn)象、發(fā)生條件和使用技巧作為制作出供換水系統(tǒng)的必要條件，運(yùn)用任務(wù)導(dǎo)向的方式引導(dǎo)學(xué)生開展主動(dòng)探究，能夠令學(xué)生有更好的機(jī)會(huì)將虹吸的科學(xué)知識(shí)直接內(nèi)化到其原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。當(dāng)然，這要求老師必須在課堂的結(jié)尾將學(xué)生形形色色的探究活動(dòng)收攏為一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、系統(tǒng)的表述，而這也是本課例沒有完善的一個(gè)漏洞。另一個(gè)漏洞與上述案例一樣，缺乏對(duì)數(shù)學(xué)的體現(xiàn)。在此案例中，測(cè)量?jī)蓚€(gè)容器的液面高度之差，并探究虹吸現(xiàn)象中水流的速度是否與液面高度間的落差存在關(guān)系，亦不失為一個(gè)可行的研究角度。有條件的還可以據(jù)此結(jié)論，提出用什么方法來(lái)控制水流速度，從而保持容器內(nèi)的液面高度相對(duì)穩(wěn)定。

如同科學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)領(lǐng)域之間具有相互作用一樣，在教育層面上，科學(xué)課的教學(xué)和STEM 課程的教學(xué)也是具有相互作用的?？紤]到學(xué)生的認(rèn)知與思維發(fā)展的階段性，教學(xué)活動(dòng)的編排需要符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，因此在STEM 課程教學(xué)中，應(yīng)該重視科學(xué)知識(shí)與方法的前置鋪墊。因此，在課程的開發(fā)設(shè)計(jì)階段，需要研讀《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，甄選出課程需要應(yīng)用的科學(xué)概念與方法，并借鑒科學(xué)課的教學(xué)方法，設(shè)計(jì)能夠幫助學(xué)生突破重難點(diǎn)的探究方式；在整體教學(xué)流程上，在提出問題與確定任務(wù)目標(biāo)之后，無(wú)須急著進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和制作，先加入一個(gè)掌握科學(xué)知識(shí)技能的環(huán)節(jié)，使得每一個(gè)學(xué)生，無(wú)論其前概念位于哪一個(gè)水平，在課堂上都可以沿著“知識(shí)—理解—應(yīng)用—分析—綜合—評(píng)價(jià)—?jiǎng)?chuàng)造”的思維金字塔獲得提高，避免出現(xiàn)學(xué)生根基不牢固卻盲目追求高階思維造成的無(wú)效課堂。