小學科學教學中STEM教育理念的實踐

□文｜曹秀菊

我國小學教育早在世紀之初就明確了課程改革的內容和方向，《基礎教育課程改革綱要（試行）》明確指出：“倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。”當前小學科學教育的轉型與發展正是這一教育要求的具體體現，特別是《義務教育小學科學課程標準》的頒發和“中國 STEM 教育 2029 創新行動計劃”（以下簡稱“行動計劃”）的啟動，為小學科學教學中STEM教育理念的著地呈現出新的實施思路。

小學科學中的STEM教育思想

小學科學課是在小學校中實施STEM教育的主陣地，這主要是由它特殊的學科地位決定的。STEM教育產生于美國，經歷了從“世界科學和技術領導者的單一培養目標”發展為“造就科學家、技術專家、工程師和數學家的復合培養目標”、從“最初追求卓越的本科生教育”下移到“K——12年級四學科基礎性教育”、從“培養具有國際競爭力人才”演變為“學生參與、學科多元的項目學習方式”的過程，其基本內涵與教育價值在不斷地擴展和延伸，但無論其形成階段還是發展階段，都與科學教育密不可分。

我國小學科學教育已將培養每一位學生的科學素養作為課程宗旨，并成功地與國際科學教育接軌，在2017版的《義務教育小學科學課程標準》中增設了“技術與工程”領域的教學內容，讓學生在完成科學探究活動的同時，體驗工程技術實踐活動，并進一步明確：“工程技術的關鍵是設計，工程是運用科學和技術進行設計、解決實際問題和制造產品的活動”，工程技術實踐是一項綜合性、創造性的活動，需要多學科知識和技能的共同支持才能完成，因而科學課成為“行動計劃”在小學落實的不可或缺的關鍵所在，至少體現出三方面的STEM教育思想。

STEM教育是科學探究和工程技術實踐的過程

科學探究和工程技術實踐是當前小學科學教育倡導的主要學習方式，科學探究是指學生像科學家那樣運用嚴謹的科學方法研究科學問題，促進他們形成科學探究能力、科學思維、科學態度。工程技術實踐是指學生像工程師那樣設計思考以解決工程問題，以使他們形成解決問題能力、創新思維、合作精神。當科學問題與工程問題在本質上建立起聯系時，學生就要綜合運用多種能力完成任務，科學問題擴展為實踐問題，科學探究提升為科學實踐，科學學習發展為STEM項目學習。

STEM教育是綜合運用多學科知識技能的過程

真實世界需要解決的問題往往涉及多種學科知識，實際中遇到的工程問題也不會局限于數學、科學、技術與工程四個學科，為學生提供STEM項目學習任務，會激發他們的學習動機，調動他們運用多學科知識綜合解決問題，體現STEM教育跨學科的顯著特點。更可貴的是，學生會在解決問題的過程中，重新構建他們的知識系統，糾正以往對某些科學的誤解，深化部分科學概念的理解，將碎片化的科學事實和科學概念集合起來，進一步理清他們之間的關系，適當做出解釋，在頭腦中形成科學大概念。

STEM教育是共同合作解決實際問題的過程

STEM教育所倡導的項目學習與科學探究活動一樣，都需要小組成員合作完成學習任務，從而提高每一位學生的合作能力，這也正是新世紀公民所必需的生存能力和競爭能力。聯合國教科文組織國際教育發展委員會早在聯合國教科文組織成立五十周年提交的報告《學會生存》中就明確提出21世紀的教育發展要走團結之路，國家與國家之間要團結，合作交流教育經驗，實現全球發展戰略。人與人之間的協調與協作能力是完成規模化任務的必備條件，合作意識和協作能力是現代人的一項基本素質和品格。

小學科學中的STEM教育實施方法

自“行動計劃”啟動以來，各地中小學STEM教育的研究和實踐活動有層次、分階段地迅速發展起來，眾學校和相關部門盡可能地調動一切可利用資源，逐步形成有規模、跨領域、多學段的STEM教育發展聯合體，完善同發展、重合作、多學科的STEM教育實踐路徑，小學科學課在此發揮著舉足輕重的作用。

以點帶面，發揮精英學校的領航作用

剛剛落幕的主題為“融合的力量——STEM與學科教學”第三屆中國STEM教育發展大會展示了第一批STEM教育領航學校的教學成果，示范學校各俱特色，在充分發揮學校優勢條件的基礎上，還有效利用社會資源，因地制宜地開展STEM教育活動。縱觀小學校開展的活動，大多離不開科技活動或科學教學，海安市實驗小學就立足科學和信息技術課堂，開展“紙造型設計”、“保護雞蛋”等活動，讓學生綜合運用學科知識解決問題；長春吉大附中力旺實驗小學在科學學科活動的基礎上開發“制作霧霾口罩”、“保護企鵝”等STEM教育案例，構建“學科、技能；社團、生態；研究、創新”的三級課程體系；張家港市實驗小學的科學教師在與英籍STEM教師的交流學習中，積極開發適宜本校學生發展需求的具有科學學科特色的STEM項目課程，如“設計喂鳥器”、“制作肺活量計”等；東莞市陽光第三小學創辦“開才少年科學院”，吸納學生參加“愛科學展風采”的豐富活動。

這類學校在STEM教育領域有著前瞻性的教育發展理念，大多可以借助于前期“創客教育”、“眾創空間”等教育活動的辦學經驗和逐步積累起來的辦學條件，積極調動教師的探索熱情，組織他們進行交流培訓學習，鼓勵多學科融合，進行STEM教育課堂教學實踐，涌現出一批優秀的教學案例，實現校本的STEM教育課程研發、教材編寫。他們在STEM教育的整體推進過程中，.以點帶面，充分發揮精英學校的探索和引領作用。

全面發展，提升STEM教育的整體水平

我國的STEM教育全面啟動以后，盡管推進進程迅速，學校和教師的熱情很高，但仍存在局部發展快的不均衡的局面，大多數小學校沒有先進的教學設備，不具備高科技項目的開展條件，很多學校的科學教師在課堂教學中積極踐行STEM教育理念，推進STEM教育的普及。如，東北師大附中凈月實驗學校的科學教師積極探索以小學科學為主的多學科融合的教學模式，教學中通過“造意面框架橋”等活動，促進學生的多學科學習經驗和能力的發展。長春慧達小學的科學教師深入理解《義務教育小學科學課程標準》引入“工程和技術”內容對于學生科學學習的重要性和教育價值，設計“工藝手工皂”等案例，進而開發跨學科的STEM教學案例。這些有益的嘗試和實踐，都可以更廣泛地推進STEM教育，促進STEM教育的的普及，使STEM教育從精英化走向全民化，進一步落實《全民科學素質行動計劃綱要實施方案（2016—2020年）》。小學科學教育中普及STEM教育至少要滿足以下三個條件。

（1）由科學探究向工程實踐轉變

在當前國內的小學科學教育中，科學探究已成為其顯著特征，且在更多教師的理解和運用中逐漸被步驟化和模式化，教師努力地幫助學生像科學家那樣思考問題、研究問題，搜集科學證據以支持推測、得出結論，從而形成一定的科學思維和科學方法。然而，實際生活和工作中，遇到的更多情況是需要解決問題，學生不僅要具備研究問題的能力，更要形成解決問題的能力，這種能力在工程實踐技術活動中得以形成，在STEM教育項目學習中得發展，學生的學習由科學探究向工程實踐轉變，能夠更主動、更靈活地獲取和運用證據，構建和完善科學知識，形成自己的科學理論。

（2）由科學問題向真實問題的轉變

科學問題原本是科學家在特定的知識背景下提出的需要解決而尚未解決的問題，是為研究科學知識或科學技術而產生的。學生面臨的科學問題是為經歷科學學習而存在的，這些問題大多數是科學知識層面的，主要作用是幫助學生構建知識系統，而解決問題能力的形成需要建立在真實問題基礎之上，工程設計問題和STEM項目學習任務正是呈現真實情境中的實際問題，促進學生設計方案、建立模型、交流檢驗，可見，在科學教學中實施STEM教育，關鍵在于科學問題向真實問題的轉變。

（3）由學習知識向運用知識的轉變

學生進行科學學習和STEM項目學習，是學習知識和運用知識的關系。基于探究的科學學習，從問題的提出到收集、分析和解釋實證，最終形成的是嚴謹的科學概念，這是一個自主學習知識的過程。而STEM項目學習是多學科交叉的學習行為，學習結果是綜合運用已得知識解決實際任務，可見，STEM項目學習是學生科學探究行為的有益延伸。