STEM理念下的小學科學課堂教學初探

翁釗曄

【摘 要】隨著時代的發展，小學階段的科學教育越來越受到國家的重視，傳統的教學觀念與教學方法已難以滿足師生之間教與學的需求。近年來，STEM教育理念的興起為小學科學教學的研究打開了一扇嶄新的窗戶。STEM教育理念將科學、技術、工程、數學這四者有機地結合起來，是一種跨學科的、應用型的方法。它結合了動手做和基于問題的學習，強調學生對知識的應用能力的提升，引導學生動手動腦去學科學。如何將STEM理念融入小學科學課堂，更好地促進學生的發展，值得我們去思考。筆者將以《用紙造一座橋》為例，談談STEM理念在科學課堂中的運用。

【關鍵詞】STEM教育；科學課堂；工程

STEM 教育旨在以跨學科課程知識融合的方式培養學生科學探究能力和解決問題能力，幫助學生形成 STEM 素養，激發學生的學習動力，提高學生的學習能力，鍛煉學生的學習毅力，促進學生知識的內化遷移和創造力的進階發展[1]。

經過設計、實施，并且嘗試改進，筆者認為《用紙造一座橋》是一節能夠較好融入STEM理念的科學課。這節課需要學生聯系已有的關于結構形狀的相關知識，并且運用工程、數學有關內容去設計一個造紙橋的方案，嘗試去做，并且經歷交流反思、再次改進方案。整節課是聯系生活以及已有知識的過程，能夠激發學生的探究欲望，也是學生動手動腦相結合的過程。同時整節課是圍繞“設計”進行的，能夠培養學生的創新能力和思維能力；

一、《用紙造一座橋》中科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Maths）應用的體現

S：增強材料抗彎曲能力的方法；橋的結構和特點；

T：制作紙橋所需的各種材料、工具、方法的應用；

E：紙橋結構的規劃與調整；作品實用性思考；

M：設計圖的制作； 紙橋各部分所需材料多少的計算；

二、整節課的實施

筆者將整節課的實施分為：明確問題、制定合理的解決方案、實施方案、交流反思、優化方案再實施這五部分。

（一）明確問題

每節課都是根據一個主題或是項目進行的，在開始之前學生需要明確課程內容和要求，這樣才能夠為更好地完成探究任務打下基礎。

筆者先展示一組生活中橋梁的圖片以及本節課需要用到的實驗材料。在教師的引導下，學生會意識到課堂上所學的科學知識與實際生活中工程技術領域的建筑有著重要的聯系，甚至可以被自己利用起來去設計、創造屬于自己的紙橋，這是一個能夠激起學生主動去探究、去創新的過程，也是一個將技術、工程領域產品跟科學課結合起來的過程。接著出示任務：利用一張長77cm，寬55cm的報紙，制作長>25cm、寬>8cm、能夠承受大于200克重物的紙橋，引發學生思考。

（二）制定合理的解決方案

在這一階段，需要學生利用自身掌握的知識和思維能力進行分析，尋求解決問題的方法。當碰到較為復雜的問題時，就需要將問題細化分解成多個小問題，對這些小問題進行分析來尋求最終的解決方案。在這個環節中，教師先引導學生去探討制作紙橋需要注意哪些問題，學生會發現要想按要求制作紙橋需要考慮很多的問題。既要考慮所提供材料的特點，還要考慮橋的結構以及如何能夠承受200克的重量等，這些都需要解決。之后讓學生在組內討論橋的制作方案。

學生相互討論、質疑的過程也是產生思維沖突的過程，潛移默化地鍛煉了其思維的創造性。在這個過程中第一個難題是如何充分利用一張長77cm，寬55cm的報紙，制作長25cm寬8cm的紙橋；這個過程就需要學生去設計，利用數學知識去計算怎么裁剪才能利用好這張報紙；在設計的過程中體現了數學知識在科學探究中應用，用好數學知識更能夠幫助學生解決科學問題，也在科學課中強化了數學知識的運用。此外，在設計時又要考慮到橋的承重能力，也就需要學生去提取工程方面的知識來解決這個問題；在學生畫草圖中，再次將幾何的知識提取運用；在學生動手制作的過程中，又一次將理論的知識服務于實踐。

（三）方案的實施

在科學課堂中實踐是檢驗研究計劃的最好的方法。在這個過程中學生會碰到各種理想狀態下難以發現的問題，學生會意識到真正動手操作的難度，一定程度上也考驗了學生動手動腦相結合的能力，這跟STEM教育理念所傳達的內容相互吻合。同時也促進了學生的反思，為完善實施方案提供可能。

（四）交流反思

事實上，每個環節都應考慮到學生之間的交流，給予其機會表達自己的觀點、想法。但方案實施后的交流反饋顯得更加重要。在方案實施后的交流中，應該讓學生分享制作測試結果、改進設計方案的想法，以及支撐這些想法的依據等。

（五）優化方案再實施

筆者在拓展延伸環節再次布置任務，讓學生在反思的基礎上再按要求去重新設計制作一座紙橋。經歷這個過程，學生將再次建立系統的研究思路、并再次運用數學、工程、技術相關知識去解決科學問題。 三、總結

STEM教育是基于項目、 問題和設計的學習與操作過程，在這樣的過程中建立知識與生活之間的聯系，從而在學生腦中進行強化，深入潛意識，為創新提供了直覺基礎[2]。在《用紙造一座橋》這節課中，學生根據提出的紙橋要求，進行討論，分析，在分析問題的過程中，運用科學知識和工程思想設計解決方案。在學生親自動手制作的過程中，明白方案的可行性及需要解決的問題，在經歷交流反饋后，再對制作紙橋方案進行完善并再次動手實踐。整節課的教學過程中，體現科學、技術、工程、數學之間的整合，潛移默化地培養著學生分析問題，解決問題的能力，及小組合作探究和語言表達的能力。

處在小學階段的兒童對外界事物充滿著好奇，有一顆探索世界的童心，他們缺乏的是知識和經驗。筆者認為，如果能夠在科學課堂教學中融入STEM教育理念，引導學生利用所學知識解決問題，培養學生的實踐探究能力和創造性思維與批判性思維等，將對其科學素養的形成以及個體的發展起到舉足輕重的作用；也將為小學科學的發展插上翱翔的翅膀。

參考文獻：

[1]崔立，劉良貴.淺談美國STEM教育的建議及啟示[J].中國校外教育，2015，（01）：15.

[2]蔣志輝，趙呈領，周鳳伶，梁云真，黃琰. STEM教育背景下中小學生學習力培養策略研[J].中國電化教育，2017，（02）：25-32+41.