STEM教育理論下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐探索

張海琴

摘要：STEM教育近年來在教育領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，越來越多的教育工作者認(rèn)識(shí)到該教育模式的實(shí)踐價(jià)值，積極地將其運(yùn)用于教學(xué)中，打造以STEM教育理念為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)課堂，引導(dǎo)學(xué)生依托實(shí)際情境處理問題，提高學(xué)生的知識(shí)吸收融合速度，助力學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的提升。本文立足STEM教育理念，結(jié)合小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)際情況，著重分析有關(guān)教學(xué)策略，旨在為各位同人提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：STEM教育；小學(xué)科學(xué)；教學(xué)策略；研究分析

以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為載體的STEM教育，是一種融合多學(xué)科的跨學(xué)科教育模式，其能讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中收獲技能知識(shí)。同時(shí)，STEM教育關(guān)注情境式學(xué)習(xí)及現(xiàn)實(shí)問題，遵循“以生為本”的教育原則，并著眼于工程設(shè)計(jì)，注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)與工程素養(yǎng)，以及運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)處理現(xiàn)實(shí)問題的綜合能力。STEM不只是一門課程，它還是一種教學(xué)理念。即使是完成相同的目標(biāo)或者任務(wù)，也可以擁有不同的方案、設(shè)計(jì)與步驟，無需刻意關(guān)注最后的結(jié)果，重點(diǎn)在于反思與完善過程。一方面提升學(xué)生綜合探究能力，另一方面培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生學(xué)科綜合素養(yǎng)的提升。

1? ?STEM教育的基本概述

1.1基本內(nèi)涵

STEM教育是一種具有跨學(xué)科特點(diǎn)，且強(qiáng)調(diào)多學(xué)科融合教學(xué)的綜合性教育模式，即利用統(tǒng)一化的手段、方法，幫助學(xué)生提高其知識(shí)技能水平，同時(shí)讓學(xué)生做到變通處理生活中遇到的難題。在STEM教育的界定上，很多研究人員意見相左，其中獲得較大支持率的是以下兩種見解：其一，STEM教育的實(shí)質(zhì)是課程，主要指向多門學(xué)科或者四門課程間的相互融合，是以有目的整合各學(xué)科知識(shí)的形式解決現(xiàn)實(shí)問題的一類課程；其二，STEM教育是指囊括多門學(xué)科和多套教學(xué)方案的一種課程教學(xué)手段。事實(shí)上，在有關(guān)STEM教育內(nèi)涵的界定上應(yīng)防止“一刀切”，無論將其視為學(xué)科還是課程，抑或是教學(xué)手段和學(xué)習(xí)途徑，雖然在界定STEM教育時(shí)均有不同側(cè)重，但最終指向卻相同，即把存在聯(lián)系又彼此獨(dú)立的課程、學(xué)科相融合作為整體。

1.2主要特征

1.2.1跨學(xué)科

在STEM教育的諸多特征中，跨學(xué)科是最核心的特征，但并不是指STEM教育會(huì)把重心放置于指定的學(xué)科或者學(xué)科界限，而是重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)融合多門學(xué)科知識(shí)來處理實(shí)際問題，如科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)等。STEM教育是把這些學(xué)科組合為存在明顯關(guān)聯(lián)性的整體，并非隨意疊加不同的學(xué)科。

1.2.2綜合性

一方面，這一特征表現(xiàn)在教育目標(biāo)上，主要是為了讓STEM教育與學(xué)校教育產(chǎn)生聯(lián)系。通過STEM教育，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)很多理論知識(shí)，在現(xiàn)實(shí)生活中遷移運(yùn)用到工程、科學(xué)等領(lǐng)域，進(jìn)一步豐富其思考方式，使學(xué)生相互合作或者獨(dú)立開展調(diào)查研究與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。另一方面，在具體的教學(xué)實(shí)施中能展現(xiàn)很多優(yōu)勢(shì)功能，例如，STEM中包含的相關(guān)理論知識(shí)，技術(shù)與工程等。

1.2.3開放性

STEM教育無論在課程內(nèi)容還是教學(xué)評(píng)價(jià)等方面，均展示出明顯的動(dòng)態(tài)性及開放性。不同于傳統(tǒng)教育，STEM教育認(rèn)為知識(shí)一直處在動(dòng)態(tài)發(fā)展中。STEM將側(cè)重點(diǎn)放到理解知識(shí)上，所以選擇課程內(nèi)容時(shí)更具包容性，不會(huì)只局限在知識(shí)本身，而是突出強(qiáng)調(diào)將知識(shí)遷移運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中，處理實(shí)際問題。

1.2.4實(shí)踐性

STEM教育對(duì)于研究技術(shù)、工程等有關(guān)知識(shí)具有重要作用。通過深度講解技術(shù)與工程，旨在提升學(xué)生解決問題的綜合能力，以及對(duì)實(shí)踐本身與學(xué)習(xí)過程的高度重視，證明STEM教育的實(shí)踐性。此外，其實(shí)踐性也表現(xiàn)在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中，立足實(shí)踐并將項(xiàng)目作為支撐，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與探究實(shí)踐，讓學(xué)生將所掌握的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)更好地融入生活，意識(shí)到知識(shí)源于生活。

1.3注意事項(xiàng)

開展STEM教育與科學(xué)課程的深度融合，需要在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，形成多元化的課程融合實(shí)踐體系，促使不同學(xué)習(xí)能力學(xué)生的科學(xué)思維得到發(fā)展，提升學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力。小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐中涉及的知識(shí)內(nèi)容需要通過實(shí)踐的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，不僅需要符合科學(xué)的教學(xué)原則，為學(xué)生創(chuàng)造科學(xué)有序的實(shí)踐機(jī)會(huì)，還要讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與到實(shí)踐中，進(jìn)一步探索科學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生的操作能力和想象能力。教師應(yīng)注重與學(xué)生之間的互動(dòng)交流，避免課堂教學(xué)過于注重理論知識(shí)講解，忽略與實(shí)踐操作的關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致學(xué)生失去利用科學(xué)知識(shí)進(jìn)行探究的欲望，這樣就無法培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

1.3.1注重開放性和應(yīng)用性

基于學(xué)科融合的STEM課程開展，教師需要面向全體學(xué)生進(jìn)行科學(xué)教學(xué)實(shí)踐引領(lǐng)，帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化的教學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)與STEM教育相融合的、多種類型的科學(xué)教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目。學(xué)科融合的STEM課程具有內(nèi)在邏輯性和外在關(guān)聯(lián)性，能使學(xué)生在STEM學(xué)習(xí)項(xiàng)目中學(xué)會(huì)運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，借助合理的解決方案檢驗(yàn)過程，討論修正結(jié)果，幫助學(xué)生在開放性、應(yīng)用性的學(xué)習(xí)任務(wù)中形成科學(xué)的認(rèn)知，提升其設(shè)計(jì)能力，增強(qiáng)其探究意識(shí)。

1.3.2注重真實(shí)情境下的問題解決

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的STEM課程開發(fā)與實(shí)施，需要在學(xué)校全面支持的背景下，為學(xué)生構(gòu)建真實(shí)的情境。具有創(chuàng)造性的科學(xué)教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)與開發(fā)，能促使學(xué)生在STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中提升科學(xué)探究能力。因此，教師應(yīng)注重科學(xué)教學(xué)實(shí)踐設(shè)計(jì)的真實(shí)性，聚焦與生活實(shí)踐相聯(lián)系的真實(shí)科學(xué)問題。同時(shí)，教師要重視對(duì)學(xué)生在科學(xué)教學(xué)實(shí)踐中實(shí)踐操作能力、溝通能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作能力的培養(yǎng)，以開放性的學(xué)習(xí)過程和協(xié)作性的探究驅(qū)動(dòng)學(xué)生的協(xié)作與對(duì)話。

2? ?STEM教育理論下的科學(xué)教學(xué)策略

2.1創(chuàng)設(shè)科學(xué)學(xué)習(xí)情境

小學(xué)生對(duì)于技術(shù)與工程知識(shí)的理解存在一定難度，所以STEM教育和小學(xué)科學(xué)教學(xué)的融合，應(yīng)兼顧學(xué)生的認(rèn)知與能力水平。中年級(jí)的學(xué)生通過之前的課程學(xué)習(xí)已經(jīng)具備了一定的自主探究能力，知道如何學(xué)習(xí)簡單的技術(shù)與工程。“制作一個(gè)降落傘”便是以仿生學(xué)原理為依據(jù)，選用常見的生活材料嘗試探究設(shè)計(jì)一個(gè)生活化的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，旨在讓學(xué)生初步掌握仿生學(xué)的基本原則，并將其遷移運(yùn)用到日常生活中，為學(xué)生今后運(yùn)用此類仿生學(xué)案例奠定基礎(chǔ)。教師可先通過謎語游戲的形式讓學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，在謎語中引出這堂課的主要觀察對(duì)象蒲公英，同時(shí)為制作降落傘的研究項(xiàng)目做好鋪墊。學(xué)生通過觀察蒲公英種子，能直觀地發(fā)現(xiàn)蒲公英的種子會(huì)隨風(fēng)飄散傳播，然后教師在PPT上展示蒲公英種子飛行的圖片，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建降落傘和蒲公英種子之間的聯(lián)系，確定本次的探究主題。

2.2策劃科學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)

以“制作一個(gè)降落傘”為例，教師可以設(shè)計(jì)“構(gòu)建降落傘”“模型檢測及優(yōu)化”“交流評(píng)價(jià)”這三個(gè)環(huán)節(jié)。首先，教師通過展示降落傘的圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考降落傘的設(shè)計(jì)者由蒲公英種子獲得的啟示有哪些、降落傘主要由幾部分構(gòu)成，在學(xué)生思考的過程中滲透仿生學(xué)的知識(shí)。利用小學(xué)生喜歡動(dòng)手操作的特點(diǎn)，為學(xué)生準(zhǔn)備制作簡易降落傘的實(shí)驗(yàn)材料，如輕薄的塑料袋、黏土（輕質(zhì)）、線繩等。需要注意的是，不要讓學(xué)生直接單獨(dú)制作，而是要以小組為單位進(jìn)行。一是避免學(xué)生因?yàn)槊つ啃袆?dòng)而浪費(fèi)材料，二是提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。有的學(xué)生會(huì)提出降落傘應(yīng)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，外形輪廓應(yīng)流暢等觀點(diǎn)，此時(shí)教師應(yīng)總結(jié)并指導(dǎo)各組學(xué)生將自己的實(shí)驗(yàn)方案加以完善。為了讓學(xué)生直觀了解制作降落傘的步驟，教師可結(jié)合各組實(shí)驗(yàn)方案的重疊部分，在PPT上展示一套完整的制作流程，供學(xué)生參考。其次，各小組在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成降落傘的制作后，教師告知具體的檢驗(yàn)規(guī)則：各小組將降落傘在相同的高度放飛，記錄好降落傘在空中停留的時(shí)間，同時(shí)觀察其能否平穩(wěn)降落，檢測次數(shù)為兩次，在參與檢測的過程中，學(xué)生能了解到數(shù)學(xué)的測量方法和處理數(shù)據(jù)的基本知識(shí)等。有些小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不理想，此時(shí)教師應(yīng)引導(dǎo)其思考如何使降落傘更加緩慢地降落，如何調(diào)試降落傘模型，待學(xué)生調(diào)試完成后再進(jìn)行兩次試驗(yàn)，對(duì)比之前的記錄結(jié)果，直觀呈現(xiàn)改進(jìn)程度。最后，檢驗(yàn)降落傘模型之后，教師需要對(duì)探究結(jié)果、實(shí)施過程及結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，最好對(duì)表現(xiàn)突出者予以一定的精神和物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)。選出降落傘降落速度最慢的一組，讓其派出代表分享制作訣竅，在相互交流的過程中闡述個(gè)人意見并吸取他人觀點(diǎn)，從而豐富認(rèn)識(shí)。如果教學(xué)時(shí)間允許，組織學(xué)生討論日常生活中還有哪些發(fā)明是源于大自然，或者作為課時(shí)作業(yè)讓學(xué)生通過不同渠道搜集資料，在下一堂課進(jìn)行交流。

2.3以研究任務(wù)驅(qū)動(dòng)科學(xué)教學(xué)

教師在講解到“循環(huán)”時(shí)，一般會(huì)選擇垃圾填埋、廢物利用等例子，卻忽視了地球還能讓其他物質(zhì)進(jìn)入動(dòng)態(tài)循環(huán)。在“擁有循環(huán)能力的地球物質(zhì)”探究項(xiàng)目中，可以讓學(xué)生了解巖石循環(huán)發(fā)生于地下與地表的動(dòng)態(tài)過程中。該項(xiàng)目嘗試采用5E教學(xué)模式，為保障探究活動(dòng)的連續(xù)性，課程設(shè)置為5個(gè)課時(shí)，并且每堂課為學(xué)生安排不同的探究任務(wù)。

2.3.1第一課時(shí)探究任務(wù)

在學(xué)生進(jìn)行正式調(diào)查前，由教師拋出問題“何謂巖石？”給學(xué)生一些交流時(shí)間談?wù)勛约簩?duì)于巖石知識(shí)的了解，如巖石的種類、特征等。展示PPT讓學(xué)生嘗試判斷圖片中有哪些是巖石，教師不要直接告訴學(xué)生正確與否，而應(yīng)讓學(xué)生通過交流討論確定答案。然后學(xué)生將教師從網(wǎng)上購買的9個(gè)巖石進(jìn)行分類，需要投放到貼有沉積巖、火成巖以及變質(zhì)巖字樣的箱子中。

2.3.2第二課時(shí)探究任務(wù)

組織學(xué)生觀察沉積巖，結(jié)合個(gè)人觀察及之前預(yù)習(xí)的有關(guān)沉積巖出現(xiàn)、形成的資料講一講沉積巖的主要特征。教師為每個(gè)活動(dòng)小組提供適量的砂巖與一張黑色卡紙，一部分組員負(fù)責(zé)摩擦砂巖，其他組員使用放大鏡觀察掉落在卡紙上的顆粒物，然后回答PPT上展示的問題“沉積巖是怎樣形成的？”接著組織學(xué)生將帶蓋容器中裝些水，然后倒入適量的鵝卵石、粗河沙、土壤等，將瓶蓋擰緊并輕輕搖晃，靜置20分鐘后觀察瓶中情況。再提供給每個(gè)小組事先準(zhǔn)備好的一小袋蠟筆屑、一塊耐壓性較好的鋁箔，讓學(xué)生借此模擬沉積巖的形成過程。

2.3.3第三課時(shí)探究任務(wù)

聯(lián)系再循環(huán)拋出思考問題：“同學(xué)們，沉積巖通過循環(huán)能否成為火成巖？若是能，它的循環(huán)過程是怎樣的？”教師可以讓學(xué)生合作將鋁箔制作成能包住蠟筆屑（沉積巖）的容器，每組分別到講臺(tái)前讓老師加熱容器，待容器冷卻后交還給學(xué)生。而學(xué)生要對(duì)蠟筆屑的整個(gè)變化過程留心觀察，記錄沉積巖變成火成巖的主要過程。

2.3.4第四課時(shí)探究任務(wù)

教師先向?qū)W生提問：“變質(zhì)巖是什么，變質(zhì)巖是如何形成的？”然后為學(xué)生營造想象情境，即將自己想象成一個(gè)固體火成巖，再依據(jù)教師的語言描述逐漸感受自己轉(zhuǎn)變成為變質(zhì)巖的過程。以上任務(wù)完成后，學(xué)生把鋁箔容器交給教師，將其加熱至相對(duì)較軟的狀態(tài)，把鋁箔折疊并由教師輕輕擠壓，待冷卻后觀察新的變質(zhì)巖。組織學(xué)生討論在模擬壓力與熱力作用下，變質(zhì)巖的形成過程及其新性能。

2.3.5第五課時(shí)探究任務(wù)

教師可以為學(xué)生設(shè)計(jì)“暢游巖石循環(huán)”的學(xué)習(xí)活動(dòng)，活動(dòng)中主要包含填寫巖石的循環(huán)流程、繪制巖石循環(huán)圖等。讓學(xué)生扮演地球上的物質(zhì)，經(jīng)歷每個(gè)再循環(huán)過程。教師在教室內(nèi)布置7個(gè)小站點(diǎn)，不同站點(diǎn)的目的地不同，而且在各個(gè)站點(diǎn)放置一個(gè)玩具骰子，6個(gè)面分別代表不同的地球過程，拋擲骰子，根據(jù)上面的標(biāo)注，前往指定站點(diǎn)，由學(xué)生自己記錄所經(jīng)歷的各個(gè)過程。通過這一拓展活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在趣味活動(dòng)中走進(jìn)新的學(xué)習(xí)領(lǐng)域。

2.4延伸拓展科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)

在《觀察葉》這堂課的教學(xué)中，教師可以將教學(xué)內(nèi)容與日常生活相結(jié)合。在屏幕上出示樹葉圖片，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)這些樹葉及其名稱；展示生活中各種植物的葉子，鼓勵(lì)學(xué)生說出葉子所屬植物的名稱，再與圖片進(jìn)行比較；組織學(xué)生觀察、對(duì)比各種類型葉子之間的不同之處。正式進(jìn)行觀察前，由教師提供基本的觀察方法。完成觀察后全班交流，整理、總結(jié)之前的觀察結(jié)果并完成觀察記錄?；蛘咴赟TEM教育支撐下設(shè)計(jì)“樹葉貼畫”的探究活動(dòng)，融合美術(shù)課程，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，同時(shí)提升學(xué)生的審美素養(yǎng)。

綜上所述，科學(xué)教師要站在STEM教育與學(xué)科教學(xué)融合的角度。在小學(xué)科學(xué)課堂，既要幫助學(xué)生養(yǎng)成正確的科學(xué)態(tài)度與良好的科學(xué)思想，還應(yīng)將STEM教育與課程相結(jié)合，優(yōu)化并完善小學(xué)科學(xué)課程體系，讓學(xué)生真正學(xué)會(huì)思考、懂得研究，學(xué)有所得。

參考文獻(xiàn)：

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