STEM教育理念下的小學科學教學

張碩司

目前，國家越來越重視STEM教育，以培養未來型人才。STEM教育就是讓學生面對真實情境中的問題，通過團隊合作將科學（S）、技術（T）、工程（E）和數學（M）有機統一，運用跨學科的知識與方法來解決復雜問題，培養學生的自主性、主動性和創造力。推進STEM教育是全面提升小學科學基礎教育質量的重要抓手，符合小學科學教育發展的方向。

《設計制作小賽車》的教學內容來自教科版小學科學五年級上冊第四單元《運動和力》，共8個學時，內容分成四部分：了解重力、彈力、反沖力，用這些力作動力使小車動起來；學習測量力的大小；研究摩擦力；用所學知識設計制作一個小車。這樣設置的目的是讓學生在學習和探究理解相關知識與“力”的概念之后，再運用所學知識動手制作一部小賽車。

在小學科學課堂上，按部就班的科學探究，并不能達到最好的教學效果：一是不能最大化激發學生的學習興趣，二是學習目標不夠明確，三是缺乏學生自我展示空間。而STEM教育恰好可以解決這些問題，它是基于項目的學習，將學生置于真實情境下，同時具有明確目標，要求學生解決若干問題，通過完整的制作過程促進知識的吸收與應用。因此，筆者運用STEM教育理念與方法，將教學內容進行整合，重新設計了一個STEM項目進行教學。在課程中，學生通過閱讀和探究式學習來了解賽車的特點及設計小賽車要解決的問題，通過科學實驗探究，加深對教材科學概念的理解，按照工程設計和技術制作過程，完成小賽車設計任務，制作小賽車并進行測試、評估，最后根據測試結果改善設計。教學目標分解為以下四個部分：科學方法與科學知識（使用科學實驗探究的方法學習科學概念，用彈簧測力計測量力的大小，拉力、彈力、反沖力、摩擦力的特點與應用，滑動與滾動）、技術制作與技術知識（小賽車制作材料的選擇，小賽車制作工具的選擇，小賽車制作過程）、工程設計與工程知識（小賽車設計方法，小賽車測試方法）、數學描述與數學知識（長度測量與表示，時速的認識與描述，對比描述）。

一、課題引入活動

本環節通過“我愛思考”和“我愛閱讀”來引入課題。在“我愛思考”中，讓學生探討兩個問題“你了解到的賽車是什么樣子的”“你希望擁有一部怎樣的賽車”，以此引入課題、激發興趣，多維度地了解學生的知識儲備。然后出示賽車圖片、文字資料，讓學生通過閱讀自主獲取知識，了解賽車的基本信息。接著用對比及實例的數據描述，給予學生認知沖擊，令其更加具體形象地理解賽車的“快”，如比較賽車與普通汽車的速度。這體現了數學描述與數學知識目標，并幫助學生更加了解賽車的特點以及在設計中需解決的問題，為后面的小賽車設計做好鋪墊。

二、科學探究活動

首先，向學生提問：“賽車設計師們是怎樣思考和設計的呢？假如你是一名設計師，現在要設計一部屬于自己的賽車，你要考慮哪些方面？”通過提出思考性問題，引導學生進行頭腦風暴，站在賽車設計師的角度發現問題、提出問題，從而明確課題要解決的問題。在此，要讓學生意識到賽車求速度、平穩、安全的問題，然后讓學生討論“如何才可以讓賽車兼顧速度、平穩和安全呢？要怎樣設計來解決這些問題”。

學生在思考如何解決問題時，就會引出本單元的科學概念和實驗，于是在討論后讓學生進行科學實驗探究。科學小實驗包括：研究拉力大小對小車運動的影響、驅動小車的方式、運動與摩擦力的關系、測量滑動和滾動摩擦力的大小等。實驗從解決實際問題入手，目標明確，能讓學生更加有興趣和激情去學習，體現了科學方法與科學知識目標。

三、設計并制作小賽車活動

首先，學生以小組合作的形式，各自發揮團隊創意，討論小賽車的設計方案，填寫“小賽車設計方案”表格，選擇合適的材料設計作品，并畫出小賽車的設計圖。然后，選擇恰當的工具，根據該團隊設計方案將小賽車制作出來，利用簡單的材料將自己的想法變為現實。接著，測試制作好的小賽車，觀察其運動。最后，提出修改方案，改善小賽車。這一環節體現了技術制作與技術知識目標、工程設計與工程知識目標。

四、展示與評價活動

讓學生小組分享自己的小賽車，介紹其賽車的設計特點，以此鍛煉學生的口頭表達能力和總結能力。小組先進行自我評估，再讓其他同學評價，提出建議與意見，教師最后進行總結。在這個過程中，學生可以互相學習，也有助于拓展思維，進一步完善設計。最后舉辦賽車會，評選出最佳小賽車，如最佳行駛，最快速度等。

注：本文系華南師范大學附屬小學2017年度校本研究項目“在小學科學教學中運用STEM課程理念與方法的研究”（課題編號：2017ZK011）的研究成果。

責任編輯 黃博彥