用STEM理念改造小學(xué)科學(xué)教學(xué)

徐杰

STEM教育不是簡(jiǎn)單地“S+T+E+M”，而是圍繞需求或項(xiàng)目，綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)。

單學(xué)科到多學(xué)科的轉(zhuǎn)變

教學(xué)“土壤”相關(guān)內(nèi)容后，教師可以組織學(xué)生明確主題、搜集資料、設(shè)計(jì)、制作、修飾、發(fā)布電子小報(bào)，既抒發(fā)了對(duì)土壤“媽媽”的感激之情，又綜合運(yùn)用了多學(xué)科知識(shí)、方法、能力。語(yǔ)文老師可以“把春天變成最美的課程”，帶領(lǐng)學(xué)生在種花、賞花、吟詩(shī)、寫(xiě)詩(shī)的基礎(chǔ)上，廣泛閱讀關(guān)于花卉的系列科普?qǐng)D書(shū)，認(rèn)識(shí)花的成長(zhǎng)周期和果實(shí)的構(gòu)造、種子的特點(diǎn)，通過(guò)繪本和文字結(jié)合的觀察筆記，深度體驗(yàn)生命的狀態(tài)和意義，由衷感嘆“科學(xué)真美！”

教師還可以把科學(xué)教育與種植養(yǎng)殖、天文觀測(cè)、科學(xué)體驗(yàn)、創(chuàng)新大賽等活動(dòng)結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生在實(shí)踐中應(yīng)用知識(shí)，獲取更多的“活”知識(shí)，為他們將來(lái)的發(fā)展進(jìn)一步創(chuàng)造條件。

單學(xué)科到多學(xué)科的轉(zhuǎn)變，在學(xué)生身上帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的變化。這些轉(zhuǎn)變，很好地體現(xiàn)了STEM理念的運(yùn)用、發(fā)展，是知識(shí)活化的一種基本途徑。

多學(xué)科到跨學(xué)科的轉(zhuǎn)變

STEM教育的學(xué)習(xí)注重解決真實(shí)情境中的問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)在經(jīng)歷問(wèn)題解決的過(guò)程中“真刀真槍地搞科學(xué)”，真正體驗(yàn)“希望、失望、成功、失敗、決策、優(yōu)化”，不斷修正、完善認(rèn)知、觀點(diǎn)，形成經(jīng)驗(yàn)積累和理念提升。

“打撈南海1號(hào)”是一個(gè)很好的案例?！按驌颇虾?號(hào)”給水下考古工作者提出了前所未有的巨大挑戰(zhàn)：采取什么樣的施工方法、施工工藝、施工流程，才能保護(hù)好有可能被損壞且價(jià)值無(wú)法估量的“南海1號(hào)”沉船？考古工作者、科技工作者圍繞多個(gè)方案，開(kāi)展可行性論證，通過(guò)跨部門協(xié)同創(chuàng)新，歷經(jīng)了上百次的模擬實(shí)驗(yàn)之后，最終采用“整體打撈”沉船出水方案，向世人生動(dòng)地展示了海上絲綢之路的風(fēng)采，也為我國(guó)古代造船工藝、航海技術(shù)研究以及木質(zhì)文物長(zhǎng)久保存等方面提供了典型標(biāo)本。

很顯然，唯有圍繞解決真實(shí)情境問(wèn)題發(fā)生的實(shí)戰(zhàn)化項(xiàng)目學(xué)習(xí)，才能使學(xué)生自發(fā)運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多門學(xué)科知識(shí)，才能使學(xué)生在學(xué)習(xí)中與周圍世界和現(xiàn)實(shí)生活發(fā)生聯(lián)系，進(jìn)而提升發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力以及實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。要做到這一點(diǎn)，跨學(xué)科是必然選擇。

跨學(xué)科到超學(xué)科的轉(zhuǎn)變

所謂超學(xué)科就是不受學(xué)科限制，各學(xué)科知識(shí)、方法、能力、工具都可以貫通運(yùn)用。STEM教育非常強(qiáng)調(diào)主題下的大概念，以及大概念下的跨學(xué)科技能，如文學(xué)素養(yǎng)、思維能力、研究能力、合作能力、決策能力等。因此，STEM教育可以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從跨學(xué)科到超學(xué)科的轉(zhuǎn)變。

“造紙橋”這類課的教學(xué)重點(diǎn)是制造一座紙橋，學(xué)生根本沒(méi)有機(jī)會(huì)體驗(yàn)限定條件下的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)從跨學(xué)科到超學(xué)科的轉(zhuǎn)變，教師可以借鑒工程框架思路改造教材，設(shè)計(jì)多課時(shí)的超學(xué)科課程。

在“造紙橋”的工程設(shè)計(jì)中，可以融合對(duì)不同形狀結(jié)構(gòu)是如何影響承載力的項(xiàng)目學(xué)習(xí)。確定的需求就是設(shè)計(jì)“可跨越50厘米寬的‘山谷、能承受至少1500克重量”的紙橋。學(xué)生分小組經(jīng)過(guò)頭腦風(fēng)暴之后，再聚焦承重能力，逐一探究拉索、拱形、圓筒、風(fēng)力、地形、地貌等結(jié)構(gòu)對(duì)承重能力的影響。通過(guò)測(cè)試不同拱度紙拱的承重能力，優(yōu)化設(shè)計(jì)作品，之后，確定了承重、材料、外觀、創(chuàng)意等評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)各小組的作品。學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究、工程設(shè)計(jì)，從建立科學(xué)理解到優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了科學(xué)與工程的雙向聯(lián)系。

類似的改造還有立體種植、智能化菜園、舞臺(tái)泡泡秀等STEM項(xiàng)目，真正做到學(xué)習(xí)靈活開(kāi)放，方案豐富多樣。在這樣的教學(xué)中，學(xué)習(xí)脈絡(luò)的枝蔓向外生長(zhǎng)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)更豐富、可能性更大。