在教學設計中應用STEM教育思想

潘春宵

【摘 要】 STEM教育不僅僅是包含數學、方程式和科學原理，它更是一種能夠閱讀、觀察并分析信息、得出結論從而解決問題的創造性的方法。以《大氣的壓強》的教學為例，在新課引入、課中討論匯報與實驗操作、課后反思等環節，應用STEM教育思想，實現對教材內容的落實和升華。表明在初中科學課堂教學中引入STEM教育思想是有效的、可行的。

【關鍵詞】 STEM教育；初中科學；教學設計

STEM教育科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科的簡寫，是一個偏理工科的多學科融合教育模式。它由美國學者最早提出，后又被奧巴馬政府大力推廣。STEM教育中的技術素養，就是使用、管理、理解和評價技術的能力，工程素養就是對技術工程的設計和開發的理解。“授人魚不若授人漁”，如將工程技術相關知識引入科學課堂，對學生的理解和掌握必將大有裨益。這也符合2016年我國教育部明確指出的“積極探索信息技術在眾創空間、跨學科學習（STEAM）教育，創客教育等新的教學模式中的應用，著力提升學生的信息素養、創新意識和創新動力。”

初中科學課堂內容本就包括“物質科學”、“生命科學”和“地球科學”三大主題。如能跨越學科界限，保留帶有結構性的基本內容，但將不同學科（物、化、生、地、信息技術）融通或連接，注重學生在過程、方法和能力上的結合和滲透，關注各學科的互動與關聯，勢必達成學生更深刻、全面地理解科學，提高科學素養。這樣學生實現了自我價值，也能積極參與各種活動。

一、問題與分析

1.課堂上的困境和學生認知上的起點。如何在有限的教學時間里實現對知識的講授和實驗的成功完成，如何選擇能實現最佳教學效果的課堂實驗，如何引導學生自己完成對知識的領悟和闡述，都是在教學設計中需要思考的問題。課堂教學內容抽象，學生已有經驗平實，兩者都會對學生的領悟造成干擾，也對教師的教學能力提出了要求。

2.學科邏輯順序和學生心理“順序”的矛盾。雖然生活在大氣的“海洋”中，但因我們已經完全適應了大氣壓對身體的作用。學生在生活中就難以察覺到大氣壓的存在，也不習慣用大氣壓的知識去解釋有關現象。比如學生會認為是嘴把飲料吸上來的，卻很難接受是大氣壓把飲料壓上來。

二、教學改進的思路和策略

在幫助學生建構大氣壓的概念時，應先了解學生已有的知識結構和他們感興趣的內容，由于學生日常積累的認識概念可能膚淺、可能錯誤。故教學設計時應關注學生的前概念。小學里學生學過地球表面都有大氣，存在大氣壓，了解吸盤的構造。初中課堂上可以注重對現象原因的剖析，注重對學生信息獲得能力和知識遷移能力的培養。

讓學習活動真正發生，需要營造學習的氛圍，就是“建構適合學生學習的學習場”。在科學的STEM活動中，教師應該如何引導學生透過實際現象把握其背后的科學概念：一是可以讓孩子們自己提出自己的觀點，在討論中歸納出相關科學概念；二是教師圍繞核心概念以追問的形式，提出問題。

課堂上，學生在對實驗現象進行分析時，教師引導他們自發幫助彼此，發現錯誤想法，搭建支架，促進彼此轉變，在提高學生思維能力的同時，也可以幫助學生建構正確的概念。在嘗試解釋實驗現象時，學生會遇到許多未知的、不清楚的知識點，教師可以引導學生查閱資料或進行探究活動，自主解決這些問題，促進學生的主動學習。

三、《大氣的壓強第一課時》的學習過程

1.引入——小魔術的揭秘。選用普通可樂瓶，在瓶口套上氣球，教師和學生一起吹，但教師吹氣時不堵住小孔，氣球變大后再堵住，想讓氣球縮小時不堵住。明顯的效果差異，激發學生探究的欲望。由引入暴露出真實問題，學生猜測小孔的作用，對比吸盤掛鉤，猜測可能是大氣壓的緣故。

2.請學生利用現有器材（若桌上沒有可描述），小組合作，設計實驗，證明大氣壓的存在。匯報時要求用科學語言：我選擇了什么器材，怎么操作，觀察到什么現象，證明大氣壓的存在。教師可適當提供幫助。吸盤實驗、注射器吸水實驗、瓶中取袋實驗、拔火罐實驗、覆杯實驗、希羅噴泉等等，學生的想法很多。教師引導學生關注日常生活中的現象，利用趣味的STEM活動進行教學，使學生將前概念轉化為科學概念。

3.教授大氣壓的大小時，改進覆杯實驗，杯子為透明一次性塑料杯，杯壁薄，做如圖所示（新覆杯實驗）。引導學生測量、建模、計算，融合數學方法。

4.結合生活中垃圾桶里垃圾袋放入時總會鼓起，請學生小組合作，重新設計垃圾桶，體現STEM教育的工程技術思想，也幫助學生盡快內化所學知識，實現課堂教學的拓展和回歸。

四、關于幾項操作策略的反思

1.在引入時，激發矛盾，揭開本節課學習的真實目的。激發學生的濃厚興趣，課就成功了一半。學生帶著問題進入新課的學習，為后續的矛盾的解決創設了良好的開端。

2.學生小組合作，自選器材、自主設計、自己解釋，活動的開展牢牢地吸引著學生的注意力，發揮學生的主觀力量，也幫助學生建構核心概念。既關注了學生在過程、方法和能力上的結合和滲透，應用了各學科知識的互動和關聯，又達成學生更深刻、全面理解課堂知識的目的，實現了核心素養的教學。

STEM教育就是一種教學策略，以解決實際問題為目標，運用多種學科思想，探究或驗證課堂知識。教學過程中對于教學工具的選擇、教學活動的組織都優于傳統的教學方式，體現了技術的厚度和廣度。通過STEM教育，教師可以為學生提供多種解決方案，供學生使用。數學知識，工程知識，技術知識和技能型課程（實驗方案的設計），新舊知識的大碰撞，以生活經驗作為課堂的前站，實現知識的遷移和內化，達成設定的教學目標。

孟子曰“賢者以其昭昭使人昭昭”，對此，路漫漫兮！

【參考文獻】

楊聰，夏子玫.促進學生建構科學概念的STEM活動設計——“設計保溫杯”案例[J].中國科技教育，2017，1.