基于STEM的科學(xué)課生活化實(shí)驗(yàn)開發(fā)研究

連仲月

2017版《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的學(xué)科關(guān)聯(lián)建議里提到：“STEM是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)有機(jī)地融為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。科學(xué)教師可以嘗試運(yùn)用于自己的教學(xué)實(shí)踐。”

筆者所執(zhí)教的是教科版小學(xué)科學(xué)教材，該教材非常注重科學(xué)與生活的聯(lián)系。學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容大部分來(lái)自學(xué)生身邊常見(jiàn)的生活現(xiàn)象，其中生活化的科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作活動(dòng)更易于培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。而且，教材以大單元的形式編排學(xué)習(xí)內(nèi)容，有利于開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)。因此，筆者立足教材的“技術(shù)與工程”領(lǐng)域，圍繞STEM教育理念，確定研究開發(fā)小學(xué)科學(xué)生活化實(shí)驗(yàn)的策略。本文以《建高塔》為例，從創(chuàng)設(shè)生活化情境，明確學(xué)習(xí)任務(wù);提供“自助餐”式的生活化材料，培養(yǎng)創(chuàng)新能力;研究生活中的高塔，提供學(xué)習(xí)支持;設(shè)計(jì)高塔，建立模型;聯(lián)系生活實(shí)際，解釋生活中的事物和現(xiàn)象五方面，基于STEM的小學(xué)科學(xué)課程生活化實(shí)驗(yàn)的開發(fā)進(jìn)行了探究。

一、創(chuàng)設(shè)生活化情境，明確學(xué)習(xí)任務(wù)

上課伊始，教師先讓學(xué)生玩“立鉛筆”（鉛筆的一端削尖）的游戲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并了解上小下大放置的物體比較穩(wěn)定。然后出示埃菲爾鐵塔，引發(fā)學(xué)生關(guān)注。“你知道這是什么嗎？它位于哪里？”“小時(shí)候你用積木塊搭過(guò)塔嗎？”最后，情境引入：“現(xiàn)在我市需要建造一座塔來(lái)作為地標(biāo)性建筑，你們有興趣參與其中的設(shè)計(jì)與招標(biāo)嗎？”

你看，創(chuàng)設(shè)這樣生活化的情境，不僅快速地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且明確地提出了本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生就會(huì)利用自己的知識(shí)儲(chǔ)備來(lái)想辦法解決這個(gè)問(wèn)題。

二、提供“自助餐”式的生活化材料，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

教材中選用可樂(lè)瓶、膠帶讓學(xué)生搭建高塔，在實(shí)際教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)此興趣不夠濃厚，感悟不深。究其原因，主要是搭建材料限制了學(xué)生無(wú)限的想象力。對(duì)于“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的教學(xué)，材料是一個(gè)關(guān)鍵因素，它與生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)的教學(xué)一樣，都需要準(zhǔn)備有結(jié)構(gòu)典型材料。除此之外，材料的要求還需要多樣性，以利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因?yàn)槎鄻有缘牟牧希冉o予學(xué)生選擇的余地，又為學(xué)生的設(shè)計(jì)打開了思路，可誘發(fā)學(xué)生有更多的思路，制作出不同的有新意的作品。其次在材料設(shè)置上可設(shè)置“自助餐”式材料區(qū)，學(xué)生可根據(jù)自己設(shè)計(jì)的模型去選擇適宜的材料，從而培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知。所以，我根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要，和學(xué)生們一起準(zhǔn)備了胡蘿卜塊和牙簽、塑料雪花片、意大利面、棉花糖等豐富的、本土的、生活中可尋找到的材料供學(xué)生選擇。

三、調(diào)查研究生活中的高塔，提供學(xué)習(xí)支持

在學(xué)生明確任務(wù)后，教師要想辦法激活學(xué)生頭腦中已有的對(duì)解決任務(wù)所需概念的理解。要想設(shè)計(jì)出理想的塔，就要激活學(xué)生前面所學(xué)的形狀與結(jié)構(gòu)知識(shí)和材料知識(shí)。我們可以在課上分享課前收集到的世界各地的塔的情況。在分析塔的特點(diǎn)時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生觀察各種塔在形狀與結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)。這些塔的形狀有什么共同的特點(diǎn)？都是由什么結(jié)構(gòu)組成的？這樣的結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？學(xué)生通過(guò)交流分析理解了塔的共同特點(diǎn)與設(shè)計(jì)的關(guān)系，有利于學(xué)習(xí)科學(xué)概念后的遷移和運(yùn)用。

四、設(shè)計(jì)高塔，建立模型

1.提出設(shè)計(jì)要求。條件限制是科學(xué)技術(shù)走向現(xiàn)實(shí)生活必然面臨的問(wèn)題。因此，在基于STEM理念下“技術(shù)和工程”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)中，教師要針對(duì)教學(xué)內(nèi)容，提出明確的限制條件，這是理解真正的科學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)的開始。所以在《建高塔》中，可以通過(guò)發(fā)布招標(biāo)書，提出設(shè)計(jì)要求：①結(jié)構(gòu)符合科學(xué)原理，具備不易倒塌的特點(diǎn);②高度達(dá)到?80?厘米以上;③具有一定的抗風(fēng)能力;④具有一定的美觀度，符合現(xiàn)代簡(jiǎn)約風(fēng)格;⑤成本不得突破預(yù)算，胡蘿卜（十粒一元）、牙簽（十根一元）、塑料雪花片（十片一元）、棉花糖（十粒一元）、意大利面（十根一元）。

2.?設(shè)計(jì)、分析與論證。根據(jù)招標(biāo)要求，各小組先運(yùn)用相關(guān)知識(shí)初步構(gòu)思和設(shè)計(jì)，再經(jīng)過(guò)“小組討論—選擇—確定方案—畫出草圖”的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生要思考哪個(gè)方案最可行，哪個(gè)方案最實(shí)用，哪個(gè)方案最節(jié)約等問(wèn)題。這個(gè)環(huán)節(jié)是學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)解決問(wèn)題的方案的過(guò)程，也是一個(gè)對(duì)多種方案進(jìn)行優(yōu)選的過(guò)程，能有效提升學(xué)生的思維品質(zhì)。

3.?建立高塔模型。這個(gè)環(huán)節(jié)是本節(jié)課教學(xué)的核心環(huán)節(jié)，各小組根據(jù)最優(yōu)方案制作高塔。制作時(shí)應(yīng)思考：底座如何連接？如何確保形狀下大上小？遇到了哪些困難？我們是如何解決的？

在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生很容易受到材料或其他小組的影響，輕易否定或更改原先的設(shè)計(jì)方案，甚至將方案丟在一邊，想到哪做到哪。因此，老師應(yīng)有意識(shí)地鼓勵(lì)學(xué)生先按自己小組的設(shè)計(jì)做，驗(yàn)證自己原來(lái)的構(gòu)思行不行，問(wèn)題出在哪，然后小組研討后慎重修改。如果在實(shí)踐中有新的創(chuàng)意，最好立即在方案中加以體現(xiàn)，調(diào)整和完善原先的設(shè)計(jì)方案。

五、聯(lián)系生活實(shí)際，解釋生活中的事物和現(xiàn)象

高塔模型建好后，要讓學(xué)生用實(shí)際制作的高塔去解釋生活中的高塔，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。

總之，STEM?教育是一個(gè)項(xiàng)目，它的內(nèi)涵豐富。我們應(yīng)立足教材的“技術(shù)與工程”領(lǐng)域，圍繞STEM教育理念，研究開發(fā)小學(xué)科學(xué)生活化實(shí)驗(yàn)。要在開展?STEM?教育過(guò)程中，不走形式，扎實(shí)每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓?STEM?教育真正發(fā)揮它的價(jià)值。

【本文系福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度立項(xiàng)課題《小學(xué)科學(xué)課程中STEM教育資源的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐研究》（FJJKXB18-682）階段性研究成果】