基于STEM教育的小學科學“做思共生”教學設計

徐文濤

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

【關鍵詞】STEM教育 做思共生 小學科學 教學設計

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）01A-0093-03

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

一、STEM“做思共生”科學教學設計的原則

STEM“做思共生”科學教學設計是為更好地培養學生綜合科學素養服務的，所以，STEM“做思共生”科學教學設計要在一定的框架內進行操作，必需遵循一定的原則。

（一）教學目標應包含多學科的內容，加強學科間的聯系

STEM“做思共生”科學教學設計的目標除了以科學學科的內容為主外，還要能夠體現技術、工程和數學等學科的內容。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驗為基礎

STEM“做思共生”教學設計要讓學生能在已有知識和經驗的基礎上探索出新的知識。因此，STEM“做思共生”科學教學設計必須把學生已有的知識經驗納入其中，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”科學教學設計中，也可以根據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

與學生生活密切相關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容，還要體現以學生為中心的教育理念和科學、技術、工程、數學的相互碰撞，更應著重培養學生綜合解決問題的能力和創新能力。因此，STEM“做思共生”科學活動的設計并不是簡單地將科學與工程、技術、數學組合起來，而是要把學生學習到的零碎知識與機械過程轉變成探究世界相互聯系的不同側面。

（一）以科學教材中的探究活動為基礎，設計基本型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、技術活動的方法和思路，就可以轉化為很好的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的研究活動有機結合到一起了。

《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化：在學生提出問題并進行假設之后，組織學生設計實驗方案并對自己的猜想進行驗證；接著進行工程、技術和數學方面的引導——“怎樣設計能使建造起來的橋梁更結實、美觀？”，讓學生小組在簡單交流之后，畫出設計草圖；再次交流后，指導學生修改設計圖；各小組根據設計圖建造橋梁；測試橋梁的承受力；分析數據，得出結論。其中的工程技術方面的活動，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的。簡言之，這還是一節科學課，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、精心設計，就可以把這些科學探究活動轉化成STEM科學“做思共生”活動。根據問題和任務的不同出發點，融入工程與技術，依據其內在的科學原理，科學探究問題可以轉化為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，所以從工程技術的角度出發設計的活動更容易達成科學、工程與技術的共同發展。

（二）以單元知識重組為基礎，設計應用型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用，真正實現“學以致用”，那么對于知識的系統化形成將起到重要的推動作用。

《電和磁》這個單元的內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，可以根據單元的知識特點，設計一個“闖關”形式的STEM活動——穿越電磁隧道。整個活動可以設計成三關：

第一關，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，根據指南針的指示進入隧道。

第二關，點亮長明燈。隧道內一片漆黑，需要點亮長明燈才可以順利前往。長明燈的開關是彈片式的，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，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，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掌握本單元的科學知識，并逐漸內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，設計創新型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，設計開發成STEM“做思共生”科學活動，促進學生創新、創造能力的形成。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。經過交流和討論，大家最終把目標集中在改良紙簍的結構上。方法確定之后，各小組設計、完善設計圖。經過交流、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計之后，依據設計圖給紙簍加裝了擋板。隨后又進行了多次測試和改進，最終的測試數據表明，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的研究延伸到課外：如果想把我們設計的紙簍通過工廠生產后拿到市場上賣，你覺得還需要做哪些改進？課后根據你的想法，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”科學教學設計的主要資源。在實踐中，教師要善于發現和利用這些資源，促進學生科學素養的不斷提高。

三、STEM“做思共生”科學教學設計需要注意的問題

（一）處理好教學時間和教學內容之間的矛盾

相對于單純的科學探究活動而言，STEM“做思共生”活動涉及的內容更加寬廣，需要的探究時間就會相應地增加，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

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造性思維，在遇到工程設計的問題時還要有設計的靈感、制作的技術。教師只有具備了這樣的素質，才能在活動中激發學生的創造性，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要求遠遠高于其他學科。目前，農村地區的大部分科學教師專業知識還不夠豐富，工程技術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知識，學習工程設計制造等方面的技能，更好地適應STEM教育活動的要求。

（三）要打破學科領域的界限

一個STEM“做思共生”科學活動往往會涉及多領域、多學科的知識，教師在開發設計STEM活動時，不要受到學科領域的限制，思維要靈活、寬廣，要大膽融合，敢于創新。

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

科學與工程、技術、數學學科的有機融合，是STEM“做思共生”科學教學設計的基本方法，也是豐富學生科學探究活動的有效策略，是實現深層次學習、創造性學習、提高學生科學素養的重要方式。我們要深刻認識STEM科學活動的重要作用，設計出更多的精品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展。

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（責編 周翠如）