基于STEM教育的小學科學實驗教學初探

馮忠元

摘 要：隨著全球科學技術的高速發展，當今的科學教育越來越傾向于將科學、技術、工程與數學教育進行整合，成為跨學科的綜合性課程。STEM教育理念在小學科學新課程標準中也被明確提出來，強調進行工程與技術領域學習的重要性。本文選取教科版小學科學教材中“建高塔”實驗內容進行具體分析，希望通過本文可以為廣大的小學科學教師進行STEM教育理念與小學科學實驗教學相整合給出些許參考。

關鍵詞：STEM教育; 小學科學; 實驗教學; 教學設計

中圖分類號：G623.6 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1006-3315（2019）03-054-002

STEM教育是科學，技術，工程，數學教育的統稱，重點是加強對學生四個方面的教育：一是科學素養，即運用科學知識（如物理、化學、生物科學和地球空間科學）理解自然界并參與影響自然界的過程;二是技術素養，也就是使用、管理、理解和評價技術的能力;三是工程素養，即對技術工程設計與開發過程的理解;四是數學素養，也就是學生發現、表達、解釋和解決多種情境下的數學問題的能力。本文對在小學科學實驗教學中滲入STEM教育進行了初步的探究，以供參考。

一、內容分析

“建高塔”選自教科版《科學》教材六年級上冊第二單元第六課內容，是繼對框架結構的學習之后進一步對塔一類的物體進行探究，認識塔一類的物體穩定性的原因，本課將引導學生用生活中最常見的吸管來搭建一座框架結構的塔，意在讓學生用有限的材料制造出最大高度的具有框架結構的高塔，滲透“工程學”的思想，在規定的時間內，讓學生充分發揮想象能力與創造能力，用有限的材料結合所學知識，完成挑戰任務，培養學生運用科學、技術、工程、數學等的跨學科知識解決問題的能力。

二、教學環節

（一）創設情境

在這一環節中學生體驗把礦泉水瓶立在課桌上，這是本節課的第一個活動，學生通過探究發現把礦泉水瓶穩定的立放在桌面上的方法，為后續探究打下基礎，其教學環節如下。

環節一：同學們好，今天我們來做一個動手能力比賽。現在請大家拿出一個礦泉水瓶，誰能在10秒內把它立在課桌上？預備，開始！

（二）情境設問

經過上一環節的活動體驗，學生明顯感受到把瓶口朝上放的礦泉水瓶更加穩定，進而討論這種放置方式的特點，通過體驗活動直接指向本課將要研究的問題，具有很強的針對性，其教學環節如下。

環節二：為什么把瓶口朝上放的礦泉水瓶穩定？這樣放的特點是什么？怎樣能使得礦泉水瓶立的更加穩定？

教師：提問。教師適時出示礦泉水瓶，引導學生思考并上臺與大家演示使塑料瓶在桌面保持穩定的方法。

學生：思考回答學生對不加水、加1/3水、加滿水后、倒置水瓶做觀察比較。

（三）設計建構

經過環節二的交流談論，學生會發現物體的重心越低、支撐面越大，穩定性越強，進而延伸體會到高塔也應該具有這樣特點才能穩定，接著利用提供的材料進行高塔模型的設計與制作，在制作的過程中學生可能會采取不同的方式放置吸管，但是怎樣放置吸管才能使建構的高塔模型更高，每一層放多少根吸管？也就是說如何用有限的材料發揮出最大的用處，這是學生需要自己進行思考解決的問題，體會工程技術設計的樂趣，其教學環節如下。

環節三：在前面的學習與活動中我們知道框架結構具有穩定性，今天我們也來當一個小小工程師，動手搭建一個穩定的高塔吧！材料：吸管20根，環保紙黏土一袋。

具體要求：1.制作框架結構高塔，既要高又要穩定;2.在15分鐘內完成制作;3.不能使用其他材料。

小組討論，如何能夠搭建出更高更穩的高塔？分享小組討論的方案后再總結完善實驗方案。現在可以開始完成我們的高塔了！預備，開始！

教師：出示材料，展示要求，提出問題，總結成功的方案，提出注意細節。

學生：確認材料，了解要求;學生思考并討論交流;進一步完善實驗方案;學生動手制作高塔。

（四）檢驗與優化

在模型建構完成之后，組織學生對模型進行高度的測量和抗風能力檢測，并對實驗結果進行分析，發現模型的優缺點后有目的的進行模型改進與優化，避免盲目行動。

環節四：同學們都已經完成了自己的作品，現在讓我們來檢驗一下它吧，看看哪一組勝出？

規則：1.比高度;2.比穩定。

經過檢驗你發現了哪些缺點？如何改進？改進后再檢驗一下。組織學生進行檢驗。

教師：提問并組織學生再次檢驗。

學生：學生檢驗;優化方案并進行改造;再次檢驗。

（五）評價交流，拓展延伸

模型檢驗完成之后，讓高塔模型做得好的小組進行交流展示，起到榜樣的作用，接著對各組的實驗數據進行分析，得出實驗結論，發現高塔結構穩定的特點，讓學生經歷一個完整的探究過程，其教學環節如下。

環節五：請各小組展示你們的作品，若給你更多的吸管，你能做出多高的高塔？

教師：組織學生展示作品并做出相應評價

學生：學生匯報，交流得出高塔結構穩定的特點。

小學科學課程是以培養科學素養為宗旨的科學啟蒙課程，實驗教學也是小學科學教學的重要組成部分。《小學科學課程標準》指出：“探索性學習既是科學的目標，也是一種學習科學的方法。”因此，科學探究必須貫穿學生的科學學習過程。科學實驗是基于孩子的興趣，充分利用孩子的好奇心，以及學生科學探究的天性。教師可以科學實驗為基礎，結合數學、工程、技術等相關知識，整合教學資源，幫助學生建立系統的研究思路。在新形勢下，教師要多維度準確把握STEM教學要點，優化設計小學科學課程，彰顯科學實驗課程魅力，促進學生全面發展。

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