基于建構主義下STEM的小學科學課程設計研究

姜玉晗 楊韻茹

一、建構主義下的STEM觀點

建構主義認為：知識不是對現實的唯一固定表征，它只是一種解釋、一種假設，并不是問題的最終答案;學習不是知識由教師到學生單向傳遞的過程，而是學生建構自己知識的過程，學生不是被動的信息吸收者，而是信息意義的主動建構者;學生可以依靠自己的認知能力對問題進行某種解釋，不同的認知帶來不同的觀點，教學就是要讓學生通過合作交流，看到那些與自己不同的觀點，從而促進學習的發生和進行。

STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics）教育策略的情境性和以學生為中心等特征與建構主義的觀點不謀而合。STEM策略體現在科學、技術、工程和數學四個學科的交融和碰撞，而且更加注重培養學生綜合解決問題的能力和創新能力。因此，STEM理論鼓勵教師在教學中要密切注意這四個學科之間的聯系，使其相得益彰。在教學過程中，不應教授學生孤立、抽象的學科知識，而應把知識還原于豐富的生活，結合生活中有趣、有挑戰性的問題，通過學生提出疑問和解決問題來完成教學任務。

STEM教育和策略的跨學科、應用型、協作性、互動性和基于問題等優勢，能夠幫助學生在已有認知和新發現之間創設一個自由大碰撞的平臺，激發學生的學習動機。從建構主義的角度來說，若新發現沒有改變原有認知結構，即被“同化”;若改變了原有認知結構，即為“順應”。兒童的認知結構就是在同化與順應的過程中逐步建構起來的，并在“平衡—不平衡—新的平衡”的循環中不斷豐富、提高和發展。STEM策略無疑對學生的建構過程起到了極大的推動作用，我們這里將其比作“建構的助推器”。

因此，對于小學科學教師來說，將基于建構主義的STEM理念融入小學科學課堂，是一個新的方向。下面，我以所教授的《爭當電學小博士》一課為例，闡述如何采用STEM策略進行小學科學課程設計。

二、建構主義下的STEM策略融入小學科學課的模型

在教科版科學四年級下冊《電》這一單元中，《導體和絕緣體》是一節基礎課，《爭當電學小博士》是由其衍生的拓展課，它以《導體和絕緣體》的概念和經驗作為學習的先行組織者，圍繞“水是導體嗎”“人體是導體嗎”“撰寫《家庭用電安全指南》”三個模塊進行展開，依托的網絡資源是平板電腦上的百度搜索引擎和“全景課堂”學習平臺。全班共48人，分成8個小組。

模塊一中，每組同學針對“水能否導電”這一主題上網檢索信息，搜集資料，再和全班同學交流分享。把全班8個小組的代表發言匯總后，大家搜集到的信息來源可以歸納為以下兩方面：①百度搜索;②社會新聞。對于四年級的小學生來說，百度搜索到的信息遙遠而模糊，如“離子”“電離”等，這些抽象概念和他們原有的知識儲備并沒有直接聯系;而社會新聞給出的信息更為直觀具體。在感性思維和理性思維的博弈中，感性思維暫時占據上風，促使孩子們更愿意去相信這些看上去、聽上去更為“可靠”的信息，因此有28個學生選擇的觀點是“導電”;有12個學生服從權威，更愿意相信來自百度搜索的信息“純水不導電”，判斷“不導電”;有8個學生表示無法判斷。

在科學課上，當群體意見出現分歧時，實驗就成了檢驗合理性的必要手段。帶著疑問，學生開始動手實驗。學生實驗中的電路檢測器由1.5V電池、小燈泡和導線組裝而成，在兩個鱷嘴夾之間接入一杯自來水，具體實驗現象如圖5所示，小燈泡沒有亮。全班學生根據實驗結果進行二次判斷。這一次，有38人選擇了“不導電”。在本次判斷中，直觀現象和已有的“不能點亮電路檢測器的物體為絕緣體”這一經驗是孩子們做出判斷的主要依據。

至此，學生會產生疑問：“既然實驗證明自來水不導電，那為什么會有圖3中‘浴室母子觸電身亡的新聞報道呢？”隨后，學生分小組討論，匯總出“小燈泡不亮，一定是因為電路中沒有電流流過嗎？有沒有其他原因呢”“會不會是電路檢測器不能檢驗自來水的導電性”等問題。在教師的啟發下，學生借助網絡平臺，查找其他的檢驗手段，如“電流放大器”“電流表”等。

此外，教師還拿出銅片、鐵釘、布片和驗電球，讓學生自己摸索驗電球接入外界物體后發生的現象。通過觀察，學生發現：驗電球未接任何材料時，不發光;銅片和鐵釘是導體，連接驗電球后，驗電球發出紅色的光;布片是絕緣體，連接驗電球后，驗電球不發光。接下來，學生用新學到的方法對自來水進行檢驗，驗電球燈亮。具體現象如圖7、圖8所示。

第三次判斷的情況和前兩次相比，出現了明顯的“跳票”現象，大多數學生根據最新的實驗現象做出判斷“水能導電”。經過三次判斷，孩子們發現，原來檢驗手段不是永遠都有效，要多試幾種方法，得出的結論才更可靠。

此時，教師發問：“自來水導電，是不是意味著所有類型的水都能導電？為什么幾次判斷的情況有那么大的差別呢？”

學生再次搜集并匯總信息，對“水”進行了分類，然后發現“水是導體嗎”這個問題本身就不明確，沒有指明是哪種水，因此，第四次判斷時，大多數學生選擇了“無法判斷”。

至此，第一模塊學習完畢。通過本模塊的學習和四次判斷，學生了解了信息獲取的渠道和篩選方法，學習了一種以上的檢驗手段，順應了已有的知識結構，積累了判斷導體和絕緣體的方法。這就是學生自主建構的過程。這個模型，可以在融合信息技術的基礎上，作為典型模板應用于探究式的小學科學課堂教學。

在此基礎上，學生對第二模塊“人體是導體嗎”進行自主學習，流程如圖13所示。本模塊意在鼓勵學生學習對知識的正向遷移。

經過前兩個模塊的學習，學生在熟練掌握知識和方法論的基礎上開始應用。教師及時設問：“既然自來水和人體都能導電，那么在家庭用電過程中，我們要注意哪些問題？結合深圳市最近的溫度高、濕度大等天氣特點，你有什么好的建議呢？”讓學生分小組討論并完成相關練習。思維導圖設計如圖14所示。

三、給今后工作帶來的啟示

通過上述課題，我們不難發現，STEM教育具有“無邊界性”，打破了傳統意義上的“課上”與“課下”、“校內”與“校外”兩條涇渭分明的分界線。學生通過網絡和學校購買的學習平臺，課前根據教師制定的方案導學，消除對新知識的陌生感，提升對新課程的學習興趣;課上利用“全景課堂”這一學習平臺查閱、分享、評價，最大限度地發動自主建構的積極性，樂在其中;課后根據自己的興趣繼續深入學習、自主探究。STEM策略將“課前”“課上”“課后”這三個階段有機地結合在一起，讓孩子們可以隨時隨地開展學習。

建構主義下的STEM教育為培養學生的人文情懷、拓展學生的視野和培育孩子終身學習能力提供了一種可能。較之傳統的科學課，STEM策略將提升學生的科學素養和信息素養結合在一起，將科學教育和素質教育從“師生授受”轉向了“學生自主建構”;將單一扁平的“知識”變成多維立體的“智慧”;將“知識點”的學習提升為“方法論”的踐行;將“非對即錯”的總結性評價轉化為“精益求精”的形成性評價;將個別學生對資源的“獨占”演化成全班孩子的“分享”;將“階段性學習”發展成“終身學習”;將“自主建構知識體系”升華為“自主建構學習觀”。為此，政府、學校可以增加資金支持和技術扶持，為學校配備相關的人員和設施，鼓勵開發新的課程資源，為實現學生的自主建構提供必要條件。