STEM理念在初中科學(xué)教學(xué)中的實踐探索

陳愛娣

（浙江省杭州康橋中學(xué)，浙江杭州 310000）

STEM理念主要是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的縮寫，科學(xué)這門學(xué)科本身也具有多學(xué)科綜合性，這一理念恰恰適合多學(xué)科融合的教學(xué)。那么這一理念的引進，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和實踐能力，同時也提升了學(xué)生的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等方面的核心素養(yǎng)?？茖W(xué)教師要深入理解這一理念，并將這一理念充分結(jié)合初中科學(xué)教材內(nèi)容，創(chuàng)新課堂，讓學(xué)生做課堂的主人，讓學(xué)生在實踐中獲得真知，從而發(fā)揮這門科目的價值。

一、樹立STEM理念，明確培養(yǎng)目標

在傳統(tǒng)的科學(xué)課堂，往往是“就書論書”，教師自身存在一定的局限性，單純以理論知識的傳授為目的，這不僅會使課堂效率低下，而且會使學(xué)生因?qū)W(xué)習(xí)目的產(chǎn)生迷茫而收效甚微。所以，STEM理念是幫助教師明確教學(xué)目標，理解新課程改革中“核心素養(yǎng)培養(yǎng)”的重要理念。教師應(yīng)樹立STEM理念，將科學(xué)這門課程的教學(xué)目標分為“項目設(shè)計、自主探究、解決問題”三個層次。根據(jù)這三個層次，教師也可以充分而相對完美地做好課前準備，備課時可以進一步明確每一章節(jié)的詳略重點，進而將課程目標細化，設(shè)計貼近生活、凸顯實踐的教學(xué)活動，并有的放矢地針對學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、接受能力進行調(diào)整、改進，注重實踐，幫助學(xué)生提升科學(xué)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。盡管初中階段的課程難度并不是很高，但教師還是要在STEM教學(xué)過程中向?qū)W生明確每一堂課的教學(xué)目標，以便學(xué)生能夠主動找到學(xué)習(xí)的方向，如此學(xué)生在前期的學(xué)習(xí)及后期的復(fù)習(xí)過程，甚至是學(xué)習(xí)融合的學(xué)習(xí)中才能更加有效合理。

例如，浙教版初中科學(xué)九年級上冊第三章第4節(jié)《簡單機械——杠桿》這一課，建議教師基于STEM理念進行“凸出概念”的教學(xué)設(shè)計，因為這節(jié)課教材中對于杠桿這個概念的建構(gòu)充分體現(xiàn)了STEM教育理念的基本要求。旨在培養(yǎng)學(xué)生充分理解“杠桿”的概念，并在現(xiàn)實生活中理解杠桿原理的應(yīng)用，并與現(xiàn)實中的工程實際聯(lián)系起來，從而領(lǐng)悟這節(jié)課的真正學(xué)習(xí)目的，提高自己在生活中的科學(xué)實踐精神。那么，在本節(jié)課的課前“導(dǎo)入環(huán)節(jié)”就可以以“拔釘子”這個小實踐活動進行導(dǎo)入，讓學(xué)生通過動腦動手的探索實踐，引出“杠桿的概念，讓學(xué)生再次通過“手拿物體抬起”“踮起腳尖”等動作思考出人體中杠桿的五要素，進而引導(dǎo)學(xué)生逐步建構(gòu)杠桿模型。最后，引導(dǎo)學(xué)生將杠桿概念與現(xiàn)實中的工程實踐聯(lián)系起來，真正理解科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的學(xué)科關(guān)聯(lián)與融合。還有，教書“水的浮力”這一問題，教師可以選擇利用“紙船承重”的設(shè)計教學(xué)實踐活動，讓學(xué)生準備制作紙船的材料以及工具，通過讓學(xué)生自己動手制作紙船，在逐步跟隨教師引導(dǎo)下感受水的浮力，進而為學(xué)生引入“仿生模式—水禽”這一概念，幫助學(xué)生通過觀察水禽的形態(tài)以制作浮力更好的紙船模型，讓學(xué)生獲得試驗后的成就感，進而對“水的浮力在現(xiàn)實中的作用”有更為深入的理解，從而建立科學(xué)思維和理性探索意識[1]。

二、豐富教學(xué)方法，發(fā)揮學(xué)生主體作用

為了徹底打破傳統(tǒng)應(yīng)試教育的藩籬，讓教師的科學(xué)課堂充分體現(xiàn)趣味性和實踐性，STEM理念的引入可以助科學(xué)教師一臂之力。對于科學(xué)這門學(xué)科來說，教材的設(shè)計本身有一定的抽象性和枯燥性，因為教材的內(nèi)容編排以理論為主，多為符號語言，所以這對于新接觸這門學(xué)科的初中學(xué)生來說屬實具有一定的難度。如果一味地以傳統(tǒng)“灌輸式”講授為主，真的會令學(xué)生陷入迷茫，不僅無法適應(yīng)新科目學(xué)習(xí)，而且也對初中的學(xué)習(xí)喪失了信心。所以，教師要多花心思，改變傳統(tǒng)思維模式，創(chuàng)新教學(xué)方法，讓學(xué)生做課堂的主人，讓科學(xué)發(fā)揮其實踐性價值。

就拿“模型、符號的建立與作用”這一課來說，為幫助學(xué)生了解用符號和模型來表示復(fù)雜事物或過程這一科學(xué)方法并體驗建立模型的思想。教師可以利用“接地氣”的授課方式，利用貼近生活的教具，如隨身聽、飲料罐、地球儀、細胞模型、眼球模型等，在教學(xué)中利用“演示法”來引導(dǎo)學(xué)生進行課前思考，用趣味性打開學(xué)生思維的閘門，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師可以為學(xué)生展示隨身聽道具，讓學(xué)生暢談隨身聽的使用方法，相信學(xué)生并不陌生，學(xué)生會在暢談中猜想本節(jié)課要學(xué)的內(nèi)容是什么，進而在好奇心的驅(qū)使下被帶入課堂。在沒有漢字和說明書的情況下，教師可以通過機身上的符號來知道它的使用方法，進而引出符號和模型是現(xiàn)實生活中的“特殊語言”，學(xué)會用符號和模型表示事物是一種科學(xué)方法。這樣，學(xué)生就對這節(jié)課的內(nèi)容產(chǎn)生了濃厚的興趣。然后，在概念的講授中可采用“探究法”，將學(xué)生分為小組，教師提出問題并組織小組討論，最后綜合總結(jié)出所學(xué)的概念知識。例如，讓學(xué)生說出在以前的學(xué)習(xí)中、生活中曾用過的符號并簡單畫出來。這樣，學(xué)生通過小組討論、合作探究聯(lián)想到物理知識“速度v符號”、地理知識“冷鋒、暖鋒”符號等，并綜合大家的智慧畫出諸如交通標志、廁所標志、電源標志等簡圖來。這樣，既培養(yǎng)了學(xué)生對以往其他學(xué)科知識的歸納總結(jié)能力，同時也可以培養(yǎng)了他們的發(fā)散思維。進而，教師在“環(huán)環(huán)相扣”中啟發(fā)學(xué)生思考“為什么人們常用符號來表示事物呢？”例如，交通標志，用符號能簡單明了地表示事物；電流表符號，用符號可避免由于事物外形不同而引起的混亂；時間符號，用符號可以避免由于表達事物的文字語言不同而引起的混亂等。并進一步引導(dǎo)學(xué)生分析探索出飲料罐上的“開”的符號和“請勿亂丟”的提示符號的意義等。最后設(shè)計實踐活動：讓學(xué)生結(jié)合生活實際課外自己設(shè)計制作一些標志符號。這是對于“符號這一概念的教學(xué)，其中可以充分體會“探究法”所帶來的樂趣，這期間課堂氣氛會變得活潑，學(xué)生會有濃厚的興趣，調(diào)動了學(xué)生較強的參與意識，并在輕松的課堂節(jié)奏中理解和記住了符號的概念和內(nèi)涵，也明確了符號日常生活和其他科目之間的聯(lián)系，這種“融會貫通”能力對日后的學(xué)習(xí)有了一定的啟示，這也是STEM理念對科學(xué)課堂創(chuàng)新的啟發(fā)[2]。

其實課堂的教學(xué)方法有很多，教師可以靈活變通，因為初中學(xué)生最重視的就是課堂的新鮮感，所以在把握基本理念和教學(xué)目標的情況下，教師可以針對教授內(nèi)容改變教學(xué)方法。例如，還是這節(jié)課的知識，符號的教學(xué)利用了“探究法”，教師可以用“談話法”講授模型相關(guān)知識。教師可以把課堂設(shè)置成一個“科研室”，將地球儀、細胞模型、眼球模型、皮膚模型、水分子模型、航模、船模、宇宙飛船模型、建筑模型等放在講臺上，讓學(xué)生挑出自己感興趣的模型，暢談自己對模型的看法，根據(jù)大家的發(fā)言，教師總結(jié)講述：模型并不僅僅指我們可以看到的用各種材料制成的某種物體的或放大或縮小的復(fù)制品，如航模、各種建筑模型等。它甚至可以是一幅畫、一張表或是一個計算機軟件，如表示細胞結(jié)構(gòu)的“細胞模式圖”等。有的模型不是簡單地表示一個具體事物，而是表示一個過程，如描述水的三態(tài)變化的示意圖“水的三態(tài)變化模型”等。進而引出，我們經(jīng)常會用到構(gòu)建模型（即“建模”）的方法來幫助人們認識和理解一些不能直接觀察到的事物或過程，這是極為實用的科學(xué)方法。這樣，同樣以“講授”為主，但相對傳統(tǒng)課堂的講授來說，內(nèi)容顯得生動、飽滿，也利用道具調(diào)動了學(xué)生的發(fā)散思維，并在與學(xué)生交談中鍛煉了學(xué)生的分析能力和語言表達能力，這種方法可謂是“推陳出新”，具有很強的實用性[3]。

此外，不僅是課前導(dǎo)入和授課環(huán)節(jié)中，例題分析環(huán)節(jié)也同樣可以創(chuàng)新講授方法，可以利用教材中的題目也可以自行設(shè)計題目，注意題目設(shè)計的趣味性和學(xué)科綜合性。例如，在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)完“水狀態(tài)變化的模型”后，可以帶領(lǐng)學(xué)生進行一道趣味例題的練習(xí)，這道題根據(jù)物質(zhì)燃燒條件模型，回答在赤壁之戰(zhàn)中，周瑜的軍隊點燃戰(zhàn)船，熊熊燃燒的戰(zhàn)船借助東風直沖曹軍的木船，使曹軍的木船起大火。你認為曹軍的木船是什么物質(zhì)，木船燃燒的條件是什么？這樣的問題會大大吸引學(xué)生的做題興趣，并積極畫出燃燒條件模型，仿佛自己進入了“角色”，在分析“草船借箭”的原理，領(lǐng)悟諸葛軍師的智慧。在解答過程中也增強了對“可燃物”“木船燃燒的條件是氧氣、溫度達到著火點”兩方面知識的理解，并建立起用科學(xué)的視角看待問題的價值觀，從而使科學(xué)素養(yǎng)得到了升華[4]。

三、完善教學(xué)評價體系，提高學(xué)生綜合素質(zhì)

為保證初中科學(xué)教學(xué)的有效性落地，教學(xué)評價的設(shè)置是重要且必要的。STEM理念的宗旨也是幫助學(xué)生建立學(xué)科間的有效融合，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。所以，要不斷完善初中科學(xué)的教學(xué)評價體系，因為科學(xué)的學(xué)習(xí)最重要的是“探索精神”和“質(zhì)疑精神”，不僅要教會學(xué)生理論知識，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，而且還要教會學(xué)生如何在評價和質(zhì)疑中前行，像我們熟知的科學(xué)家一樣，不斷地“否定”“研究”“創(chuàng)新”最終取得對世界、對人類有巨大意義的科研成果。這樣才能更好地保證科學(xué)課堂教學(xué)的有效性，對學(xué)生未來的發(fā)展也起一定的引導(dǎo)和鋪墊作用，這也就保證了對學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標。

首先，評價主體的多元化STEM理念引入科學(xué)課堂教學(xué)，更多的是讓學(xué)生成為課堂的主人，以自主探究和合作交流為主，老師給予適時的指導(dǎo)，所以在進行教學(xué)評價時教師首先要針對學(xué)生在小組探究討論活動中的表現(xiàn)進行客觀評價（包括“參與度”“發(fā)言頻次”“創(chuàng)新度”“應(yīng)用能力”等各個方面）。在學(xué)習(xí)內(nèi)容方面，需要適時鼓勵學(xué)生以小組為單位進行自主評價，例如，對“物質(zhì)的溶解性”這一知識的評價內(nèi)容，應(yīng)該包括：物質(zhì)溶解性的實驗方法、論證過程以及結(jié)論等，并觀察總結(jié)學(xué)生在探究活動過程中的整體表現(xiàn)和個別表現(xiàn)，予以準確的評價和指導(dǎo)，不僅對科學(xué)理論知識的精確性進行評價，還要重點評價學(xué)生的跨學(xué)科應(yīng)用實踐能力，確保初中生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展。不僅是師生之間的評價，也可以將評價主體放眼于家庭層面，讓家長參與到評價活動中來，按照教師給予的評價要素，去填寫課后作業(yè)評價表，對學(xué)生的科學(xué)知識的掌握和實踐應(yīng)用能力進行評價反饋，這樣會促進教師多角度、全方位地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也會增強家庭教育的輔助作用，同時培養(yǎng)親子關(guān)系，讓“家校共育”發(fā)揮合力作用。此外，教師應(yīng)當鼓勵學(xué)生針對科學(xué)課程探究活動過程和結(jié)果進行總結(jié)與反思，提高學(xué)生的自我否定精神和總結(jié)創(chuàng)新能力，實現(xiàn)STEM理念的有效滲透，真正落實素質(zhì)教育[5]。

其次，教師除了注意評價主體多元化，還要注意評價內(nèi)容的全面化，STEM理念的意義在于，讓教師和學(xué)生轉(zhuǎn)變思想觀念，淡化“學(xué)習(xí)結(jié)果”（即考試分數(shù)），重視學(xué)習(xí)過程，從根本上轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)態(tài)度，進而達到思維能力的提高和精神內(nèi)涵的塑造。所以，教師對學(xué)生的評價一定要全面具體，不僅包括學(xué)習(xí)能力方面而且包括價值觀層面，建立一個“由表及里”的綜合評價體系，也更有利于自己日后更有針對性地進行教學(xué)改革創(chuàng)新和幫助學(xué)生全面發(fā)現(xiàn)。比如部分學(xué)生雖最終成績不理想，但仔細觀察其解題步驟不難發(fā)展，學(xué)生對教材中的概念及運用原則都很明確，只是對于題目中的數(shù)據(jù)容易疏忽，因為自己的粗心導(dǎo)致最后的錯誤。對于這類學(xué)生教師要以鼓勵為主，教育學(xué)生在做題時不要著急，做題結(jié)束之后再對照自己公式中的數(shù)字是否為題目中的數(shù)字。而對于本身就對教材概念不明確的學(xué)生，教師要懂得“松弛有度”，既要嚴格要求學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握，讓學(xué)生從思想層面明確初中科學(xué)學(xué)習(xí)的價值，也不要過分打壓學(xué)生的積極性，打消學(xué)生的自主性，如此才符合STEM理念下的教學(xué)目的，才能迎合學(xué)生的全面發(fā)展。

四、結(jié)束語

STEM 理念重點強調(diào)的是學(xué)生在自主探究過程中能夠?qū)N近生活的物理、化學(xué)、地理等知識都有深刻的理解，明確任何的科學(xué)實踐活動都是綜合學(xué)科的融合統(tǒng)一，使自身思想境界和精神品質(zhì)都得到升華，運用科學(xué)知識、科學(xué)思維去認識世界。所以，素質(zhì)教育對原本“不重視”的學(xué)科的重視，是對各科目的教師提出了高標準嚴要求，也希望初中科學(xué)教師能夠注重自身科學(xué)素養(yǎng)的提升，以培養(yǎng)新時期綜合素質(zhì)較高的人才。