應用STEM教育理念開展小學科學教學

張征波

摘 要：從什么是STEM教育概念展開，闡述了在小學科學教學中應用STEM教育理念的意義;如何在小學科學教學中開展STEM教育及在小學科學教學中開展STEM教育應注意的問題。

關鍵詞：STEM教育;教育理念;小學科學

一、什么是STEM教育

STEM是Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Mathematics（數學）的首個字母縮寫，它將科學、技術、工程和數學學科進行融合，使原本分散的四門學科形成了一個整體。STEM教育并不是科學、技術、工程和數學四門學科教育的簡單疊加，而是將這四門學科內容整合形成有機整體，從而實現更好地培養學生的創新精神與實踐能力。STEM教育強調這四門學科領域之間的內在聯系，強調讓學生親歷一系列有內在聯系的內容學習，達到培養他們綜合解決實際問題能力的目的。STEM課堂的特點就是強調學生的設計能力與問題解決能力。基于STEM教育的教學活動要求把學生學習到的各門學科中相對獨立的學科知識與能力轉變成一個探究世間事物之間相互聯系的過程。

二、小學科學教學中應用STEM教育理念的意義

（一）STEM教育課程內容在小學科學教材中占有重要地位

現行的小學科學教材涉及不少STEM教育內容，以教科版科學教材為例涉及設計與制造的有：《做一個太陽能熱水器》《設計制作小賽車》《造一艘小船》《設計制作一個保溫杯》《做一個一分鐘計時器》《用紙造一座橋》《做個指南針》《做個小開關》等這些內容涉及三至六年級教材;涉及工業產品拆解的有：《神奇的小電動機》《自行車上的簡單機械》;涉及問題方案解決的有《減少對土地的侵蝕》《污水和污水的處理》《保護我們的視力》《減慢食物的變質速度》等。從上述對教科版小學科學教材內容的分析中，可見小學科學教材中涉及相當數量的STEM教育課程內容。因此在小學科學教學中如何將STEM教育理念滲透到小學科學教學中就顯得尤為重要了。

（二）STEM教育有利于提高學生解決實際問題的能力

STEM教育課程教學是將學生置于一個個項目主題學習中，通過要求學生在工程設計（如設計制作小賽車）、工業產品研究（如拆卸一個小電動機，探究其中的結構組成和工作原理）、問題解決（如研究減少對土地的侵蝕）等方面進行跨學科學習，利用科學、工程、技術、數學等知識進行項目分析，讓學生通過對問題的討論、分析、構建、設計模型，發現并解決實際問題。從而塑造出多學科知識交叉融合和綜合運用的環境，進而讓學生有機會接觸到真實的技術世界而非僅局限于科學理論的學習，這對增強學生的創新能力和實踐能力具有重要意義。

（三）STEM教育有利于激發學生學習科學的興趣

STEM教育具有明顯的趣味性特征，它有利于激發學生學習科學的熱情。在STEM教育實施過程中，教師可以將多門學科的知識融入許多有趣的、與生活實際緊密聯系的相關問題中，從而激起學生參與學習的興趣。STEM教育的教學過程強調學習主體的參與性和分享性，讓學生分享創造成功的喜悅。小學生天性好玩好動，對于設計制作產品會產生濃厚的興趣，如教科版科學教材五年級上冊教材第四單元最后一課就安排《設計制作小賽車》這一涉及STEM教育課程教學內容。在這個內容的學習中學生對于設計制作一輛小賽車產生了濃厚的興趣，各學習小組利用各種材料設計出各種各樣的賽車。在小車動力設計上，有使用馬達驅動的，也有利用所學的彈力做動力，還有使用反沖力做動力的等。在小車材料使用上，有使用泡沫塑料的，也有使用金屬材料的，還有使用木頭的等。在整個教學過程中學生表現出濃厚的學習興趣和強烈的求知欲表現欲，從而達到了較好的教學效果。

（四）STEM教育有利于培養學生的團隊協作能力

STEM教育是一種基于項目主題的教學活動，項目主題往往是與學生生活實際緊密相關的。學生在完成項目任務過程中往往離不開與其他同學合作、交流、討論和教師或專家的指導。既需要學生和學生之間的相互團結協作，也需要學生和教師之間相互密切配合。學生通過教師指導，與同學的交流獲得他們需要的幫助，實現問題的解決。例如在教科版科學六年級上冊教材中《造一座紙橋》這一課時，學生在完成建造紙橋的過程中，需要小組成員分工合作開展活動。在紙橋的設計過程中需要小組成員展開討論確定所建造的橋型;在紙橋制作過程中需要小組成員相互分工合作，確定裁紙、擺位、粘連;在紙橋承重測試過程中同樣需要小組成員分工合作擺放重物，記錄數據。總之，一個STEM教育項目主題的完成都是團隊協作的結果。

三、如何在小學科學教學中開展STEM教育

（一）選擇合適的教學內容

在開展STEM教育中，項目的選擇是一個關鍵環節，它可能決定了STEM教育課程教學的成敗。要注重項目的難易程度，貼近學生的生活實際。無論是基于產品，還是基于工程項目的STEM課程，學校都應根據自身定位、發展理念和地域特色，選擇開發合適的項目載體，并積極利用校外教育資源，與其他學科的教師合作，從課程、教法、教具、學生學習等多個角度開展深入而系統的研究。學校還應根據教情、學情，循序漸進，分步實施，拒絕那些不具備復制性的典型和浮夸的案例。在教學過程中，教師要選擇與生活密切相關的科學問題，把學生分成小組組織教學活動，開展實驗的設計、操作、分析。通過實踐參與，提高學生學習科學的興趣，培養動手能力，讓學生在實際參與過程中學到科學知識，掌握科學技能。

（二）改進小學科學教學方法

STEM教育不僅主張通過教師講授和學生自學習獲得抽象知識，更強調學生自己動手、動腦自主參與學習過程。它提供了讓學生動手做的學習體驗機會，學生可以用所學的數學、科學和工程技術知識來解決現實世界問題，通過發現、分析、設計、建構并解決問題。因此，開展STEM教育活動要改變傳統的教學方式，使學生由知識的被動接受者轉變為項目的設計制作主動參與者。讓學生通過項目的選擇、討論、分析、設計、制作、評價和反思培養學習科學的興趣，樹立科學精神，掌握科學方法和養成科學思維。例如，在教學教科版科學五年級上冊教材《做個太陽能熱水器》活動過程中，學生會體驗到太陽能熱水器制作的知識，不僅獲得結果性知識——太陽能熱水器的設計原理，還習得蘊含在太陽能熱水器制作中的過程性知識。這種在參與式、體驗式的習得知識的學習方式對于學生今后的生活、學習、工作，乃至于長遠發展會產生深刻影響。

（三）提供必要的教學場地器材拓寬科學學習陣地

STEM教育作為促進學生全方位發展的教育，硬件與軟件資源對STEM教育的順利開展起著關鍵作用。它和普通的科學教育不一樣，各種STEM項目主題在實施中需要用到的器材眾多，且很少為科學實驗室常備器材。因此，工具及器材的配備是STEM項目推進的重要保障。我國小學目前普遍存在科學設施不足的問題，要實現STEM教育與小學科學的有機融合，就必須加大學校對科學儀器、科學設備的投入，建立起比較完善的STEM教學設施。學校在規劃STEM教育課程時可以借助社會上的教育資源尋求廣泛支持，如聯合科技館、博物館、少年宮、創客空間等科普機構，讓社會公共教育機構提供STEM教育場所和設計空間，盡可能讓學生置身于社會大環境中，更好地滿足學生多樣化的學習需求。

（四）加強教師培訓提高教師的STEM素質

重視STEM教育，首先要提高科學教師專業能力。一是要多渠道拓寬科學教師的來源，在新教師的招聘過程中適當招收一些工科背景的高校畢業生充實到科學教師隊伍中。二是要重視教師的培養，要加強教師的在職培訓。積極利用中小學教師繼續教育平臺開展在職科學教師的STEM教育項目培訓，通過學習相關課程，提高科學教師的STEM教育素養。三是有條件的學校可以與當地科協、科技館等社會團體和機構開展合作，組織“科學顧問團隊”指導幫助科學教師提升實施STEM教育項目的能力。

四、在小學科學教學中開展STEM教育應注意的問題

（一）要立足校情扎實穩妥推進STEM教育

STEM教育是一項系統工程，它涉及的學科多、領域廣，需要保障的條件多。在實施該項目時切忌追時髦、趕潮流、追求高大上。學校盡可能選擇一些易操作、易推廣、能解決實際問題的“接地氣”的案例。學校可根據實際條件，包括硬件設施（場地、器材）和師資狀況，扎實穩步推進STEM教育，務求取得實效。而不應人云亦云，不顧校情條件具備與否，盲目跟風開展STEM教育。這樣既不利于STEM教育的順利開展，甚至可能造成勞民傷財的后果，這不符合學校開展STEM教育的初衷。

（二）要立足于學情開展STEM教育

教師在將STEM教育引入科學課堂的同時，要注意區分不同年級學生的學習能力，有重點地組織教學。在教學過程中不能只重視STEM教育的形式，要根據學生的實際學習能力選擇相應的項目主題，確定合適的教學目標，采用對應的教學手段。如小學一、二年級的學生在課堂教學時應側重培養他們的學習興趣，選擇一些趣味性較強的科學實踐活動，培養他們對科學學科的學習愛好;小學三、四年級的學生要重視培養他們解決簡單問題的能力，在教學過程中可以選擇簡單制作，如教科版科學四年級下冊教材中《做個小開關》;小學五、六年級的學生可以嘗試讓他們根據項目主題自主設計制作產品，如教科版科學五年級上冊教材中《設計制作小賽車》等。

（三）開展STEM教育時要重視項目設計

STEM教育的實施依托一個個項目主題來實現，它最核心、最重要的工作是項目或問題的設計。STEM項目設計強調將科學知識學習蘊含于情境化的實際問題解決過程中，強調調動學生學習的積極性，讓學生積極主動地利用學到的各學科的相關知識來設計解決方案，從而實現跨越學科界限提高學生解決實際問題的能力。STEM教育如果沒有一個完善的結構化項目設計，會導致學生學習興趣不濃，從而產生問題解決困難、學習效率不高、項目收獲不大等一系列問題。STEM教育實施者最好依托一批系列化的STEM教育課程內容，并形成課程體系。如開展航模系列、船模系列、車模系列、橋梁設計系列、房屋建筑設計系列、常用工具設計系列等內容開發相應的STEM教育課程體系。

參考文獻：

[1]季勇.談科學課堂中實現STEM教育的有效策略[J].教育教學，2016（6）.

[2]朱建軍.中小學STEM教育本土化策略研究[J].教育研究與評論（技術教育），2015（1）.

[3]龔凱健.STEM教育背景下小學科學教育的思考[J].陜西教育，2016（6）.

[4]徐燕.小同大異：STEM課程與小學科學課程實施策略比較[J].科學課，2016.

[5]張紅洋，楊艷妮.美國中小學STEM教育對我國基礎教育的啟示[J].新課程研究，2014（8）.

[6]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究，2015（8）.