STEM視野下的初中科學課堂的開發

裴佳茜

摘要： STEM教育源自于美國，指在教學中要通過科學、技術、工程和數學四個學科來提升學生的綜合素養與能力。在STEM視野下開展初中科學課堂的教育可以有效解決傳統教學中學生實踐能力差、缺少合作意識和合作精神的問題，培養他們分析問題和解決問題的能力，適應當下快速發展的社會對人才素養的需求。基于此，本文將具體對STEM視野下的初中科學課堂的開發進行思考，希望能夠以此提升初中科學課堂的教學質量。

關鍵詞： STEM;綜合素養;教學策略

中圖分類號： G633.98 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ?文章編號： 1992-7711（2019）22-080-2

初中科學是一門以提升學生科學素養為主要目標的學科，本門課程綜合性較強，涉及到的范圍廣，內容多，學生學習起來并非十分容易。STEM教育源自于美國，是科學、技術、工程和數學的縮寫，其重點是要在教學中通過這四個學科之間的融合來提高學生的綜合素養與能力。2016年，我國教育部出臺的《教育信息化“十三五”規劃》中明確提出了要對STEM教育等教育模式進行探究，不斷提升學生的探究意識和創新能力。目前的初中課堂教學中，STEM教育并沒有得到應有的重視，為此，對STEM視野下初中科學課堂的研究十分重要。

一、STEM教育概述

1.科學素養

科學素養是指對科學知識理解和運用能力，包括對大自然的理解和對大自然的影響的相應決策能力。因此，培養學生的科學素養將會涉及到技術科學、地球與環境科學、生命與衛生科學等多個領域。

2.技術素養

技術素養是指通過學習使學生對科學技術的了解、認識、評價等能力。良好的技術素養不僅僅要了解技術的發展過程，掌握技術操作方式，還要明白技術將會對我們今后的生活、國家的發展乃至是世界帶來怎樣的影響。由此，技術素養的提升將會滿足人們未來對世界的變革要求。

3.工程素養

簡單來說，工程素養就是在對技術的理解和應用的過程中，實施開發與動手操作的能力。在科學課堂的教學中，工程課程會以項目作為載體，通過多種學科知識的融合，將課本知識中的難點和重點內容與學生的生活實際相結合，有效激發學生的學習興趣和積極性，讓他們更好的理解知識，學會用知識去解決問題。所以，我們也可以將工程看做是建立在數學原理和科學系統之上的實踐操作過程。

4.數學素養

數學素養是指學生在分析、解決問題的過程中使用數學方法、數學思維去進行思考、判斷和分析的能力，即學生發現、解決、表達問題等多角度下應用的數學能力。

從這四種素養的概念我們可以發現，生活中大多數的事情都需要通過多種學科的結合來解決。STEM教育要求學生能夠利用這四方面的素養，不斷發現問題、探索問題和解決問題，并非只是將這四種素養進行簡單的排列組合。

二、STEM視野下的初中科學課堂教學策略

1.結合實際工程設計教學

在STEM視野下所開展的教學要注重各學科之間的整合，重點提升學生的綜合性科學素養。采用工程設計案例來進行的教學可以更好的發揮出課程整合的作用，利用實際的案例來幫助學生掌握具體的工程設計的操作方法，形成以問題出發為主線的課堂教學，滿足STEM教學要求。在初中科學課堂教學中，教師可以根據所學內容，將知識點融入到具體的工程項目案例中去，通過核心問題的解決來引導學生解決工程的設計問題，從而讓學生掌握知識的原理。

例如，在光的反射這一部分學習中，教師可以通過這樣一個工程設計案例來展開教學：有這樣一個小鎮，他們位于峽谷中，常年都沒有陽光的照射。后來，當地的人們依靠三面巨鏡讓小鎮首次沐浴到了冬季的陽光……

這個案例提供了一個真實的情境，學生需要主動對問題進行思考，結合數學、技術等多個學科的知識來了解案例中所涉及到的科學知識（光的反射定律）。之后，教師可以讓學生去分析光的反射的特點，思考小鎮人民究竟是如何安裝這三面巨鏡的，在安裝過程中又應該注意到哪些問題等等，以此根據實際問題不斷改進設計方式。

這節課的主要線索是：情境——規律——原理——特點——應用——反思。通過這樣一系列的課堂活動，學生必然會在不知不覺中掌握有關光的反射的知識內容，包括光在什么物體表面可以發生反射，入射角、反射角，以及光的反射定律等等。這種教學方式通過真實的案例設計進行課堂引入，一方面能夠有效調動學生的學習積極性，另一方面還可以提升學生的探索精神，培養他們發現問題和解決問題的能力。STEM教育相對于傳統教育來說，更加重視學生成果的展示，但這里的展示并非只是簡單的成果展示，而是要展示分析問題和解決問題的思路和過程，即體現出學生的語言方面的組織運用能力、思維邏輯推理能力等綜合素養。所以，STEM教育的教學重點就是要讓學生尋找問題，探索未知世界，提升實際操作能力。通過工程設計進行科學課堂教學符合了STEM教育的要求，讓知識在學生腦中不斷強化，做到活學活用。

2.引導學生進行技術操作

科學課堂教學的重要目標是讓學生將所學知識應用到生活中，而不是停留在空洞的理論當中，即讓科學課堂技術化。所謂的技術，就是指通過工藝操作技能、工具設備或是材料來展開的社會實踐活動。技術素養是科學素養中的重要組成部分，包括對技術的認知、操作技術的基本能力以及使用技術過程中的嚴謹思維等等。在科學課堂教學中，教師可以通過完成技術設計的過程和環節來促使學生形成基本的技術能力，提升他們的技術素養。

例如，在滑動變阻器的學習中，教師可以向學生來展示臺燈，讓學生來感受在亮度調節下燈光的變化，并提問：為什么調節開關可以改變臺燈的亮度呢？同學們是否能夠自己來制作出一個可以調節燈泡亮度的電路呢？根據目前我們所學知識可知，影響電阻大小的因素是導體的材料、長度和橫截面積，那么制作可調節燈泡亮度電路的最簡單方式是什么？

提出這一問題后，學生自然會想到利用改變導體的長度是最簡單的改變電阻大小的方式，從而達到調節小燈泡亮度的目的。此時，教師便可以讓學生進行實際動手操作，將電池、電流表、小燈泡、開關、導線和電阻絲組成串聯電路（如下圖所示），進行引導，模擬過程如下：

教師：這個設計中有什么樣的問題？怎樣進行改正？

學生：合金線太長，使用不方便，可以將他纏繞起來。

教師：現在我們有兩種纏繞的材料可以選擇，一個是陶瓷筒，一個是金屬筒，應該選哪個？為什么？

學生：使用陶瓷筒，陶瓷筒是絕緣體，金屬筒不是。

教師：纏繞過程中應該如何避免合金線相碰而出現的短路現象？

學生：可以在合金線上刷一層漆來避免短路問題，并在于劃片接觸的地方將表面的漆去除。

在這樣一步步的引導之下，學生自然會完成了電路的設計，掌握了調節臺燈開關的原理與方法。這種方式比純粹的要學生記憶背誦影響因素來得高明，也得到了學生的認可，讓他們利用已有的知識來解決問題，將知識轉化為經驗，更有利于提升學生的動手操作能力，實現科學課堂的教學要求。

3.采用項目學習教學模式

項目教學法是利用項目來讓學生融入到情境之中的教學方式，相對于前兩種教學方法來說，項目教學法的知識綜合性較強，對學生的操作能力要求更高，在項目完成之后必須要進行展示來體現學習成果，進行學習評價。對于初中科學教學來說，由于學生的水平有限，教師需要把控好項目的難度，選擇符合中學生特點和學習要求的項目內容。

例如，為了讓學生更好的掌握能量轉化與守恒定律，了解太陽能的應用，教師可以設計“自制簡易的太陽能汽車模型”的教學項目。首先，要準備小馬達、導線、模型物理小車和太陽能電池板等材料，并為項目的開展創建情境：社會的快速發展，使我們對能源的需求越來越大，環境污染、能源枯竭等問題成為了世界性的難題。2010年，上海世博館內出現了一種新能源汽車，該汽車利用了太陽能電池，達到了零污染、零排放。那么這種太陽能汽車究竟是什么樣的呢？它又使用的是什么原理？同學們能否自己制作太陽能汽車模型呢？

提出問題情境之后，教師可以與學生來共同探討該項目中所涉及到的知識內容，包括光合作用、能量守恒定律、電路知識等等，并確定這些知識在項目中的應用方式，以小組為單位，構建太陽能汽車模型，嘗試組裝搭建。完成之后，各小組要展示自己的最終成果，通過相互討論來做到取長補短，彌補本小組項目完成過程中的不足之處。

在本案例中，學生不僅了解了太陽能汽車的工作原理：將太陽能轉化電能，而且通過這一原理設計整合成一個完整的太陽能汽車模型，最后反思模型設計中的缺點，并進行完善。這一過程中，學生利用自己的所學知識不斷去克服問題，解決問題，感受到科技與生活的緊密聯系。這種STEM視野下的教學方式極大地提升了學生思維水平，動手實踐能力，滿足了培養學生核心素養的要求。

三、STEM視野下的科學課堂教學注意事項

1.要融入地方課程，體現生活化

STEM教育要求學生在學中做，在做中學，這就需要充分利用相關的教學資源，通過科學的實踐過程來提升學生的STEM素養水平。因此，融入地方課程，結合學生實際對于STEM視野下的科學課堂教學有著十分重要的意義。

例如，我們可以根據學校所在地區環境來構建出具有當地特色的校本課程，并結合本地的教育資源，推出具有本地的專題課程。當然，這一目標的實現離不開學校與當地教育部門的支持。政府部門在進行教育改革時，應該充分體現出STEM教育理念，為學校的STEM教育提供充足的財力與物力支持，促進STEM教育的實踐應用。

2.要拓展STEM教育機會，培養科學素養

首先，STEM視野下的科學教學中，我們要加強與學生家長之間的聯系，讓家長從自身做起，為學生提供更多的學習資源，例如與學生一起去觀看關于科學技術的圖書或是電影，一起制作工程工藝品等等。其次，在課下生活中，教師可以讓學生根據自己的興趣組成興趣俱樂部，通過相互交流和相互溝通來了解更多的科學知識。第三，在實際教學中，為了提升教學質量，更好的進行STEM教育，可以充分借助多媒體設備來向學生展示一些微觀或是難以現場演示的場景，以此增加學生參與STEM教育的機會。第四，可以通過與當地職業高中或者企業合作來為學生提供更多的實踐操作機會，使他們的操作興趣與創新精神得以激發，積極的投入到科學的學習中來。

總之，在STEM視野下開展初中科學課堂的教育可以有效提高教學質量，解決傳統教學中學生實踐能力差、缺少合作意識和合作精神的問題，同時還有利于提升學生的學習興趣，培養他們分析問題和解決問題的能力，滿足當代社會對人才素養的需求。但是，由于STEM教育目前在我國國內仍然處于發展階段，應用并不是十分廣泛，沒有形成一個完整的理論研究體系，在科學課堂教學中更是缺少了實踐探究，這就需要廣大教育工作者繼續進行探索，促進STEM教育在科學課堂中的開發與應用。

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（作者單位：浙江省杭州蕭山回瀾初級中學，浙江 杭州 311200）