新時期小學科學實驗教學融合STEM教育的幾點思考

李小紅

【摘要】隨著科學技術(shù)的發(fā)展，教育模式也得到了不斷的創(chuàng)新。近年來，STEM教育更是深入全國中小學的教育中，各學科紛紛將STEM教育融入課堂中。和傳統(tǒng)的課堂相比，STEM教育強調(diào)多學科融合教育，注重學生全面能力的培養(yǎng)。而小學科學實驗課程有獨特的教育啟蒙性、探究性和應(yīng)用性，如果能把STEM教育理念更好地融合到小學科學實驗中，便能有效促進學生的全面發(fā)展。本文主要介紹了當前小學科學課程的發(fā)展歷程，并以《磁鐵能吸引什么》一課為例，分析STEM教育在小學科學教學中的作用。此外，在新時期中，教師如何把STEM教育更好地融合到課程中，組織開展小學科學實驗教學也是本文研究的重點。

【關(guān)鍵詞】小學科學;STEM教育;教育模式

一、小學科學實驗教學模式的發(fā)展

在我國小學科學課程的發(fā)展史上，其名稱一開始被叫作《格致》，然后修訂為《博物》《理科》《自然》《常識》《自然常識》《自然》，最后才修訂為《科學》一課，名稱的變化歷程也體現(xiàn)了每個階段國家對該課程的發(fā)展規(guī)劃方向。2001年，在《國家小學科學課程標準》中，在命名方式上，由“科學”代替了原來的“自然”，通過這個改動，這門學科教學內(nèi)容也進行了拓展，該門課程由原來的自然科學學習拓展到對科學技術(shù)方面知識的學習。在這個階段，對于學生的學習方式與方法也進行了全新的改革。簡單來說，科學這門課程以前是讓學生認識自然事物，而現(xiàn)在是引導學生探索自然事物。

從人生發(fā)展歷程來看，小學階段是最重要的，是長身體、長知識的重要時期。小學生好奇心強，求知欲旺盛，思維敏捷，對任何現(xiàn)象都要問個為什么，他們像海綿吸水那樣不斷地吸收各種知識。在這個階段，學生認識事物的能力特別強，如果教師給予適當?shù)囊龑В蛊浞e極探索事物的科學規(guī)律和方法，這對培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維、創(chuàng)造性思維有很大的幫助。

青年強則國家強，青年興則國家興。青年的素質(zhì)能力基本上取決于小學階段的教育，為了提高國家的競爭力，美國最先提出STEM教育模式，其主要內(nèi)容為Science（科學）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學）這四個方面。在四門學科中，科學注重對世界上萬物之理的學習，探索自然界中的各種客觀規(guī)律;技術(shù)、工程兩個方面則是在不破壞自然界的前提下，實現(xiàn)人類社會的發(fā)展與進步;而數(shù)學則是以上三門學科的基礎(chǔ)，通過數(shù)學才能更好地學習以上三門學科。在STEM的課程教育中，主要有四個方面的內(nèi)容，即科學、技術(shù)、工程、數(shù)學四個方面的素養(yǎng)。基于以上四個方面的素養(yǎng)，能使教育的質(zhì)量得到全面的提升，進而為社會領(lǐng)域的發(fā)展不斷輸送全新類型人才。

近年來，國家大力推進STEM教育課程，在小學科學學科上的應(yīng)用也特別廣泛。自然界的事物不能單靠一門學科解釋清楚，更多的還是要依托于其他多個學科共同來解答。小學科學實驗教學融合STEM的教育，不僅能讓學生知道“是什么”，更能讓學生明白“為什么”以及“會怎么樣”，如此的教育模式才能讓學生終身受益。下面以《磁鐵能吸引什么》一課為例，談?wù)劰P者對新時期小學科學實驗教學融合STEM教育的幾點思考。

二、STEM教育在小學實驗教學中的應(yīng)用——以《磁鐵能吸引什么》一課為例

本課程是教科版科學二年級下冊第一單元第1課的內(nèi)容。本課的磁鐵單元屬于物質(zhì)世界內(nèi)容，對應(yīng)課標中的科學知識目標有：磁鐵的性狀有條形、蹄形、環(huán)形等;磁鐵能吸引鐵一類的物體。本節(jié)課作為本單元的起始課，從學生看似熟悉卻不一定準確認識的“磁鐵能吸引什么”入手，在糾正學生知識誤區(qū)的同時，更能激發(fā)學生進一步探索磁鐵特性的興趣，為后續(xù)課時的學習做鋪墊。如果用傳統(tǒng)的教學模式，教師直接介紹磁鐵的形狀及特點，那么學生只能是單純的“知道”，而不能真正地內(nèi)化成自己的知識，從而進一步應(yīng)用到生活中，解決生活中的問題。

根據(jù)STEM教育模式的特點，本課采用繪本教學，結(jié)合技術(shù)與工程知識，讓學生在認識到磁鐵的特性后，馬上將其應(yīng)用到解決實際問題中。首先將磁鐵包裝成“魔法師”，通過“魔法師找親人”“揭示魔法師真面目”等活動讓學生重新認識磁鐵的特性，糾正過去的錯誤認知（如磁鐵能吸引所有金屬），重構(gòu)對磁鐵的整體認識。在設(shè)計、制作并檢驗分類器環(huán)節(jié)中，以任務(wù)驅(qū)動學生運用科學和技術(shù)設(shè)計與制作產(chǎn)品，解決實際問題，讓學生體會到知識與實際生活的聯(lián)系。STEM教育的目的不僅是讓學生掌握學科知識，也能讓學生對生活事物有更豐富的經(jīng)驗認知。

1.課程實施步驟

（1）創(chuàng)設(shè)環(huán)境，建立思考——“魔法師找親人”

教師將磁鐵裝扮成“魔法師”，告訴學生：魔法師和親人們走散了，希望你們能幫忙它找到親人。魔法師雖然沒辦法說出親人都有誰，但它們之間有特殊的感應(yīng)，只要它們走近了，就能感應(yīng)到。讓學生思考如何才能幫助魔法師找到親人，即對磁鐵能吸引什么產(chǎn)生思考。

將課題帶入生活情境中，吸引學生興趣，以任務(wù)驅(qū)動學生進行分析與思考。這種模式充分激發(fā)了學生對生活事物的高度探索興趣，比直接給他們帶入課題更有趣味性。

（2）進行實驗，引導答案——“揭示魔法師真面目”

準備材料，讓學生進行分組實驗，給予學生一定的時間去動手實驗，從所準備的材料中找到與“魔法師”有感應(yīng)的“親人”，完成實驗記錄，思考分析“魔法師”的特性，總結(jié)“魔法師親人”的特點（磁鐵能吸引什么）。讓學生通過實驗結(jié)果來驗證自己之前的推測，猜測出“魔法師”的身份并發(fā)表自己的看法，充分激發(fā)他們的主觀能動性和發(fā)散性思維。最后教師根據(jù)學生的發(fā)言，揭示出“魔法師”的真實身份及其“親人”的特性，即磁鐵的特征：有條形磁鐵、蹄形磁鐵、環(huán)形磁鐵;磁鐵能吸引鐵一類的物體。這樣就把問題延伸到課堂中，讓學生思考教室中是否有“魔法師”的存在，通過觀察、尋找身邊的磁鐵和用鐵制作的物體，引導學生將碎片化的知識整理起來，在腦海中形成對磁鐵的整體認識，同時也能認識到磁鐵為人們的生活帶來的便利。

這個實驗過程不僅能培養(yǎng)學生的實踐能力，使其養(yǎng)成良好的實驗習慣，還能讓學生將自身的理論知識與實踐進行充分的結(jié)合，培養(yǎng)學生的合作意識，提升學生對數(shù)據(jù)的分析能力。

（3）任務(wù)升級，設(shè)計、制作并檢驗分類器——找到“魔法師親人”

通過前面的實驗，學生對磁鐵已經(jīng)有了一個整體的認識，再趁機追擊，強化理解。提出問題：“魔法師”還有一位很重要的親人沒有找到，它和其他物體混在了一起。然后讓學生以小組為單位進行實驗，要求在最短的時間內(nèi)，利用實驗材料幫助“魔法師”從混合物中找出“親人”，即讓學生根據(jù)實驗材料設(shè)計制作出分類器，分離出“魔法師的親人”。通過設(shè)計、制作并檢驗分類器的過程，教師引導學生在認識到磁鐵的特性后，將所學的應(yīng)用到實踐中。

在任務(wù)進行階段，主要應(yīng)用到工程、技術(shù)以及科學方面的知識來解決實際的問題。STEM教育顯著的特點就是不再依賴于單一的學科知識，而是以整合多個學科知識的方式、方法來解決問題，即通過社會實踐活動的方式來解決生活中的問題。

（4）總結(jié)拓展——魔法師的小秘密

實驗的最后，教師應(yīng)引導學生根據(jù)自己前面的實驗和所學所得進行梳理，做一個完整的實驗總結(jié)和實驗啟發(fā)，并進行最后的成果展示，這有利于學生更好地掌握本堂課的教學內(nèi)容，并鍛煉學生的分析總結(jié)和創(chuàng)造性能力。另外，教師可適當?shù)匾龑W生拓展磁鐵的其他特征屬性，讓學生能夠更好、更寬泛地認識磁鐵;鼓勵學生在課外多開展拓展探究活動，運用多種資源拓展課外知識，學會自我學習。經(jīng)過本實驗的學習后，學生發(fā)現(xiàn)了“魔法師的小秘密”，即了解到磁鐵更多的特點和性質(zhì)。

2.課程實驗總結(jié)

從科學知識層面上來看，該課程實驗讓學生在動手操作的過程中，對已有的知識進行鞏固，了解了磁鐵的特征有條形磁鐵、蹄形磁鐵、環(huán)形磁鐵以及磁鐵能吸引鐵一類的物質(zhì)。

從技術(shù)知識層面上來看，該課程實驗讓學生通過對基本實驗工具的使用來完成整個實驗過程，進而達到學習的目的。

從工程知識層面上來看，該課程實驗注重培養(yǎng)學生對實驗數(shù)據(jù)的整理能力以及能夠設(shè)計找到鐵一類物質(zhì)的分類器的能力，用工程的方法來解決實際問題。

從數(shù)學知識層面上來看，該課程實驗要求學生懂得利用數(shù)學的計算方式和公式來為實驗解決部分問題。

三、STEM教育在小學科學課堂的作用

由以上課例，可以看出STEM教育對小學科學課程的開展意義非常重要。和傳統(tǒng)教學相比，STEM教育更加注重學科之間的交叉融合，意義在于培養(yǎng)學生的綜合能力，以促進學生的全面發(fā)展。STEM教學作為新的教學模式，應(yīng)用在小學科學教育過程中是非常有必要的，在STEM融入小學科學教育的過程中，學校要采取相關(guān)的策略，完善科學設(shè)施，聘請科學教育專業(yè)的教師，根據(jù)學生的學習狀況制訂出合理的STEM活動內(nèi)容，對學生實施分層教學等。總之，STEM活動的開展需要多方面的努力，學校、家長、學生三方之間只有實現(xiàn)密切配合，才能促進學生科學教育的迅速進步。

四、小學科學實驗教學融合STEM教育的幾點思考

根據(jù)以上課程實驗的教學實例，筆者認為在進行融合STEM教育的小學科學實驗教學時應(yīng)關(guān)注以下幾個問題。

（1）教學過程應(yīng)注重以學生為主體，教師起引導和輔助作用。小學科學實驗教學離不開學生的親身實驗操作，教師需對實驗內(nèi)容和實驗操作形式進行全面考量，最大限度地調(diào)動學生的實驗積極性，以提升科學實驗教學品質(zhì)。該階段的學生對科學實驗有濃厚的參與興趣，教師要抓住學生心理，增強實驗的趣味性。在課堂實驗準備、課中實驗過程、課后實驗訓練等環(huán)節(jié)，教師需為學生提出針對性要求，促進學生順利進入實驗中，感受實驗帶來的認知體驗，促進學科核心素養(yǎng)的形成。

（2）從生活中的事例引入實驗課題。傳統(tǒng)的實驗教學是教師根據(jù)課本內(nèi)容直接帶入課題，這會引起學生的乏味感，對實驗沒有太大的期待。教師從生活中的事例入手，配合繪本故事的情節(jié)節(jié)奏，可以更好地激發(fā)學生對實驗的強烈興趣，使其更快速地進入實驗中。

（3）實驗課程設(shè)計要注重多學科融合教學。教師要把科學、技術(shù)、工程及數(shù)學等學科充分設(shè)計到實驗過程中。各學科之間的融合實驗探索，能大大提高學生的實驗效率，激發(fā)學生探究問題的欲望，讓學生明白解決實際問題應(yīng)多層次、多方面地進行考慮，各學科之間是存在非常緊密的聯(lián)系的。

（4）實驗課程設(shè)計要準備充足的實驗時間。STEM教育不是單一學科的探究學習，而是融合多學科的教育方式，對學生自主實驗探究的要求比較高。實驗時間的不足會讓學生的思維難以得到發(fā)散，難以運用其他學科知識。因此，教師要給予學生主動思考和探究的時間和空間，讓學生能根據(jù)自己的思維方式自由地進行實驗探索。

（5）實驗過程應(yīng)多注重團隊協(xié)作。通過小組或者小團隊之間的相互討論和交流，能充分調(diào)動學生學習的積極性，讓學生學習到其他人的優(yōu)秀想法和態(tài)度，培養(yǎng)學生的科學探究態(tài)度和科學思維。

（6）實驗課程應(yīng)注重實驗后的成果展示。教師在實驗過程中應(yīng)要求學生填寫實驗數(shù)據(jù)和實驗條件和總結(jié)等，太多的科學實驗只注重實驗探究過程，而實驗后的成果往往被忽視。在實驗后，教師應(yīng)讓學生對實驗過程進行匯總和總結(jié)，以小組形式討論，最后陳述其通過實驗學到的知識和對生活的啟示，這便是學生實驗后的成果展示。

當今的科學教育，既要求學生懂得自己做，又要求學生懂得自己想，學生只有手腦并用，并懂得和他人協(xié)調(diào)合作，才能提高自身思維水平，真正提升科學探究能力。“在做中學，不僅長知識，也長能力，使學生在親歷探究科學奧秘的過程中，對觀察、提問、設(shè)想、動手、表達、交流等保持濃厚的科學興趣，掌握基本的科學方法，逐漸形成自主進行科學探究的能力。通過對STEM教育理念的探索，新時代下小學科學實驗的教學方式是非常有必要與其相結(jié)合的。但目前STEM教育的融合只是初探階段，我們還需要不斷地實踐和反思，讓STEM教育理念更好地應(yīng)用到目前的小學科學實驗教學中。

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