STEAM教育在初中科學(xué)課堂的應(yīng)用探索

董建祥

摘要：在初中科學(xué)課程開展STEAM教育，需要教師掌握該教育方式的內(nèi)涵與要求，合理選擇教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新科學(xué)課程教學(xué)模式，根據(jù)教學(xué)需要綜合運用多種教學(xué)方法才能取得較好的教學(xué)效果，對STEAM教育在初中科學(xué)教學(xué)中的運用策略進行了探索。

關(guān)鍵詞：STEAM教育;初中科學(xué);應(yīng)用探索

近幾年來STEAM教育受到越來越多的關(guān)注，它對激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，提高學(xué)生的科學(xué)案養(yǎng)具有重要作用，也是提高科學(xué)課程教學(xué)的有效方法，筆者結(jié)合教學(xué)實踐，對該方法在初中科學(xué)課程中的運用策略進行了探索。

一、STEAM教育的內(nèi)涵及育人價值分析

STEAM教育是通過整合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）這五個學(xué)科的知識或研究方法來開展學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法或?qū)W習(xí)途徑，引發(fā)人們對五個學(xué)科內(nèi)在聯(lián)系的思考，從而培養(yǎng)學(xué)生較高的科學(xué)案養(yǎng)和科學(xué)探索精神。STEAM教育具有綜合性、實踐性、開放性與動態(tài)性、豐富性的學(xué)習(xí)特點。把它用于科學(xué)課的教學(xué)，具有較高的育人價值。一是激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣。STEAM教育作為多學(xué)科的綜合教育，具有較強的實踐性、開放性的特點，借助于問題進行探究，能較好地激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣;二是能提高對STEAM領(lǐng)域的認識。通過開展STEAM教育能讓學(xué)生對相關(guān)領(lǐng)域有一個全面了解，能培養(yǎng)學(xué)生在該領(lǐng)域的職業(yè)追求;三是能提高學(xué)生的綜合探究能力。STEAM教育能培養(yǎng)學(xué)生理念學(xué)習(xí)、科學(xué)調(diào)查、實踐探究等多方面的能力，使學(xué)生掌握科學(xué)探究的方法，從而促進學(xué)生科學(xué)案養(yǎng)的提升。

二、STEAM教育在科學(xué)課堂的應(yīng)用策略

（一）合理選擇教學(xué)內(nèi)容

要在初中科學(xué)課程中開展STEAM教育，需要教師合理恰當?shù)剡x擇教學(xué)內(nèi)容，這樣能更好地體現(xiàn)出STEAM教育的特點，為提高教學(xué)的有效性奠定基礎(chǔ)。

1.掌握內(nèi)容選擇原則

選擇適合開展STEAM教育的內(nèi)容時，需要教師堅持如下幾點原則：一是內(nèi)容要有綜合性。由于STEAM教育是一個多學(xué)科綜合性教育模式，這就要求教師在選擇教學(xué)內(nèi)容時，要充分考慮內(nèi)容的綜合性，要能更好地體現(xiàn)出科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科的特點，這樣才能體現(xiàn)STEAM教育的價值。二是內(nèi)容要有實踐性。開展STEAM教育要注重培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，因此教學(xué)內(nèi)容的選擇要能體現(xiàn)出較好的實踐性，以更好地培養(yǎng)學(xué)生動手實踐操作的能力。三是內(nèi)容要有趣味性。在初中學(xué)校開設(shè)科.學(xué)學(xué)科，目的就是要激發(fā)學(xué)生對科學(xué)知識的探究興趣，了解基本科學(xué)常識，為將來致力于科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)，因此選擇內(nèi)容時要有趣味性，要能更好地激發(fā)學(xué)生對STEAM教育的探究欲望。四是內(nèi)容體現(xiàn)最新性。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，而教材編寫的滯后性不能更好地體現(xiàn)出最新科技成果，在選擇STEAM教育內(nèi)容時要能較好地體現(xiàn)出最新科技成果，讓學(xué)生掌握最新知識。

2.合理選擇教學(xué)內(nèi)容

通過對初中科學(xué)課程標準的分析發(fā)現(xiàn)，課程主要包括科學(xué)探究、物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙、環(huán)境、科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域的內(nèi)容，可以說科學(xué)課程涉及的領(lǐng)域范圍比較廣，要選擇出適合的教育內(nèi)容，需要與其他學(xué)科的教學(xué)相配合，這樣才能為STEAM教育奠定知識基礎(chǔ)。例如，在浙教版初中教材中，包含的物理方面的內(nèi)容主要有物質(zhì)、運動和相互運動、能量三大一級主題，并在每個一級主題下有若干二級主題，許多二級主題的內(nèi)容與物理教材的內(nèi)容基本相同。如果在選擇物理方面的STEAM教育內(nèi)容時，盡可能與物理教學(xué)內(nèi)容同步，這樣學(xué)生就有了知識基礎(chǔ)，開展STEAM教育才能更深入。此外，選擇的內(nèi)容要有一定的難度和開放性，最好適合小組合作探究。

例如：在學(xué)習(xí)七年級下冊的《運動和力》這一章時，教師可讓學(xué)生以小組為單位，開展“力是如何影響物質(zhì)運動”的調(diào)查活動，要求學(xué)生合作調(diào)查、觀測、對比生活中物質(zhì)的運動變化與力的關(guān)系，并畫出力的受力分析圖或是作出分析預(yù)測，最后提交調(diào)研報告。這樣的探究活動，既有開放性，又有一定難度，對培養(yǎng)學(xué)生探究精神有重要作用。

（二）創(chuàng)新課程教學(xué)模式

由于STEAM教育模式與一般的學(xué)科教學(xué)模式有所區(qū)別，因此開展STEAM教育教學(xué)，需要教師改進和創(chuàng)新課程教學(xué)模式，可重點應(yīng)用以下兩種模式開展STEAM教學(xué)。

1.“5E”教學(xué)模式

“5E”教學(xué)模式是從科學(xué)和工程的本質(zhì)出發(fā)來培養(yǎng)科學(xué)和工程設(shè)計能力的教學(xué)模式，是一種從特殊到一般規(guī)律總結(jié)的過程。它包括五個環(huán)節(jié)：參與（Engagement）→探究（Exploration）→解釋（Explanation）→遷移（Extension）→評價（Evaluation）這五個環(huán)節(jié)。該模式較好地體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，不同于一般的探究性教學(xué)，它從解決現(xiàn)實生活中真實的問題開始，探究內(nèi)容不僅僅是由教師決定，學(xué)生也可以提出問題，在每個階段都是以學(xué)生為中心開展探究工作，而且是以問題為中心開展學(xué)習(xí)的。學(xué)生學(xué)習(xí)的過程就是一個“提出問題→確定探究問題→個人和小組合作探究→知識應(yīng)用”的過程。“探究、解釋、遷移”這三個過程是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要采用自主探究或小組合作學(xué)習(xí)方式展開，評價環(huán)節(jié)是由師生共同參與評估學(xué)習(xí)情況。

例如：在教學(xué)九年級上冊“物質(zhì)的變化”這節(jié)課時，可運用“5E”教學(xué)模式開展STEAM教育，以幫助學(xué)生更好地理解和掌握物質(zhì)變化的概念。

“參與”環(huán)節(jié)：通過創(chuàng)設(shè)情境來導(dǎo)入新課所學(xué)內(nèi)容，可用無色酚酞在白紙上寫上幾個學(xué)生的姓名，張貼在黑板上，此時紙上的字不可見。用堿性噴霧試劑噴灑白紙，紙上就顯示出紅色的名字。然后為學(xué)生提出探究問題：試劑噴灑前后紙張上發(fā)生了什么變化？是什么原因造成的。

“探究”環(huán)節(jié)：教師為學(xué)生講解探究方法、步驟、安全事項和探究主題，然后讓學(xué)生以小組為單位進行探究活動，探索“物質(zhì)變化前后的特點”。可通過水加熱變成氣態(tài)，CUSO₄溶液與NaOH溶液混合后的顏色變化、澄清石灰水中通入CO₂就能渾濁等實驗來探究物質(zhì)變化前后的特點，以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和解決問題的能力。

“解釋”環(huán)節(jié)：讓各小組對探究活動進行解釋與總結(jié)，通過總結(jié)讓學(xué)生得出物理變化與化學(xué)變化的區(qū)別。在此環(huán)節(jié)既讓學(xué)生理解了物質(zhì)變化的概念，又鍛煉了學(xué)生的分析、歸納、總結(jié)能力。

“遷移”環(huán)節(jié)：讓學(xué)生對物理變化的特點進一步探究與總結(jié)，進一步抓住物理與化學(xué)變化的實質(zhì)，即兩種變化是否有新物質(zhì)產(chǎn)生，并聯(lián)系實際解釋日常生活中的物理或化學(xué)變化，實現(xiàn)學(xué)習(xí)能力的遷移。

“評價”環(huán)節(jié)：教師組織學(xué)生共同對本課的學(xué)習(xí)探究情況進行總結(jié)與反思，對表現(xiàn)好的學(xué)生進行表揚，對其他學(xué)生進行鼓勵，就能較好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。

2.“UIRDE”教學(xué)模式

“UIRDE”教學(xué)模式是在“5E”教學(xué)模式的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其運用核心是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，在一定的主題范圍內(nèi)進行自主合作與科學(xué)探究學(xué)習(xí)，同樣也具有五個環(huán)節(jié)：理解問題（Understand）→調(diào)查探究（Investigation）→查閱資料（Read）→設(shè)計構(gòu)建（Design）→解釋建議（Explanation）這五個環(huán)節(jié)。

例如：在教學(xué)九年級上冊“能量相互轉(zhuǎn)化”這節(jié)課時，可運用“UIRDE”教學(xué)模式開展STEAM教育，讓學(xué)生來探究“機械是如何搬移大型重物的？”這個綜合性的問題，以使學(xué)生對“能量的轉(zhuǎn)化”形成完整的知識體系。

“理解問題”環(huán)節(jié)：在此環(huán)節(jié)主要是明確探究內(nèi)容“什么能使物體產(chǎn)生運動？”，讓學(xué)生觀察當大小不同的力作用在靜止的物體上時，對其產(chǎn)生什么影響，并形成關(guān)于物體運動問題的調(diào)研報告。可創(chuàng)設(shè)問題情境：古埃及金字塔是用巨石修建的宏偉建筑，這些巨石是如何搬運到百米高的地方的？讓學(xué)生根據(jù)已有知識對物體運動原理進行探究，結(jié)合生活經(jīng)驗學(xué)生就能理解是因為力作用于物體，才使其產(chǎn)生移動的。

“調(diào)查探究”環(huán)節(jié)：此環(huán)節(jié)是對力的概念和作用結(jié)果進行探究，主要探究力是改變物體運動狀態(tài)的根本原因，可從物體由靜止到運動、加速減速、停止以及運動方向進行探究，目的是要理解力的作用結(jié)果是什么，并能畫出物體的受力分析示意圖。

“查閱資料”環(huán)節(jié)：在此環(huán)節(jié)主要是對力是如何影響物體運動狀態(tài)的進行調(diào)研，重點調(diào)查和研究平衡力和不平衡力，通過調(diào)研來理解“物體的運動是由于受到了不平衡力的影響”這個基本原理。主要對物體以下受力情況進行調(diào)研：①物體不受力時的情況;②物體受到大小相等且方向相反的兩個水平推力作用時的情況;③物體受到大小不等且方向相反的兩個垂直方向推力作用時的情況;（逐）物體受到大小相等且方向相反的兩個水平拉力作用時的情況;⑤物體受到大小不等且方向相反的兩個水平力作用時的情況;⑥向上提拉物體使其沒有離開地面;⑦向上提拉物體使其沒有離開地面。對這七種物體受力情況創(chuàng)建解釋報告。

“設(shè)計構(gòu)建”環(huán)節(jié)：探究平衡力和不平衡力對物體運動的影響，即研究方向相反的力對物體有什么影響，使學(xué)生掌握重力、摩擦力，以及物體在不平衡力的作用下狀態(tài)的變化情況。

“解釋建議”環(huán)節(jié)：此環(huán)節(jié)是對“機械是如何搬移大型重物的？”進行解釋，可從如下兩個方面進行解釋：一是靜止的物體運動需要什么條件？抬高巨石需要什么方向的力？二是機械是如何利用不平衡力來讓物體移動的？通過師生共同對此進行解釋，就能讓學(xué)生理解機械是如何讓物體移動的，就能全面系統(tǒng)地掌握本章節(jié)的知識，并使學(xué)生掌握運用STEAM模式進行科學(xué)探究的方法與步驟。

（三）綜合運用教學(xué)方法

STEAM教育是以學(xué)生為中心的教育，為了能更好地體現(xiàn)這個理念，需要教師在教學(xué)時根據(jù)教學(xué)內(nèi)容需要綜合選用教學(xué)方法，根據(jù)初中科學(xué)教學(xué)特點宜選擇如下方法：

一是選用探究法教學(xué)。運用探究法教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生探究精神的主要方法，能培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和探究能力，探究法通常是以問題為中心開展教學(xué)活動的。

二是選用設(shè)計法教學(xué)。就是讓學(xué)生運用解決工程問題的方法來解決科學(xué)課程學(xué)習(xí)中遇到的問題，學(xué)生通過設(shè)計解決問題的方案，能促進科學(xué)探究的有效開展。

三是運用實驗法教學(xué)。由于許多科學(xué)發(fā)明都離不開實驗，運用實驗的方法開展教學(xué)，能增強學(xué)生對所學(xué)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究方法。

四是運用模擬決策法教學(xué)。根據(jù)對實際問題的探究情況，可讓學(xué)生來模擬某些工程或項目的決策者，來提出對問題的建議或方案，以培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)研究中的決策能力。

五是運用小組合作學(xué)習(xí)法教學(xué)。合作學(xué)習(xí)是科學(xué)探究的重要方法，通過合作交流有利于擴大學(xué)生思維空間，實現(xiàn)思維創(chuàng)新，有利于困難問題的解決。

六是運用多媒體方法開展教學(xué)。運用多媒體手段能為學(xué)生創(chuàng)設(shè)各種教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣，從而為有效教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

三、結(jié)束語

綜上所述，STEAM教育作為一種新型教育方法，對提高學(xué)生的科學(xué)探究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)案養(yǎng)具有重要意義，因此教師要加強對該教學(xué)方法的研究運用，合理選擇教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)模式，綜合運用多種方法，就能較好地實現(xiàn)科學(xué)課的育人目標。

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編輯 謝尾合