STEM在小學科學教學中的實踐研究

黃凱

STEM教育源于美國，STEM是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學四門學科的簡稱。STEM教育并不是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學教育的簡單疊加，而是強調(diào)多學科的交叉融合，將四門學科內(nèi)容組合形成有機整體，以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與實踐能力。

近年來，我國STEM教育也是遍地開花，很多地方開始嘗試進行STEM教學，他們的嘗試給我們科學教育工作者積累了寶貴的經(jīng)驗。作為一名小學科學教師，筆者也在自己的小學科學教學中進行了STEM教育的嘗試，實際教學中我深深感到STEM教育在課程選擇、材料準備、教學方式等方面較以往的傳統(tǒng)科學教學有很大的改變，對于提升孩子的科學素養(yǎng)居功至偉。

一、課程綜合化，選擇多樣化

在小學科學教學中，我們將技術(shù)、工程、數(shù)學知識整合到小學科學教學中，實現(xiàn)課程綜合化，同時給學生自由選擇權(quán)，選取自己感興趣的內(nèi)容進行教學。

1.課程綜合化

課程綜合化是指在小學科學教學中，有機整合技術(shù)、工程、數(shù)學知識，并在教學中發(fā)展學生的數(shù)學、語言、技術(shù)等方面能力。以《小小建筑師》這一STEM方案為例，就整合了技術(shù)、工程、數(shù)學等方面知識，學生可以在輕松愉悅的學習中收獲知識，發(fā)展能力。

《小小建筑師》教學內(nèi)容是讓學生探究不同結(jié)構(gòu)建筑材料的特點，圍繞如何使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固開展設(shè)計與技術(shù)的教學活動。這是一個科學和技術(shù)交織在一起的案例，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性中既有科學原理，又蘊含著工程設(shè)計和操作技術(shù)。在活動中，學生首先探索三角形和正方形的特點，嘗試加固正方體和立方體，了解結(jié)構(gòu)的對稱性和穩(wěn)定性，理解三角形是一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，理解結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與結(jié)構(gòu)的形狀、所用材料的材質(zhì)、連接的方式等有關(guān)。最后通過設(shè)計和制作搭建建筑，運用三角形的穩(wěn)定性，探索建筑物的穩(wěn)固性。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性是一條有效的線索，它連接著與穩(wěn)固性和結(jié)構(gòu)相關(guān)的科學原理和工程技術(shù)。在這一活動中，學生不僅學習了數(shù)學方面關(guān)于幾何形狀的有關(guān)知識，還學習了工程方面的關(guān)于結(jié)構(gòu)材質(zhì)、連接方式等知識，最重要的是，學生最終建立了自己的“城堡”，學習變得如此的快樂。

2.選擇多樣化

在STEM課程選擇上，教師應(yīng)該給予學生更多的選擇權(quán)，同時教師也應(yīng)該從生活中遴選最恰當?shù)淖钸m合兒童探究的活動主題。有的STEM項目還把教育內(nèi)容游戲化，將基于探索和目標導向的學習嵌入游戲中。比如，《搭紙橋》的活動中，學生就好像在游戲中完成學習任務(wù)。在游戲開始，學生可以擁有更多的自主選擇權(quán)，他們可以選擇自己的合作伙伴，可以選擇合適的材料，甚至可以選擇自己喜歡的橋的樣式。正因為孩子擁有了那么多選擇權(quán)，學生在探究中才更投入，活動效果才會更佳。

二、材料準備生活化、專業(yè)化

在STEM教育中常常需要大量的材料，如何恰當、科學地準備材料也是科學教師必須要考慮的問題。

1.材料選擇生活化

選擇生活化探究材料作為STEM活動材料，主要是因為這些材料取材方便，來源廣泛，種類豐富，在彌補現(xiàn)有材料不足、豐富探究活動、把活動拓展到課外方面，能發(fā)揮積極作用。同時材料的收集可以讓學生來參與完成。學生在收集材料的過程中，會提前進入相關(guān)思維活動，提高參與活動的積極性。

例如，在教學教科版小學科學六年級上冊《工具與機械》單元時，我設(shè)計了STEM活動，利用簡單機械制作一個玩具。所需器材全部由學生完成。活動中，學生帶來了豐富多樣的材料：有家里拆舊下來的軸承，有自己玩的樂高玩具里的齒輪，還有自己用瓶蓋制作的滑輪等等，學生利用這些材料設(shè)計出多種多樣的玩具，對簡單機械的性質(zhì)作用有了更深入的了解。

2.材料選擇專業(yè)化

STEM教育活動中往往會用到一些專業(yè)化的工具和材料，如目前廣受關(guān)注的3D打印機、開源電路板等，還需要一些用來支持或指引擴充思維過程的認知工具，如Scratch可視化程序設(shè)計工具、概念圖工具、SPSS數(shù)據(jù)分析工具、網(wǎng)絡(luò)溝通工具、三維建模工具等。這些專業(yè)工具材料以及軟件的使用對于廣大科學教師來說既是挑戰(zhàn)，又是福音，它意味著科學教師既可以運用這些新技術(shù)工具，又要不斷地學習使用新工具，掌握這些新的技術(shù)手段。

另外，為了適應(yīng)人們對STEM教育的需要，許多教具生產(chǎn)廠家也推出了一系列的STEM課程材料包，教學時，教師也可以選擇合適的材料包使用，這樣可以節(jié)省出大量時間運用到教學環(huán)節(jié)的設(shè)計上，確保有好的教學成效。

三、教學方式學生中心化，評價多元化

1.教學方式學生中心化

STEM提供了學生動手做的學習體驗，學生應(yīng)用所學的數(shù)學和科學知識應(yīng)對現(xiàn)實世界問題，創(chuàng)造、設(shè)計、建構(gòu)、發(fā)現(xiàn)、合作并解決問題。因此，STEM教育必須以學生為中心，注重學生的體驗，讓學生在參與、體驗中不僅獲得結(jié)果性知識，還習得蘊含在項目問題解決過程中的過程性知識。這種在參與、體驗中習得知識的方式對學生今后的工作和生活的長遠發(fā)展會產(chǎn)生深刻影響。

當然STEM教育重視學習者學習主體地位的同時，也不能忽視教師的指導作用。STEM教師既需要保持對各個教學環(huán)節(jié)的控制、管理、幫助和指導，又需要從課堂主角變?yōu)槟缓髮а荩蔀閷W生意義建構(gòu)的幫助者、促進者。

2.評價方式多元化

STEM教育的評價過程應(yīng)該改變以往單一的評價方式，強調(diào)多元評價主體、形成性評價、面向?qū)W習過程的評價。

為了在STEM教育活動過程中更好地達到教學目標，教師要注重評價方式的多元化，需要在教學過程中不斷進行形成性評價。通過使用量表、行為觀察和知識測驗等形式了解學生階段性的教學成果和存在問題，及時對STEM活動方案進行修改、完善。在活動關(guān)鍵階段或者活動完成時，我們也可以采用總結(jié)性評價以檢驗學習效果是否達到預(yù)期的教學目標。STEM教學側(cè)重于培養(yǎng)學習者解決實際問題的能力，比傳統(tǒng)的紙筆測試更加靈活多樣，并關(guān)注學習者的真實能力。

應(yīng)該說，對于STEM教育我只是個“小學生”，所做的只是一般性的嘗試，要真正發(fā)揮STEM教育的長處，科學教師還應(yīng)該多下功夫把科學、技術(shù)、工程、數(shù)學這四種彩線，交織在一起，融合在一起，才能織出絢麗的畫卷。

【作者單位： 淮安市實驗小學 江蘇】