基于STEM教育的小學科學“做思共生”教學設(shè)計

徐文濤

【摘要】科學STEM活動是培養(yǎng)學生科學核心素養(yǎng)的重要載體。本文論述了基于STEM教育理念的小學科學“做思共生”教學設(shè)計要加強學科間的聯(lián)系、以學生的已有知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)、以學生的生活為切入點，通過設(shè)計基本型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型的STEM“做思共生”科學活動，培養(yǎng)學生的科學綜合素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】STEM教育 做思共生 小學科學 教學設(shè)計

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）01A-0093-03

當前，教育界對核心素養(yǎng)的關(guān)注度特別高。核心素養(yǎng)主要是指學生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)他們終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。延伸到科學學科領(lǐng)域，核心素養(yǎng)指的是學生通過科學學習形成的生態(tài)意識、理性思維、勇于探究、批判質(zhì)疑、解決問題等方面的必備品格和關(guān)鍵能力。科學課程發(fā)展到今天，STEM教育已經(jīng)成為科學課程改革的發(fā)展方向，是提升學生科學素養(yǎng)和實現(xiàn)科學教學“做思共生”的重要載體。STEM教育強調(diào)基于問題、基于工程設(shè)計、基于項目的學習，需要科學、技術(shù)、工程和數(shù)學的整合，這意味著科學教學要打破學科壁壘，要利用科學、技術(shù)、工程、數(shù)學等多學科相互關(guān)聯(lián)的知識解決問題。在“科學素質(zhì)教育”走向“科學素養(yǎng)教育”的過程中，STEM教育已經(jīng)成為一種重要的載體。如何在STEM教育理念指導下開發(fā)出小學科學“做思共生”的教學設(shè)計，是值得教師深入研究的問題。

一、STEM“做思共生”科學教學設(shè)計的原則

STEM“做思共生”科學教學設(shè)計是為更好地培養(yǎng)學生綜合科學素養(yǎng)服務(wù)的，所以，STEM“做思共生”科學教學設(shè)計要在一定的框架內(nèi)進行操作，必需遵循一定的原則。

（一）教學目標應(yīng)包含多學科的內(nèi)容，加強學科間的聯(lián)系

STEM“做思共生”科學教學設(shè)計的目標除了以科學學科的內(nèi)容為主外，還要能夠體現(xiàn)技術(shù)、工程和數(shù)學等學科的內(nèi)容。各學科的教學目標要高度融合，邏輯性要強，要恰如其分，不能生硬地羅列。

（二）要以學生的已有知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)

STEM“做思共生”教學設(shè)計要讓學生能在已有知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上探索出新的知識。因此，STEM“做思共生”科學教學設(shè)計必須把學生已有的知識經(jīng)驗納入其中，使學生能在教學活動中引出已有的知識或想法，進而幫助他們建立起新的知識或鞏固原有的知識。當然，在STEM“做思共生”科學教學設(shè)計中，也可以根據(jù)需要適當融入一些新的知識。如《紙簍的研究》活動中，命中率的計算方法對于四年級學生來說是新的數(shù)學知識，需要教師先進行方法指導。

（三）切入點要與學生生活密切相關(guān)

與學生生活密切相關(guān)的問題更容易引起學生的共鳴。因此，STEM“做思共生”科學教學設(shè)計要基于學生在學習、生活中遇到的問題，這樣學生研究的欲望會更加強烈，參與活動的積極性會更高，更容易達成教學目標。

二、STEM“做思共生”科學教學設(shè)計的途徑

一個好的STEM科學教學活動，不僅要有富有吸引力的內(nèi)容，還要體現(xiàn)以學生為中心的教育理念和科學、技術(shù)、工程、數(shù)學的相互碰撞，更應(yīng)著重培養(yǎng)學生綜合解決問題的能力和創(chuàng)新能力。因此，STEM“做思共生”科學活動的設(shè)計并不是簡單地將科學與工程、技術(shù)、數(shù)學組合起來，而是要把學生學習到的零碎知識與機械過程轉(zhuǎn)變成探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面。

（一）以科學教材中的探究活動為基礎(chǔ)，設(shè)計基本型STEM“做思共生”科學教學活動

我們不要把STEM科學活動看成是“高大上”的東西，其實現(xiàn)行科學教材中的許多探究活動都含有STEM元素，只要稍加改造，吸收一些工程、技術(shù)活動的方法和思路，就可以轉(zhuǎn)化為很好的STEM活動。科學探究活動主要是研究“為什么”的問題，工程技術(shù)活動主要解決“怎樣做”的問題，而我們在探究“為什么”的過程中，往往伴隨著“怎樣做”的活動，這樣就把科學的學習活動與工程技術(shù)的研究活動有機結(jié)合到一起了。

《建橋梁》（五年級下冊）一課中有這樣一個探究活動“不同類型的橋梁承受力一樣嗎？”，在教學過程中，我們重點研究了不同橋梁的承受力有何不同，對于怎樣建造比較理想的橋梁卻基本沒有涉及。對于這個科學探究活動，我們可以這樣進行轉(zhuǎn)化：在學生提出問題并進行假設(shè)之后，組織學生設(shè)計實驗方案并對自己的猜想進行驗證；接著進行工程、技術(shù)和數(shù)學方面的引導——“怎樣設(shè)計能使建造起來的橋梁更結(jié)實、美觀？”，讓學生小組在簡單交流之后，畫出設(shè)計草圖；再次交流后，指導學生修改設(shè)計圖；各小組根據(jù)設(shè)計圖建造橋梁；測試橋梁的承受力；分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。其中的工程技術(shù)方面的活動，是為“不同類型的橋梁承受力一樣嗎？”這一科學探究活動服務(wù)的。簡言之，這還是一節(jié)科學課，所以從總體上來說，這是一個很好的STEM“做思共生”科學教學設(shè)計。

在科學教材中，類似這樣的探究活動還有很多，如《降落傘》《折形狀》《搭支架》等，只要教師潛心研究、精心設(shè)計，就可以把這些科學探究活動轉(zhuǎn)化成STEM科學“做思共生”活動。根據(jù)問題和任務(wù)的不同出發(fā)點，融入工程與技術(shù)，依據(jù)其內(nèi)在的科學原理，科學探究問題可以轉(zhuǎn)化為STEM問題；又因為解決工程問題時必然會涉及科學的知識和原理，所以從工程技術(shù)的角度出發(fā)設(shè)計的活動更容易達成科學、工程與技術(shù)的共同發(fā)展。

（二）以單元知識重組為基礎(chǔ)，設(shè)計應(yīng)用型STEM“做思共生”科學活動

科學學科的“學”一定要和“用”緊密地聯(lián)系起來，只有這樣，“學”才能更有意義。一個主題單元學過之后，學生積累了比較豐富的相關(guān)主題的知識，但是對于學生來說，這些知識可能還比較零碎，學生缺乏整體、系統(tǒng)的認識。這時候，如果通過一個STEM活動，讓學生把單元中所學的知識在這個活動中應(yīng)用，真正實現(xiàn)“學以致用”，那么對于知識的系統(tǒng)化形成將起到重要的推動作用。

《電和磁》這個單元的內(nèi)容主要包括簡單電路、導體和絕緣體以及判斷暗盒里的電路、磁鐵、電磁鐵等。學完之后，可以根據(jù)單元的知識特點，設(shè)計一個“闖關(guān)”形式的STEM活動——穿越電磁隧道。整個活動可以設(shè)計成三關(guān)：

第一關(guān)，尋找南門。先搭建好一個隧道，隧道有東、西、南、北四個入口，只有從南門才能安全進入。學生可以利用教師提供的器材，制作一個指南針，根據(jù)指南針的指示進入隧道。

第二關(guān)，點亮長明燈。隧道內(nèi)一片漆黑，需要點亮長明燈才可以順利前往。長明燈的開關(guān)是彈片式的，只有一直用磁鐵吸引才能接通電流。但磁鐵太重，必須做一個支架托著才可以。

第三關(guān)，放下吊橋。前進的通道上有一條河，河上有一座吊起來的吊橋，學生要在河邊的一輛小車上綁上一塊電磁鐵，把小車推向河邊停好。如果電磁鐵伸出的一端長度適當，那么通電后，就可以通過吸引控制吊橋的開關(guān)，把吊橋放下來，人即可通過。

利用這樣的STEM活動，學生可以真正理解并系統(tǒng)掌握本單元的科學知識，并逐漸內(nèi)化為解決問題的能力，這才是科學教學的根本目的所在。

（三）以生活中的問題為核心，設(shè)計創(chuàng)新型STEM“做思共生”科學活動

科學學習的最終目標是解決生活中的問題。因此，教師平時可以有意識地圍繞生活中的一些問題，設(shè)計開發(fā)成STEM“做思共生”科學活動，促進學生創(chuàng)新、創(chuàng)造能力的形成。這些問題的來源最好是學生在生活中遇到的問題，這樣學生解決問題的欲望會更強烈些，有利于提高活動的效率。

比如，班級紙簍的周圍經(jīng)常散落著許多廢紙，這是學生從遠處對著紙簍扔廢紙造成的。于是，有的學生就想：怎樣讓廢紙都能扔進紙簍呢？這是一個很有研究價值的問題。把這個問題帶到課堂上后，學生想出的辦法可謂五花八門。經(jīng)過交流和討論，大家最終把目標集中在改良紙簍的結(jié)構(gòu)上。方法確定之后，各小組設(shè)計、完善設(shè)計圖。經(jīng)過交流、對比、評價，學生一致認為在紙簍后面加上一塊擋板的辦法簡單可行。各小組對紙簍進行設(shè)計之后，依據(jù)設(shè)計圖給紙簍加裝了擋板。隨后又進行了多次測試和改進，最終的測試數(shù)據(jù)表明，紙簍加裝擋板后，很少再有紙被扔到紙簍外。最后教師引導學生把課內(nèi)的研究延伸到課外：如果想把我們設(shè)計的紙簍通過工廠生產(chǎn)后拿到市場上賣，你覺得還需要做哪些改進？課后根據(jù)你的想法，把紙簍再完善一下。

來源于學生生活中的問題，是STEM“做思共生”科學教學設(shè)計的主要資源。在實踐中，教師要善于發(fā)現(xiàn)和利用這些資源，促進學生科學素養(yǎng)的不斷提高。

三、STEM“做思共生”科學教學設(shè)計需要注意的問題

（一）處理好教學時間和教學內(nèi)容之間的矛盾

相對于單純的科學探究活動而言，STEM“做思共生”活動涉及的內(nèi)容更加寬廣，需要的探究時間就會相應(yīng)地增加，一堂課往往解決不了問題，因此，教師要科學安排STEM活動的時間。通常可以將一個STEM活動按尋找解決方案、開展實驗研究、成果展示交流、活動評價等階段分為若干個課時來開展。當然，在具體實施過程中，可以根據(jù)實際情況靈活安排活動的時間。如，可以讓學生在課后完成實驗研究的過程，課堂上直接交流展示研究的結(jié)果；也可以把解決問題的方案放到課外完成，課堂上再進行交流評價等。

（二）教師要不斷提高自身的STEM綜合素養(yǎng)

一個STEM科學活動的教學需要多種知識和技能的融合，不僅需要科學方面的知識與研究方法，還需要工程技術(shù)手段的輔助。也就是說，作為一名STEM活動的指導教師不僅要有創(chuàng)造性思維，在遇到工程設(shè)計的問題時還要有設(shè)計的靈感、制作的技術(shù)。教師只有具備了這樣的素質(zhì)，才能在活動中激發(fā)學生的創(chuàng)造性，更好地指導學生的STEM活動。

STEM“做思共生”科學活動的教學具有適用面廣、實施條件靈活等特點，對科學教師的綜合素質(zhì)要求遠遠高于其他學科。目前，農(nóng)村地區(qū)的大部分科學教師專業(yè)知識還不夠豐富，工程技術(shù)方面知識還顯得單薄，不能滿足STEM活動的指導要求，限制了STEM活動的開展。因此，科學教師要與時俱進，通過自學及各級培訓汲取更加豐富的專業(yè)知識，學習工程設(shè)計制造等方面的技能，更好地適應(yīng)STEM教育活動的要求。

（三）要打破學科領(lǐng)域的界限

一個STEM“做思共生”科學活動往往會涉及多領(lǐng)域、多學科的知識，教師在開發(fā)設(shè)計STEM活動時，不要受到學科領(lǐng)域的限制，思維要靈活、寬廣，要大膽融合，敢于創(chuàng)新。

如“研究空氣動力小車”這個STEM“做思共生”科學活動，研究的內(nèi)容就涉及動力的選擇、小車的設(shè)計與制作、數(shù)據(jù)的測量與分析等，涵蓋了科學、工程、技術(shù)、數(shù)學等學科知識，科學學科具體涉及物質(zhì)世界領(lǐng)域的“運動與力”、地球與宇宙領(lǐng)域的“空氣”，這樣的有機融合，有利于學科知識的整合，更能激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維。

科學與工程、技術(shù)、數(shù)學學科的有機融合，是STEM“做思共生”科學教學設(shè)計的基本方法，也是豐富學生科學探究活動的有效策略，是實現(xiàn)深層次學習、創(chuàng)造性學習、提高學生科學素養(yǎng)的重要方式。我們要深刻認識STEM科學活動的重要作用，設(shè)計出更多的精品STEM“做思共生”科學活動，努力將STEM教育引入科學課堂，不斷推進科學課程改革向縱深發(fā)展。

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（責編 周翠如）