STEM理念下小學科學拓展課程資源的開發與利用

江劉 呂麗

【摘? ?要】STEM教育是當前課程改革的熱點，但STEM拓展課程資源比較稀缺。教師可以在STEM理念觀照下，從學生、教材、課堂、學校、社區五大途徑出發，尋找以學生為中心，以問題解決為驅動，提倡學科融合的小學科學拓展課程的資源，并通過“甄選課程資源”“整合多類資源”“合理重構資源”等策略，合理利用STEM拓展課程資源，培養和提高學生的科學素養和綜合能力。

【關鍵詞】STEM;小學科學;課程資源;開發利用

STEM教育提倡讓學生掌握學習方法，將傳統的輸入式學習轉為以問題解決為驅動的項目式學習，從而培養學生的邏輯思維、創新精神和探索能力，全面提升學生的綜合素養。盡管 STEM教育成為當前課程改革的熱點，但是直接來源于高校、研究機構、企業等的STEM課程資源非常匱乏。因此，教師可以在STEM理念觀照下，從學生、教材、課堂、學校、社區五大途徑開發小學科學拓展課程資源，并通過甄選、整合、重構的方式進行有效利用，培養和提高學生的科學素養和綜合能力，實現STEM課程的育人目標。

一、STEM拓展課程資源的開發途徑

（一）關注學生焦點，選取生活資源

激發學生學習興趣是開發STEM拓展課程資源的前提。因此，教師可觀察學生在實際生活中的關注焦點，從中發現切合學生實際，能激發學生好奇心與求知欲的生活資源。

紙飛機比賽在小學科技活動中較為普遍，比賽的經歷促使學生產生了提升紙飛機飛行距離和飛行速度的迫切愿望。為了找到改進方法，他們提出了“紙飛機的外形構造是否會影響飛行距離和速度”的問題。于是，教師以這個學生關心的問題為導向，引導學生從紙飛機的材質、折法、放飛技巧、環境因素等多方面深入探究。學生選擇了三種不同外形構造的紙飛機作為實驗對象（見圖1），在無風的室內對每種飛機做了3次實驗（見表1）。

圖1? ?不同外形構造的紙飛機

表1? ?紙飛機外形構造與飛行距離、速度關系

[類型編號 外形構造 平均飛

行距離 平均飛

行時間 平均飛行速度 1號 機身較矮，兩翼較寬，機頭較寬 0.327 m 1.40s 0.23m/s 2號 機身較高，兩翼較寬，機頭較尖 1.355m 2.72s 0.50m/s 3號 機身較矮，兩翼較窄，機頭較尖 4.562m 1.91s 2.39m/s ]

通過實驗觀察和數據分析，學生解開了紙飛機飛行距離的秘密：1號紙飛機飛出后立刻180°轉彎，平均飛行距離最短;2號紙飛機飛行時間最長，但飛出1米左右就會90°轉彎，飛行距離和速度均不足;3號紙飛機作弧線狀向前沖去，中途無任何轉彎，飛行距離最長，飛行速度最快。因此，紙飛機的外形構造能影響飛行距離和飛行速度。隨后，學生的研究又從紙飛機延伸到橡筋動力模型飛機，再到模型彈射滑翔機、遙控電動滑翔機等，由此開發了“飛行器”系列STEM拓展課程。

（二）延伸探究實驗，深化教材資源

教科版科學教材中涉及的探究活動，是教材編寫者精選的符合學生興趣和認知發展水平的教學內容，有助于學生在探究活動中進一步鞏固和運用習得的科學概念。教師可圍繞教材原有主題和知識體系，設計情境任務，延伸探究活動，引導學生逐步解決問題。

如五年級下冊第一單元“沉和浮”第四課《造一艘小船》中，將明輪船的歷史作為課后探究活動“了解船舶發展史”的一部分，并非本節科學課的教學重點。但明輪船在船舶發展史中具有重要地位，了解其發明歷史、工藝結構、科學原理，并親手制作，有助于學生鞏固浮力原理。與其他船舶相比，明輪船關鍵動力結構及模型制作的難度適中，適合小學STEM學習，能有效促進科學課學習目標的深度達成。

（三）捕捉意外問題，提煉課堂資源

如果教師全程參與科學探究活動，并關注學生的課堂行為，就能適時捕捉“即時興趣”，抓住“認知困難”，發現“意外問題”。如果對這些意外生成的課堂資源進行梳理和歸納，就可以開發為STEM拓展課程。

以四年級上冊《聲音的變化》一課為例，教材配套的學具袋雖然提供了一支五管簫（見圖2），但存在難以吹響、音高區不清等缺陷，對探究活動造成影響，學生產生了改進愿望。于是，“五管簫大變身”STEM拓展課程誕生了。課程共分為四個板塊：①吹奏、觀察五管簫，發現問題;②對比其他吹奏樂器，進行歸因;③改造吹口，繪制“七管簫”設計圖;④學習和運用3D打印技術，完成改進任務（見圖3）。該課程讓學生不僅深入反思造成科學實驗失敗的原因，將改進學具的想法落實到課堂中，還能使用改良后的學具，體驗科學實驗成功的喜悅。

圖2改進前的“五管簫”? ? ? 圖3改進后的“七管簫”

（四）結合主題活動，挖掘校本資源

學校組織開展的主題探究活動，常常要用到校園內的材料、工具、設施、人員等資源。教師可根據活動主題，因地制宜地挖掘校本資源。

如某學校與區氣象局專家合作，長期開展“氣象與生活”主題探究活動。學校除了必備的四年級上冊“天氣”單元的實驗器材外，還配備了測風器械、觀測場地、創客教室。學生曾做過日常天氣觀察記錄（如表2），也曾制作過最簡單的風向標。因此，學校結合主題活動，充分利用器械與設備、日常觀測數據、人力資源等校本資源，開發了“風向標探秘”STEM拓展課程。

表2? ?家庭周邊氣溫和風向觀測表（部分）

[12月15日 地址 氣溫（℃） 風向 17：30 東郡尚都 7.9 西北 綠都小區 7.8 西 中山錦庭 8.0 西北 大田小區 8.2 東南 19：30 東郡尚都 6.5 西南 綠都小區 7.2 西 中山錦庭 7.7 東北 大田小區 7.6 南 ]

（五）組織校外實踐，開發社區資源

教師應鼓勵學生走出學校小課堂，走進圖書館、博物館、科技中心、農場果園、工廠碼頭等社會實踐大課堂，將社區資源融入STEM教學活動，形成系列化小學科學STEM拓展課程體系。

教師在社區開展STEM課程學習活動時，可以根據社會實踐基地的主題、場地、特色活動等資源設計學習單，并根據表單中的范例突破學習重點和難點。例如，在博物館進行的“古代計時工具發展史”課程是一種項目式學習課程。在學習單的引導下，學生開展觀察、記錄、實驗、分析、制作、匯報等活動（見表3）。其中“向組員介紹一種計時工具及其工作原理”是學習難點，教師就以“圭表”的介紹為例，輔助學生收集其他古代計時工具的信息，模仿范例完成學習任務，輕松突破難點。

表3? ?“古代計時工具發展史”學習單

[任務目錄 完成情況 尋找中國古代計時工具，并記錄名稱 將尋找到的計時工具按照出現的年代進行排序 向組員介紹一種計時工具及其工作原理 圭表是一種古代計時工具。“表”是指一根垂直立在地面的標桿或石柱;“圭”是指從表的底部沿水平伸向北方的一條石板。每當太陽轉到正南方向時，表影就會落在圭面上。只要測量表影的長度，就可以推算出各節氣的時刻。

根據一定的分類標準，對找到的計時工具進行分類 類別： 分類依據： 根據泄水型水鐘的原理，小組合作制造1分鐘計時器 （設計圖） ]

二、STEM拓展課程資源的利用策略

（一）圍繞問題，甄選課程資源

STEM拓展課程資源并非開發即能用，而要根據各學段具體的教學要求進行甄選。甄選出來的課程資源要力求原理簡單、操作方便、現象直觀，符合學生當下的認知發展水平和注意規律，能夠迅速吸引學生的注意，降低理解難度，提升問題解決的效率，增強問題解決的成就感。

以“明輪船”STEM拓展課程為例（見表4），教師圍繞探究問題，對不同的課程資源匯總后進行甄選，發揮了課程資源的最大效益：根據學生生活經驗和興趣，甄選“折紙船、玩紙船”資源，因為紙船制作簡單且生動有趣，更易激發學生學習興趣;從教材原有的探究活動資源中，精選“用其他材料制造船”的任務，因材料多樣化，探究會更豐富;在校內主題活動資源中，教師選擇體積更大的充氣水池，因為該器材資源便于小組同場競技，縮短評價時間，能提高學生改進的熱情;在社區科普教育資源方面，教師舍棄了游艇，選擇輪船作為觀察對象，因為明輪船是由輪船演變而來，相似程度比游艇更高。

表4? ?“明輪船”拓展課程資源甄選表

[資源匯總 甄選結果 部分學生有觀察船運貨入港的生活經歷;大部分學生喜歡折紙船，并用紙船玩過小游戲 學生親自折紙船、玩紙船游戲 教材中有用橡皮泥造船并比較載貨量的實驗;有用其他材料造船，比較成本、載重、速度等因素的探究活動 用其他材料造船，比較多方面因素 “家鄉的橋”校園主題活動提供了大型水槽和充氣水池等配套器材 大型充氣水池 莼湖海濱公園配有小型游艇，象山港碼頭有較多的輪船 參觀碼頭，觀察貨輪的結構和工作流程 ]

（二）凸顯情境，整合多類資源

在STEM拓展課程的明確問題階段，如果教師面臨某類資源數量不足的情況時，就可以將不同類別的資源進行整合，搭配使用，擺脫單一資源的桎梏，從而創設一個凸顯真實、富有趣味的問題情境。

例如在“風向標探秘”STEM拓展課程中，教師面臨無法長時間帶領學生在氣象監測站上課的困難。于是，在明確問題階段，教師可先讓學生使用自制風向標，再與專業風向標進行比較，思考并發現自制風向標存在的缺陷，以激發學生的學習動機。然后，教師引導學生發現、分析真實的觀測數據與氣象預報數據間的差距，并通過使用器具時的照片尋找原因。最后，結合“氣象與生活”主題探究活動，由氣象研究員布置“小小氣象員” 的任務，提升學生研究自制風向標精準程度的興趣。

（三）落實任務，合理重構資源

分析問題、設計方案、實施方案是STEM拓展課程的三個主要環節。學生在不同的學習環節需要不同的課程資源。如果教師給予學生大量未經處理的資源，就會導致階段目標混亂，增加完成任務的難度，降低解決問題的成功率。所以，教師應先將資源進行適當處理、合理重構，再分階段提供給學生。

以“五管簫大變身”STEM拓展課程為例（見表5），由于學生在四年級上冊《聲音的變化》一課的探究活動中，曾聽過不同長度的塑料管發出的聲音，但因缺乏比較，難以準確識別音高。這時，教師可提供其他樂器進行對比實驗，分析五管簫的缺點，提出改進建議。臺虎鉗和切割機是本次切割改進樂器的重要工具，與普通美工刀相比，具有使用方便的優勢，屬于校內主題活動資源。但這些工具操作難度過大，無法直接用于STEM拓展課程，需要教師提前完成切割。

表5? ?“五管簫大變身”拓展課程資源重構表

[資源原型 重構結果 在探究活動中，學生曾聽過不同長度的塑料管發出的聲音，能感知音高的變化 增加一個吹奏五管簫和豎笛的對比實驗，通過區分音高，感受差別 學生提出修剪五管簫塑料管的實驗，但是制作效果不佳 依據學生的想法繼續改進，制作出長度適宜的五管簫后再次進行對比 學校長期開設創客主題課程，配備了臺虎鉗、切割機等設備 分析豎笛等管樂器的內部結構，提前用設備切割五管簫的塑料管 ]

綜上，教師不僅需要從學生、教材、課堂、學校、社區五大途徑出發，開發以學生為中心，以問題解決為驅動，提倡學科融合的小學科學拓展課程資源，同時還需要通過“甄選課程資源”“整合多類資源”“合理重構資源”的策略對其加以合理利用，使STEM理念下小學科學拓展課程落地生根。

參考文獻：

[1]蘇樂.STEAM視角下的小學《科學》教學設計研究[D].曲阜：曲阜師范大學，2017.

[2]董利.基于STEM的小學高年級科學課教學設計與應用[D].重慶：重慶師范大學，2017.

[3]陳曉.基于 STEM 教育視角的小學科學課例分析[J].基礎教育研究，2017（13）.

[4]蔡海軍，謝強.小學科學課程資源的開發與利用[J].湖南第一師范學院學報，2012（6）.

[5]張桃.新課程背景下課程資源開發的原則與途徑[J].當代教育論壇（學科教育研究），2008（3）.

（浙江省寧波市奉化區岳林中心小學? ?315500）