STEM教育理念下小學科學課程中問題情境的設計和思考

夏菁

【摘要】隨著基礎教育課程改革的不斷變化，STEM教育引起了國內外教育界的關注，它的核心是學科融合，在STEM課程中學生可以經歷一個完整的學習歷程，獲得直接經驗，從而提高綜合問題的解決能力。所以，STEM課程中的情境設計尤為重要，為此我將以情境設計為視角，結合相關STEM案例分析，總結STEM課程中問題情境的設計要點。

【關鍵詞】STEM;STEM課程;小學科學;問題情境

STEM教育起源于美國。1986年，美國首次提出“科學、數學、工程和技術教育集成”的STEM教育理念。STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics四個英文單詞的縮寫）教育本質是一種跨學科的學習方法，在眾多孤立的學科中建立新的橋梁，為學生提供認識整體世界的機會。它的核心是學科融合，它將還給學生一個完整的學習歷程，讓學生獲得直接經驗，從而提高綜合問題的解決能力。但是往往由于缺少合適的問題情境，小學STEM課程往往變為簡單的實驗操作課，無法完成既定的目標。對此，我將以問題情境的設計為視角，結合相關案例分析，簡要列出STEM課程中問題情境的設計要點。

一、設計需求

1.激發學生求知欲，激發和維持學習動機

第斯多惠說過：“教學的藝術不在于傳授本領，而在于激勵、喚醒和鼓舞。”[1]STEM課程的完成需要學生強烈的學習興趣和持久的學習動機。因此，新穎獨特的情境、有目的的預設問題，可以提升學生的參與感與體驗感。

2.由易到難，幫助學生達成目標

由于實際教學中STEM課程很復雜，學生往往存在很大的認知困難。情境設置可以幫助學生更高效地完成STEM課程學習，在教學中的知識混淆處、知識遷移處和思維矛盾處提供支架，從易到難地提出有層次性的問題。學生在情境中對比和啟發，可以更好地解決問題。

3.激發學生的創新能力

創新能力的培養一直是信息素養、21 世紀技能、STEM 教育理念中的重中之重。在STEM課程學習中，為學生創設真實復雜的情境，可以幫助學生打開創新思維的閘門，培養學生的創新能力。

二、設計原則

STEM課程的目標是掌握跨學科的知識以及培養創新能力，情境設計是為了激發學生的學習興趣，引導學生主動思考和解決問題。因此，STEM課程中情境的設計應該遵循以下原則。

1.目的性原則

STEM課程的目的就是讓學生在復雜而真實的情境下發現問題，利用跨學科知識創造性地解決問題，培養學生的動手實踐能力和創新能力。因此情境設計具有目的性。

2.真實性原則

學生只有在一個真實情境中發現問題，他們才可以靈活機動地調用多學科知識，創新性地解決問題。這就是所謂的“主動激活”認知結構。因此，情境的設計應跟真實生活相結合，最大限度地激發學生的參與意識，提高分析和解決問題的能力[2]。

3.整體性原則

在STEM課程中，情境不再是引入知識內容后隨即退場的片段，整個教學過程都在圍繞著情境中的問題而進行。學生在完成STEM課程后不僅得到了跨學科的廣博知識，而且提升了溝通、協作能力，獲得了科學性思維。因此情境的設計應具有整體性。

4.趣味性原則

夸美紐斯認為：“興趣是創造一個歡樂和光明的教學環境的主要途徑之一。”[3]在教學中設計富有趣味性的問題情境，可以使學生以積極而輕松的心態投入學習。STEM課程是一門要求學生自主學習和合作探究相結合的探究課程，因此STEM課程應根據學生的生活經驗、年齡特點和認知結構等來選擇能夠激發學生興趣的材料。

5.積極健康性原則

STEM課程就是通過真實的問題情境，讓學生在完成課程的同時，獲得解決真實世界問題所必需的知識和能力，養成正確的情感價值態度觀。同時小學科學課程是學生擺脫象牙塔的禁錮，了解真實世界的一個窗口，所以小學科學的情境材料設計應該具有積極向上、科學健康等特點。

三、設計模式

根據STEM教育的原則和理論基礎，STEM問題情境的創設，應在學生當前認知的基礎上，遵循一定的設計原則。下面結合相關案例簡要列出問題情境設計的注意點。

1.實地考察類情境的設計

STEM課程注重解決生活中的真實問題，為了充分了解生活中的情況，實地考察是設計真實情境的有效方式。所以STEM課程應該充分利用科技館、自然博物館、工廠等場所設置情境。例如，在做水的STEM系列課程時，可以把學生帶到自來水廠或河邊，讓學生觀察河水的水質和自來水廠的凈化等。學生可以在現場體驗中直接提出問題并分析問題。

案例1：在上有關于水污染的STEM系列課程中，根據對學習內容、目標、學生特點的分析衡量，在做好前期的準備工作后，我們最后確定去長江邊對水質進行測量。

情境設置：

問題1：采訪水質專家，如何監測長江的水質？

問題2：根據實際監測情況，匯報長江水質情況。

問題3：我們應該采取什么措施？

【設計意圖：根據現場測量的情況，學生提出有關水污染的現狀、水質監測的一系列問題。在這個真實的場景中，學生提高了對問題的理解、分析問題的針對性和問題解決的效率。】

2.生活問題類情境設計

案例2：在有關水的STEM系列課程《自制凈水器》中，我們讓學生觀看了污水處理的過程，并利用身邊的材料，自制一個簡易凈水器。

情境設計：

師：21世紀的中國繁榮昌盛，地大物博，可是地域環境和經濟發展的客觀差異導致很多地區還存在著飲水問題。西北地區的人們還是直接引用溝壑之水來飲用，這樣做行嗎？（視頻）

生：我覺得不行，農村會撒很多農藥，還有很多牲畜的糞便會流向河里。

師：所以這需要怎么處理呢？

生：可以做凈化裝置。

師：那么同學們喝的自來水是怎么來的？你們了解凈水流程嗎？

生：凈水就是把一些不干凈的水，把一些污染水的物質排除掉。凈化可以分為粗濾、細濾和紫外線殺菌。

師：看樣子同學們都是有心人，老師為大家準備的材料有小石子、大陶粒、棉花、細黃沙、紗布、活性炭，你能用這些材料來幫助西北地區的人民自制一個凈水器嗎？

【設計意圖：學習來源于生活，其實學生對水一點也不陌生，但感覺污水處理和制作凈水過濾裝置這些事情離自己生活很遠。本案例將教學內容和生活應用相結合，創設了一個自制凈水器的情境。這種情境材料的選擇不僅是新聞熱點，還和我們平時生活的經歷緊密相連，可以讓學生感受學習的意義。】

3.實驗類情境設計

實驗具有直觀性和形象性的特點，能夠為學生提供更加豐富的信息。創設合理的實驗可以引導學生主動發現問題、分析問題，更好地解決問題。

案例3：在STEM課程《別讓聲音傳出去》中，讓學生動手設計并制作一個能夠有效消音的裝置。

情境設計：

師：班級里有一位同學叫小明，他很刻苦，每天都在家里練習。（播放拉小提琴的聲音）

生：（聽聲音，學生捂耳朵，表情很痛苦）

師：每天練習給家人帶來麻煩，媽媽要工作，爸爸要看電視。（強調）小明的心愿是什么？

生：不要讓聲音傳出去。

師：今天我們就幫小明達成這個心愿。讓我們用這個盒子模擬房子，請大家動手挑選最合適的消音材料，設計一個消音效果最好的房子。

【設計意圖：“消除聲音”這是一個十分自然真實的生活情境。這種有親身體驗的經歷更容易觸動學生的好奇心。通過實驗，學生發現生活中很多不同材料都會影響聲音傳播的效果，知道生活中除了可以采取隔音的方法消除噪音，還可以利用一些特殊的材料例如海綿和泡沫等多孔的材料可以消除噪音。將實驗融入生活情境可以幫助學生發散思維，最大限度地發揮其創造力，提高學生的創新能力和科學素養。】

4.現代技術類問題情境設計

隨著新技術的發展和應用，為STEM課程的情境設計提供了越來越多的便利。我們可以利用多媒體、機器人、3D打印、全息投影等技術提供更加逼真的環境，使情境設計更有趣味性和體驗性。例如我們可以利用3D打印技術打出一輛小汽車，研究小車運動的快慢;也可以用scratch軟件制作趣味動畫;還可以用慢鏡頭拍下雪花結冰的瞬間等。

總體來說，由于STEM課程內容的復雜性和真實性，情境選擇往往考慮多個方面，綜合考慮各種情況，靈活調整，有所側重。除了上面的這些設計要點，還有許多其他的注意要點，有待我們繼續研究。

【參考文獻】

[1]王德清.教學藝術論[M].濟南：山東教育出版社，1995：134-138.

[2]凱文·布坎南.在STEM課程中強化真實情境學習[J].上海教育，2013（11）：8.

[3]周中權.物理教學論[M].北京：科學出版社，2003：314-320.