STEAM教育理念下培養學生科學探究能力的策略探究

宗若燦　楊成鐸

摘要：近年來STEAM課程因其倡導問題解決驅動的跨學科教育，強調培養學生的問題解決能力、設計能力、實踐能力，受到我國教育界的普遍重視。小學科學以探究為主要的學習方式，注重跨學科知識的融合，這些正是STEAM教育的精髓。在課堂教學中，教師要創設真實的教學情境，樹立先進的教學理念，實施多樣化的學習方式，把STEAM理念真正落實到教育實踐之中。

關鍵詞：小學科學;STEAM教育;探究能力;教學策略

STEAM是一種融入科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）、數學（Mathematics）五種教育的綜合性教育，它不是把知識進行簡單的疊加，而是圍繞一個問題或項目，靈活地運用多學科知識解決真實的問題。STEAM教育是一種倡導跨學科的實踐教育，它是基于真實問題解決的探究性學習，也是基于設計的實踐性學習。STEAM教育力求引導學生以真實問題解決為任務驅動，通過多學科知識與多學科思維，在具體的實踐活動中創造性地解決實際問題。

在教育實踐中，小學科學學科應以探究性學習為主，注重在探究活動中培養學生的科學思維、問題解決能力、創新能力、實踐能力、信息素養，這與STEAM教育理念高度一致。把科學教學與STEAM教育進行深度融合是一線教師需要思考的問題。據2017年3月由教育部教育管理信息中心、北京師范大學聯合北京國信世教信息技術研究院共同撰寫發布的《中國STEAM教育發展報告》中數據顯示（見圖1），現階段小學開設的STEAM課程學習方式較為單一，主要以探究學習和合作學習為主，而項目式學習、基于問題的學習、基于設計的學習較前兩種方式來說占比相對較少，單一的學習方式限制了學生動手解決問題能力的發展。因此，科學教師要尋求多種方法，豐富教學策略，提高課堂教學實效。

一、創設真實情境，引導學生發現問題

著名教育家陶行知說：“創造始于問題，有了問題才會思考，有了思考，才有解決問題的方法，才有找到獨立思路的可能。”STEAM教育是一種探究性學習活動，只有引導學生自主發現問題，才能充分調動學生的思維，激發學生的探究熱情。STEAM教育的問題應該是生活情境中的真實問題，問題只有與學生的生活實際相聯系，才能使學生感受到探究的價值，體驗到探究的樂趣。

例如，在“太陽鐘”一課的教學中，學生根據影子的變化規律，在木板上垂直插入一根竹簽，制作成一個簡單的牛頓鐘，然后將牛頓鐘平放到操場上，于整點時刻畫出竹簽的影子，并標記上對應的時間。經過連續幾天的檢測，學生發現自己制作的牛頓鐘計時十分準確。在學生在歡呼雀躍時，我繼續提出問題：三個月后我們再來核查，牛頓鐘的計時是準確的嗎？學生們大惑不解。

三個月后，學生帶著制作的牛頓鐘再次來到操場上核查牛頓鐘的計時。當學生看到此時牛頓鐘與標準時間竟然相差了二十多分鐘，都感到十分意外。在學生百思不得其解時，我引導學生將牛頓鐘南側向上抬起一定的角度再進行觀察。

學生操作之后，發現當牛頓鐘南側向上抬起到一個角度時，它的計時依然十分準確。這是為什么？學生紛紛陷入了深思。經過啟發、引導，學生最終解開了其中的秘密，并根據其中的原理，再次制作出了一個計時準確的工具——日晷（赤道式日晷）。

二、樹立先進教學理念，提高學生探究熱情

STEAM教育重視學生主動參與探究過程，強調在實踐活動中讓學生獲得真實的學習體驗，使學生在學習體驗中有效探究、深層思考。

（一）在玩中學，激發學生的興趣

興趣是最好的老師，只有激發學生在STEAM教育活動中的探究興趣，學生才能以飽滿的熱情和堅韌的毅力進行深入研究。在STEAM教育中，教師要最大限度地激發學生的學習需求和探究興趣，使學生想要探究、樂于探究。在玩中學，“玩”是有目的、有引導、有針對性地“玩”，能夠使學生在玩的活動中深入學習，提高思維技巧，提升探究能力。

在“葉和花”一課教學中，教師組織學生到操場上采摘各種樹木的葉片，學生看到秋色正濃的校園風光時興奮不已，紛紛行動起來。學生采摘完樹葉后，教師引導學生觀察各種樹葉的差異。經過對比，學生發現這些樹葉的葉形、葉序、葉脈等都存在著差異。經過師生的共同研究，學生將這些樹葉按照葉形和葉序進行分類。通過深入探究，學生掌握了各種葉形和葉序的特征，并將那些有特點的葉片制作成葉脈畫、葉脈書簽、葉貼畫等。最后，在教師的指導下，學生繪制出了校園植物圖譜。

（二）在差異中尋發展，促進學生有效探究

STEAM課程倡導開展開放式的學習活動，對于不同層次的學生，教師需要進行個別化指導，同時為學生呈現的探究資源（實驗材料、學習型課件、微視頻教學）也要有層次性，以滿足不同學生的學習需求。學生可以根據自己的興趣、能力、學習基礎、探究能力，自主選擇合適的學習資源。

在“做個太陽能熱水器”一課教學中，教師要求學生做一個太陽能熱水器，并將200毫升水的溫度在15分鐘內盡可能地升上去。這是一個開放式的探究活動，學生不僅要考慮吸熱與物體顏色、太陽光照射角度的關系，還要考慮太陽能熱水器的材料選取、保溫效果、制作成本、外形美觀程度等。學生在設計出太陽能熱水器的草圖后，教師組織學生進行制作，并在評比后組織獲勝組介紹自己的設計原理。整個探究活動，調動了學生的參與熱情，激發了學生的創新思維，使不同層次的學生都獲得了不同程度的發展。

（三）在疑難處點撥，激活學生的科學思維

STEAM教育的目的之一是培養學生解決問題的能力。問題的解決離不開學生的科學思維，因此在探究活動中要努力提高學生的辯證思維能力，使學生全面、動態地分析、解決問題。學生在進行探究活動過程中，必然會遇到各種困難，此時教師要在疑難處給予學生必要的引導、點撥，激活學生的科學思維，使不同學習背景、知識水平的學生在交流、討論的基礎上，思維能夠產生碰撞，相互取長補短。

在教學“太陽和影子”一課后，為了使學生深入理解太陽和影子之間的關系，教師引導學生成立“圭表”科學探究小組。在學生對二十四節氣充分了解的基礎上，教師指導學生利用材料制作圭表，學生進行小組討論交流，制定探究計劃。之后，學生在每個節氣的正午12點，利用圭表記錄太陽的影子。經過一年的跟蹤記錄，學生發現了太陽高度角的變化規律。此時學生不禁產生了疑問：日影的長度變化與節氣之間有什么關系？教師與學生共同討論，得出“利用圭表可以測定回歸年，劃分二十四節氣”的結論。

在利用圭表測量回歸年和二十四節氣的過程中，學生掌握了正南方向的確定，理解了每個節氣的含義和確定方法，提升了自己的科學探究能力。

三、實施多種學習方式，深化學生探究能力

STEAM教育注重在實踐中進行深入探究，教師要結合科學探究的特點，充分利用各種學習方式，使學生進行深度探究。

（一）在基于問題的學習中培養學生的問題解決能力

基于問題的學習，即構建真實、有意義的問題情境，引導學生發現問題并在自主探究中綜合運用所學知識，積極解決問題的一種學習方式。它是以學生自主解決問題為中心，其中問題是真實而非虛構的，與學生的生活實際相聯系。可以說，問題是學生持續學習的動力，學生圍繞問題展開思維，尋求解決問題的方法，從而提高解決問題的能力。

在教學“小水鐘”一課時，為了提高學生的探究能力和問題解決能力，教師要求學生制作一個能計時10分鐘的水鐘，用制作的水鐘計時并檢驗水鐘計時是否準確，再找出影響水鐘計時準確的因素。教師引導學生先設計制作方案，然后用自己帶來的塑料瓶制作水鐘。在進行匯報時，學生發現了許多問題：水鐘的刻度并不是均勻的;水流的速度并不是固定不變的，而是先快后慢;塑料瓶的形狀影響水流的速度，等等。

經過充分討論，學生根據生病時靜脈輸液的經歷，想到了可以用輸液滴漏器控制水流的速度。為了使水勻速流下來，必須保持液面高度不變。為了解決這一問題，學生制作了“多級受水型”漏壺。在中間一級壺的上方開一個開口，這樣就可以使上面流下來的過量水自動從開口流出去，保證了水位不變，從而保證水流的速度不變。

（二）在基于項目的學習中培養學生的探究能力

基于項目的學習，即創設一個富有挑戰性的項目，引導學生充分利用各種資源，在精心設計、深度參與的基礎上，進行長期開放探究的一種學習方式。它是以學生圍繞特定的項目主題為中心，學生綜合運用所學知識在實踐中以創造產品的方式探究真實問題的解決辦法，從而提高創新能力。

在教學“怎樣得到更多的光和熱”一課后，學生對太陽能熱水器的傾斜角度產生了好奇，我便組織學生成立了科學探究小組，引導學生從多角度展開深入探究。在探究的初始階段，要設計對比實驗，找出“太陽能熱水器”傾斜角度是多少時水溫升高速度最快。第一組學生負責設計圖紙;第二組學生負責尋找材料;第三組學生負責制作熱水器;第四組學生負責測量、記錄;第五組學生負責測量二十四節氣的太陽高度角。第三組學生將八個試管的外壁涂滿墨汁，里面裝入等量清水，在橡皮塞上鉆孔后插入溫度計，再分別塞住八個試管口，然后將八個試管分別以不同的角度擺放在架子上。經過連續的測量，學生最終發現了太陽能熱水器的傾斜角度與當地的緯度一致時水溫升溫最快的結論。

STEAM教育是一種教學理念和學習方式，強調學生自主參與，綜合運用多學科知識解決真實的問題。教師要領悟其精髓，把握其核心，樹立全新的教育教學觀。教師要有意識地應用STEAM教育理念，精心設計課堂教學，充分引導學生深入探究自己感興趣的問題和項目，為學生搭建自主探究的舞臺，這樣就會使學生在探究過程中不斷提高自己的核心素養和創新能力。

參考文獻：

[1] 李雁冰.“科學、技術、工程與數學”教育運動的本質反思與實踐問題——對話加拿大英屬哥倫比亞大學Nashon教授[J].全球教育展望，2014（11）.

[2] 周東岱等.基于STEAM教育理念的小學課程體系重構研究[J].電化教育研究，2017（08）.

（責任編輯：趙靜）