STEM視角下的小學科學教學研究

顧曉軍 鄭靚

摘 ?要：21世紀科技高速發(fā)展，帶來巨大的經(jīng)濟效益，人們對科學的認識和關(guān)注度隨之提升，社會發(fā)展對STEM人才的需求面越來越寬，所謂STEM就是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學（Mathematics）。當前，我國具有STEM能力的人才需求不斷增長，為增強國際競爭力，提升科學綜合發(fā)展，我國政府與教育部門對科學教學提供了大力支持，從小學抓起，以培育更多STEM人才。本文以小學科學教學為主線，引入STEM教學新體系，從綜合方面提升學生對STEM的興趣，激發(fā)其學習的動力。

關(guān)鍵詞：STEM;小學科學;教學研究

Stem教育在國際上已備受關(guān)注，但在中國發(fā)展較為滯后，處于初級階段。2016年中國教育部出臺的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》首次提出stem教育模式。2017版的《小學科學課程標準》在教學建議中提出：“倡導跨學科學習方式”。即使在中國的發(fā)達地區(qū)，stem教育也并沒有進入常態(tài)的課程與教學中。目前stem教育還僅局限于少量的創(chuàng)客教育和非正式教育中。而在學校科學課程層面，教師對stem教育的了解少之又少，甚至很多教師都沒有聽說過stem或steam教育，更不要說去開展了。

2017版的《義務教育小學科學課程標準》中明確提出：“倡導跨學科學習方式。科學（science）、技術(shù)（technology）、工程（engine）與數(shù)學（math），即STEM，是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，它將科學、技術(shù)、工程、數(shù)學有機地融為一體，有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。科學教師可以嘗試運用于自己的教學實踐。”但由于種種原因，學校在課程設(shè)置、教材開發(fā)、資源建設(shè)、師資培訓以及學習空間建設(shè)等方面都很欠缺，我們很有必要將stem教育理念融入科學教學中，以提高學生的綜合科學素質(zhì)。

一、STEM教育視野下的科學課程的設(shè)計

1.利用優(yōu)秀課利

研究國際上已有的stem優(yōu)秀課例，可以挑選一些適合學校開展的課例加以利用例如：現(xiàn)在流行的3D打印，計算機編程，樂高機器人項目等。但對于農(nóng)村學校來說，由于經(jīng)濟條件、學校場地和教學器材等的限制無法開展項目。但是我們可以挑選直接引用像《制作微型雪橇》這樣的stem優(yōu)秀課例，這些課例運用stem跨學科學習理念，設(shè)計制作雪橇的活動，探索紙板、木板等不同材料對雪橇性能的影響。

2.對課例進行優(yōu)化

根據(jù)學校當?shù)氐膶嶋H情況對現(xiàn)有課例進行改造，改造成可以實際操作的stem課例，嘗試利用科學課時間開展stem案例的實踐研究。比如科教版的四年級課文《做一個指南針》《食品包裝上的信息》五年級的《做個太陽能熱水器》等。特別是六年級《橋》的教學設(shè)計：我們可以引導學生利用身邊的吸管、報紙、紙板、膠帶等便宜又好找的材料，讓學生根據(jù)所學知識，設(shè)計造橋方案，合作制造紙橋梁，然后進行測量記錄和承重計算，最后進行大比拼和互相點評。在這樣的課例中，工程問題被重申，學生一起判斷解決各個工程環(huán)節(jié)時需要什么，他們勾勒出計劃之后，就可以通過工程過程來有邏輯地解決問題。

3.根據(jù)學生的認知水平和學校現(xiàn)有的資源自己設(shè)計新的stem課例

2017版的《小學科學課程標準》指出：“學具的設(shè)計，應為學生提供手腦并用、解決問題的機會。學生身邊易獲取、成本低的材料是科學探究的首選學具，它是對正規(guī)生產(chǎn)的學具的必要補充，鼓勵教師收集和自制學具，為學生的探究活動提供物質(zhì)條件。”例如：農(nóng)村地區(qū)，經(jīng)濟落后，但自然資源豐富，各種材料可以充分被利用，如因地制宜開展植物種植，動物觀察等stem活動非常容易，特別是像開展材料、結(jié)構(gòu)、植物解剖等活動。如：利用農(nóng)村易獲取的材料蘿卜和竹簽建高塔，研究結(jié)構(gòu)學，學生利用科學知識，進行工程設(shè)計，技術(shù)規(guī)劃和數(shù)學立體建模搭建高塔。這樣有趣的活動可以激發(fā)學生探索科學的興趣、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和團隊精神。

4.將stem理念滲透在平時的教學中

特別是在小學低年級的教學中，由于學生的認知水平、動手能力的限制，許多課例不可能完全將stem理念運用于每一個課例之中。但我們可以將跨學科理念融合于教學中。stem教育具有情境性特征，它不是教授學生孤立、抽象地學習知識，而強調(diào)把知識抽提并作用于豐富的生活，讓學生獲得將知識進行情境化應用的能力，同時能夠理解和辨識不同情境，根據(jù)知識所處背景辨識問題本質(zhì)，并靈活解決問題。

5.提高學生的綜合素養(yǎng)

以stem理念開展的科學活動，整合了學生所學的各類知識，打破了學科界限，充分挖掘?qū)W生的個性潛能，為學生提供了多元發(fā)展的路徑和空間，開闊了學生眼界，陶冶了學生情操，發(fā)展了學生特長。例如：學校開展科學節(jié)，讓學生展示他們的科學發(fā)明，科學作品等，有效補充課堂教學的不足。

二、小學科學教學實踐 ——以《快遞薯片》一課為例

不管哪種整合取向，都強調(diào)整合后是否促進和優(yōu)化現(xiàn)有的科學教學。《快遞薯片》一課，正是工程框架型的科學-工程整合的一次嘗試。

1.創(chuàng)設(shè)真實問題情境

STEM整合教育強調(diào)解決實際問題，真實的問題情境有利于激發(fā)學生的學習興趣。

《快遞薯片》一課，以《一封來自薯片公司的郵件》為引子，將學生置身于真實情境中，明確挑戰(zhàn)任務：產(chǎn)品要滿足“有效、簡單、實惠的包裝方式”。面對薯片公司的求助，學生顯得躍躍欲試、義不容辭。“哇！我能為公司設(shè)計產(chǎn)品！”，“我能為公司解決問題！”……在這樣的真實情境下，容易點燃學生的興奮點。

2 明確需求，設(shè)計產(chǎn)品

“如何防止薯片在快遞中破碎”這就涉及到產(chǎn)品包裝問題。老師引導學生明確包裝要求“有效”——完好無損，“簡單”——方法簡單，“實惠”——成本控制。小組完成產(chǎn)品設(shè)計方案并作圖。四年級學生經(jīng)歷“需求分析——設(shè)計產(chǎn)品”這樣的過程，對后續(xù)的產(chǎn)品制作以及測試，改進都有很重要的作用。這是一個謀劃的過程，要站在廠家、快遞、顧客等等不同角度考慮，這也是全局觀和整體思維的鍛煉。在設(shè)計過程中，權(quán)衡有效、簡單、實惠三個標準，對材料選擇也要做到成本控制，產(chǎn)品的最優(yōu)化。設(shè)計過程中，小組內(nèi)有不同意見，需要討論、決定，有學生要堅持自己的想法，有學生要放棄自己的想法，合作精神也悄然而生。

3.包裝時各顯神通

《快遞薯片》一課的亮點之一在于要進行真實的包裝，而不是制作模型。這更調(diào)動了學生的積極性。當然，有了細致的產(chǎn)品設(shè)計方案，包裝起來也就容易很多。教師還根據(jù)實際情況，跟學生商定10分鐘完成包裝。果然，絕大部分小組都能按時完成。雖然小小的時間限定，背后也潛藏了執(zhí)教者精心的設(shè)計和準備。

4.多重挑戰(zhàn)，迎接測試

薯片打好包，緊張的測試環(huán)節(jié)要迎接震動和跌落挑戰(zhàn)。當看到自己小組的包裝箱被“測試員”各種強度的8次“震動”和3次高處“跌落”時，好多同學，情不自禁地發(fā)出心疼、驚訝的聲音，生怕自己小組的包裝禁受不住高強度的測試，可謂激動人心。尤其在開箱“驗貨”時，學生的迫切、激動和小心翼翼盡顯無遺。

5.綜合評價 揭示奧秘

快遞薯片已完成，但是課堂還沒有結(jié)束，教師引導學生關(guān)注設(shè)計方案，共同發(fā)現(xiàn)快遞時要保護好產(chǎn)品的包裝秘密。

三、結(jié)語

stem理念的小學科學課堂，強調(diào)真實的學習情境，強調(diào)學生的實踐活動、團隊合作，強調(diào)學習結(jié)果的開放及對創(chuàng)新的鼓勵，最終達到知識的融合與能力的提升。除了科學素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、數(shù)學素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)及工程素養(yǎng)的提升外，學生還將獲得適應能力、社會交流能力、自我管理能力等社會情緒能力的發(fā)展。Stem理念下的小學科學課教學設(shè)計將大有可為。

參考文獻

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