小學科學STEM教學策略探微

薛夢

摘要：STEM是一種開放融合的教育理念，既注重學科的整合，也關注科學與工程設計、技術思維、數學思想的整合，這對傳統的科學教學模式提出了挑戰。STEM教育理念為我們的科學教育注入了新內涵，為小學科學教學開辟了新路徑。

關鍵詞：STEM教育? 科學教學? 項目? 探究

STEM教育興起于上世紀八十年代的美國，其宗旨在于推進國民的創新能力與實踐能力。STEM教育倡導將科學、技術、工程、數學實施融合，利用跨學科的綜合知識與能力解決真實性問題。筆者在小學科學教學中致力于STEM教育理念的滲透，將小學科學與STEM教育融為一體，為學生學習科學注入新動力，現將STEM教育理念輝映下的小學科學教學策略與大家分享。

一、優選項目，彰顯融合思想

STEM教育整合了科學、工程、技術、數學學科，具有融合性、實踐性、技術性、創新性等特點，包含了參與、探究、解釋、建造、引申、評價等環節。STEM教學實際上是基于實踐的項目化學習活動，因此項目的選擇就成了首要任務。

STEM項目的選擇相當重要，設計應彰顯融合思想，體現學科知識的融合，動手與動腦的融合。并不是所有的科學內容都可以設計成STEM教育的，有些內容就不適合開展STEM活動，譬如顯微鏡下的世界、遺傳與變異、探索宇宙等內容與STEM的融合度較小，不便開發為STEM教育項目。STEM項目必須是實踐性活動，但并非簡單的手工制作，而要具有一定的挑戰性，要能夠涉及到工程、技術與數學等內容。當然，在科學教材中選擇適宜的內容時，還要根據需要對教材做必要的調整與改進，以提升學科的融合度。例如，在教學教科版六年級上冊《用紙造一座“橋”》一課時，筆者覺得“造一座橋”是一個非常好的STEM項目，于是將該課設計成STEM活動。為了符合STEM課程要求，筆者對原有科學教材和教學目標稍作變動，把課題改為《我的“給力”橋》，要求學生建造出堅固、美觀、承重力強、通行便利且環保節能的橋，既提出了制作的工程及技術要求，同時要求學生在建造前先合理考慮材料的選擇、用材數量、形狀結構。

二、巧妙呈現，激發探究興趣

探究既是科學學習的方式，也是STEM教育的主要特征。STEM科學教學是基于科學問題的探究，講究問題的真實性，同時強調其趣味性，這樣才能有效激發學生探究的參與性。STEM教學的第一個環節是讓學生熟悉學習內容，明確學習目標，調動學生好奇心，激發學生參與活動的興趣。為此，要考慮問題呈現的方式，把學習項目巧妙展示給學生，激發學生的探究興趣。

例如，在上《我的“給力”橋》一課前，筆者布置孩子們收集自己在旅游過程中拍攝的各種各樣的橋的照片，組織他們利用媒體展示各種各樣的橋，“石拱橋”“斜拉橋”“ 懸索橋”“鋼構橋”……當孩子們沉浸于各種橋的時候，筆者組織他們暢談對橋的觀察與認識、想法：橋的日新月異、橋提供的便捷、橋的美觀……與此同時，筆者又呈現了各種“斷橋”的照片及引起的相關事故，前后的對比引起學生深深的感嘆、惋惜、驚訝。至此，筆者才引入主題，假如讓你設計一座給力的橋，你會作好哪些準備？作何考慮？聽說自己動手做橋，學生個個興奮不已，躍躍欲試。就這樣，基于學生的生活經歷，利用真實情境的創設，將建造橋的任務巧妙地呈現出來，激發了學生設計建造橋梁的興趣。

三、匯聚眾智，設計創意方案

俗話說：“人心齊泰山移。”合作匯聚了眾人智慧，有利于創新能力的培養。還以教學《我的“給力”橋》一課為例，在向學生宣布了“造橋”之后，筆者趁著學生的興奮勁兒，向學生提出明確的活動目標：“小組合作建造堅固、美觀、承重力強、通行便利且環保節能的橋。”這一具有較高難度要求的活動任務，反而激起了學生的斗志，他們欣然接受任務，一個個迫不及待地動手制作。而筆者深知“凡事預則立，不預則廢”，只有根據探究問題提出合理猜想或假設，才會深入思考，明確目標，擬定合理的計劃，從而動手探究。于是，筆者將學生分為六人小組，每組成員先各自設計建造橋的方案，然后組內討論交流，拿出一張滿意的設計圖、一套滿意的方案。每個學生開動腦筋，將各學科之間建立關聯，調用已有學習經驗和生活經驗，設計出給力的橋。他們先將自己心儀的橋的造型所需材料在圖紙上畫了出來;接著圍繞“橋的形狀與承重關系、美觀、牢固度、如何運用較少的材料體現節能環保”，進行了組內討論，將各自的意見進行交換。他們認為橋面應寬、橋墩應高、應盡量用框架結構，這樣既可以減少風阻又可以節約材料。基于獨立設計前提下的合作，使得方案愈加成熟且更具創意，有效地發揮了學生的創新潛能、探究及合作意識。

四、親歷實踐，建造工程框架

建造工程框架是一個實踐操作過程，即把方案設計變為真實框架。“兒童是天生的工程師”，他們以動手實踐或觀察的方式進行學習，通過親歷實踐的過程更能幫助他們獲得解決問題的能力。在運用勞動技術，開展工程建造過程中，教師要為學生提供一定的資源保障和技術支持，為學生的框架學習保駕護航。在各組學生得出方案后，筆者為學生提供了各種建造器材，有鐵絲、塑料棒、塑料塊、舊報紙、棉線、意大利面等。各組學生在建造橋的過程中分工合作，有的負責搭建框架，有的負責粘貼連接，有的負責檢測再修改。考慮到承重與堅固實用，很多小組嘗試選用鐵絲，雖然鐵絲容易彎折設計出各種結構，但同時又面臨新的問題，如何將鐵絲進行連接呢？這時筆者拿出電烙鐵，在安全使用的前提下，學生們的實踐操作如虎添翼。為了做到最大程度的承重抗壓，學生們嘗試使用拱形結構支撐橋面，同時還充分運用電烙鐵，在拱形與橋面之間的空隙中焊接了幾個圓形結構，進一步增加承重能力。又如對意大利面的使用，孩子們運用熱熔膠進行雙層粘連，線與線的粘連、點與面的連接、面與面的粘連，這些都在他們的親歷實踐中得以優化。孩子們沉浸其中，越發有干勁。這些活動更讓學生在已有認知和技能水平的基礎上，獲得了使用工具解決生活實際問題及制作產品的經歷和體驗。

五、測試調整，促成技術優化

“設計是質量的源頭，質量是成功的保障。”木棒延伸了人的手臂長度，石塊增強了人的拳頭硬度，木棒和石塊組合變成了石錘，這就是遠古文明。隨著文明的進展，人類不斷創新與發展，而一件產品是否成功關鍵看它的質量，質量監控是工程上的一個要求，也是對技術的一種檢驗，用客觀數據實現質量測試，改進產品質量進而更能優化技術。

測試調整是STEM活動重要的一環，旨在讓學生學以致用，充分應用工程、技術、數學等綜合能力，去檢測和優化產品，并培養其質量意識、審美意識和安全意識。在學生建造橋結束后，筆者組織學生及時進行作品展示、交流及測試。在選用同樣的測試物，統一檢測標準，公平測試后，學生便自覺進入調整重建的環節，他們會自發對原有設計進行技術改進。各組學生反復測試調整，不斷優化完善，用具體承重數據進行量化比較。“他們的塑料橋承重力怎么比我們更強？”測試過后，一小組成員提出問題。隨后，他們從橋墩入手，在橋墩與橋墩之間再增加三角形框架，進一步分解受力，增加承重能力。“我們再試試增加幾根拉索，看看能否進一步提高斜拉橋的承重？”“我們的熱熔膠用量明顯比他們小組用得多，看來連接技術有待提高，在以后的設計中我們更要注重節能環保啊！”……

從科學教育到STEM教育是一種教育理念的嬗變，無論對教師還是學生，都提出了更高的要求，讓我們借助STEM教育的東風，尋找科學與STEM的融合點，賦予科學教學新的內涵。