開展小學STEM教育的思考

顧健彭

STEM教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）四門學科的英文縮寫。STEM教育理念最大的特征是跨學科的知識融合，從某些角度上來說與中小學的綜合實踐課程非常契合。STEM教育在實際的教學實踐中應注意科學、技術、工程、數(shù)學四門學科的融合，而不應該是簡單的學科疊加。在具體的實施過程中，四門學科的位置是一致的嗎？筆者認為，小學科學作為一門基礎性、綜合性課程，無論是課程特點、價值追求還是育人目標，都為STEM教育教學在小學學段提供了良好的實踐平臺，以科學學科為主導的STEM教學也許更有探究性和可操作性。筆者以《水果發(fā)電》為例，進行STEM教育教學設計的闡述。

一、融合學科，使STEM更具可操作性

在STEM教育中，科學、技術、工程、數(shù)學之間存在著相互支撐、相互補充的關系，四門學科關系如此緊密，在實踐教學中任何一門學科都不能獨立存在。筆者在不斷地實踐和思考中發(fā)現(xiàn)在小學STEM教育中，將四門學科有效融合開展STEM教育教學，會使課程更有探究性和可操作性。

追本溯源，小學科學本就是包含科學、工程、技術的綜合性課程。教育部頒布的《小學科學課程標準》明確指出：“當今世界，科學發(fā)現(xiàn)與技術創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，為人類在更大范圍、更深層次上認識并合理利用自然提供了可能?？茖W技術推動了生產力的發(fā)展、經濟的繁榮和社會的進步，促進了人們的生產方式、生活方式和思維方式的變革?？茖W技術的快速發(fā)展對每一位公民的科學素養(yǎng)提出了新的要求。”由此我們發(fā)現(xiàn)，小學課程標準中，“科學”與“技術”兩個詞語本就綁定在一起，并且“科學技術”一詞在課程標準中多次出現(xiàn)。此外在“課程性質”這一章節(jié)中，課程標準明確提出：“小學科學課程是一門綜合課程，理解自然現(xiàn)象和解決實際問題須要綜合運用不同領域的知識和方法。”要求需從“技術與工程”等四個領域，綜合呈現(xiàn)科學知識和科學方法，甚至強調了科學課程要與并設的數(shù)學等課程相互滲透，以促進學生的全面發(fā)展。因此，實施小學科學課程，本身就要樹立“大科學”理念。小學科學在實施過程中，有必要適切融合工程、技術、數(shù)學等各個學科核心要素，以深化學習內容，提升學生的科學素養(yǎng)。

探究創(chuàng)新，小學科學和STEM教育有共同價值追求。從STEM教育產生背景和發(fā)展目標來看，STEM教育的出現(xiàn)是源于20世紀80年代美國對科技人才缺失的反思。他們試圖通過STEM 教育培養(yǎng)中小學生的科學思維能力和科技創(chuàng)新素養(yǎng)，成為提高國民科學素養(yǎng)，保持國際競爭力的重要教育方式。而現(xiàn)階段，我國科技人才同樣缺乏，特別是高端科技領域，創(chuàng)新型人才的缺失更為嚴重，這也正是我國各級教育部門和眾多學校熱衷于探索實踐STEM教育的重要原因。STEM是一種偏理科的綜合學科交融教育，科學探究是STEM教育的主要學習形式之一，創(chuàng)新意識是STEM教育的主要培養(yǎng)目標，要求一線教師和學生對一個課題項目進行學習探討時，在學習方法和教學形式上進行不斷創(chuàng)新。簡單地說，沒有探究和創(chuàng)新，STEM教育就會缺失其學科價值和靈魂，失去其發(fā)展的動力。而科學探究正是小學科學最重要的課程活動方式，培養(yǎng)創(chuàng)新意識正是小學科學最重要的育人目標。課程標準中，培養(yǎng)創(chuàng)新一詞出現(xiàn)14次，探究一詞出現(xiàn)了164次。通過這個數(shù)字可以看出，創(chuàng)新對小學科學，特別是低學段教學來說可能要求偏高，但科學探究不僅是小學科學的核心、目標，也是小學科學重要的學習方式。因此我們不難發(fā)現(xiàn)，探究創(chuàng)新是小學科學和STEM教育共有的價值追求。

思維拓展，小學科學和STEM教育有著共同的育人目標。小學科學既是一門基礎性課程，又是一門實踐性課程。作為基礎性課程，科學課堂需要讓學生了解符合他們認知水平的生活常識和科學知識，探究一些常見的自然現(xiàn)象，解決一些簡單的生活實際問題，提升他們的科學核心素養(yǎng)。但是科學核心素養(yǎng)的提升不僅僅是科學知識的儲備，更重要的是讓學生掌握基本的科學方法，通過各種活動性課程，發(fā)展他們的邏輯性思維、創(chuàng)新性思維、發(fā)散性思維、逆向性思維等能力。小學科學課程上需要進行大量的實踐活動，這些活動能夠積極有效地鍛煉和提升學生的思維能力，這也是小學科學重要的育人目的。STEM教育是一門濃厚的理科性綜合課程，其核心目標是培養(yǎng)學生的工程思維和科學思維能力。工程性思維和科學性思維都是綜合性思維，培養(yǎng)學生這些綜合性思維能力，一是需要學生掌握一定的科學技術理論知識，二是在日常的學習實踐中，由教師不斷地引導他們運用邏輯性思維、創(chuàng)新性思維等多種思維方式，去發(fā)現(xiàn)問題、討論問題、解決問題，以提升學生思考問題的能力，培養(yǎng)學生良好的思維品質。由此看來，STEM教育作為一種高階思維人才培養(yǎng)模式，小學科學課程不僅為其提供了一定的知識儲備，更提供了豐富的思想方法。因此，筆者認為小學科學課程在思維培育方面與STEM教育有著高度的契合性，有著共同的育人目標。

二、開展活動，體現(xiàn)STEM跨學科理念

“水果發(fā)電”教學活動是小學科學五年級上冊“電和磁”單元的知識衍生。在教學設計之初，為了讓學生通過信息化手段多了解水果發(fā)電知識，體現(xiàn)STEM教育的跨學科理念，筆者做了三個活動：

活動一：要求學生在課前制作以“水果發(fā)電”為主題的賀卡和手抄報，促進學生對水果發(fā)電科學原理的自主學習;活動二：課堂上，組織學生利用銅片和鎂片插入不同水果形成閉合電路，點亮小燈泡。通過實驗操作，學生了解到水果的數(shù)量、種類、金屬片插入的深度等因素都會影響小燈泡的亮度;活動三：要求學生利用水果電池制作一個手工作品，將其作為新年禮物送給父母。

活動一指向美術設計，活動二偏向科學探究，活動三則是創(chuàng)意設計和價值體現(xiàn)，三個活動組合成一次STEM活動，都是圍繞“水果發(fā)電”這一主題展開，集合了科學、技術、工程、數(shù)學甚至藝術等多個學科元素。教師通過STEM教學方式，讓學生通過信息手段了解一些基本的科學原理，并激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。但在后來的課堂復盤重審時，筆者意識到了這節(jié)課的缺失之處：STEM教育的學科融合，不應該是不同學科的簡單疊加，而是要把各學科碎片化的知識不斷地融合，讓整個學習的過程轉化為一個學生通過探究世界相互聯(lián)系而提升能力的過程。

基于對STEM的思考，對于“水果電池”活動的教學筆者重新進行構建和設計。在讓學生了解到水果的數(shù)量、種類、金屬片插入的深度等因素都會影響小燈泡的亮度之后，教師進一步提出探究性問題：影響小燈泡亮度的根本原因是什么？通過教師引導和小組合作，學生會發(fā)現(xiàn)水果中的酸性物質才是小燈泡發(fā)光的根本因素。由此，學生對水果電池的研究從淺表層向深層次拓展，從表象研究向根本性研究轉變，也就是從“What”向“Why”的提升。那么對于“水果電池”的研究是不是就結束了？我們是否還可以進一步的探究？其實到這一階段，課程的實施還停留在“科學發(fā)現(xiàn)階段”。如何將我們的學習從發(fā)現(xiàn)向設計、建造甚至發(fā)明進一步推進呢？由此，可以從兩個方面提醒學生，一是因為水果的酸性特質導致小燈泡亮度發(fā)生變化，由此我們可以通過逆向思維思考一下，是否可以通過小燈泡亮度的強弱制作一款簡單的水果酸（甜）度測試裝置？二是本節(jié)課我們通過水果制作了一個簡單的閉合電路，點亮小燈泡，但“水果電池”仍有不便攜帶和保存的問題，該問題如何解決？可不可以利用身邊的酸性物質，制作一個簡單便攜的電池模型？通過以上兩個環(huán)節(jié)，學生在掌握基本科學規(guī)律的基礎上，運用簡單的工程意識和技術手段來設計一些簡單的科學裝置。由此，本次“水果電池”STEM教學活動，以科學學科為主導，充分融合技術、工程、數(shù)學各學科要素，基本體現(xiàn)STEM教育的核心理念。

綜上所述，從課程標準、價值追求、育人需求等多個方面來思考，小學科學都應該是STEM教育在小學校園落地生根的最好平臺，并且在具體的實踐教學中應該發(fā)揮主導作用。另外，作為小學科學教師也應該提升自己的綜合素質，多嘗試運用STEM教育理念，創(chuàng)新自己的教學手段，會有意想不到的教學成就感。

■ 編輯/陸鶴鳴