基于STEM模式的科學實驗課改革

周勇 陳春梅

當今世界，STEM（ Science 科 學、Technology 技 術、Engineering 工 程、 Mathematics 數學的英文縮寫）教育逐漸成為基礎教育階段科學教育的一門新興課程，受到各國的關注和重視，并把STEM教育作為教育改革的重點方向。我校作為江蘇省STEM項目試點校，也對STEM教育進行了實踐推廣，把融入科學教育作為改革的突破點，進行了卓有成效的改革。

一、在科學實驗中突出STEM教育的探究性

科學課是一門注重探究的課程。科學的探究是為了理性地認識世界。STEM的探究則要綜合運用多門學科知識，在沒有專門的STEM課程的當下，科學課與STEM教育融合是一條很好的途徑。在科學課上，我們注重讓學生發現和提出問題，設計探究方案，挖掘知識點。例如，有的學生發現冬天我們穿棉衣覺得暖和，夏天穿棉衣覺得熱得受不了，棉衣是不是產生了熱量？棉衣到底產不產生熱量呢？讓學生自己合作設計研究方案，學生最初的方案是，有的同學用棉衣或棉花裹住一杯開水和溫度計，觀察溫度計讀數的變化;有的同學用棉衣或棉花裹住一杯冰激凌或雪糕之類低于常溫的物體和溫度計，觀察溫度計讀數的變化;有的同學用棉衣或棉花裹住一個室溫物體和溫度計，觀察溫度計讀數的變化。裹住開水的組實驗結論是棉衣不產生熱量還吸收熱量;裹住低于常溫物體的組實驗結論是棉衣產生熱量;裹住室溫物體的組實驗結論是棉衣不產生熱量。學生在探究的過程中，需要融合科學（熱傳遞理論）、技術（物體包裹、溫度計使用）、工程（研究方案制訂）、數學（正確讀數）等學科。面對三種結論我們怎么解釋呢？此時組織學生討論物體溫度的高低，順理成章地得出熱傳遞的理論。STEM教育本身就是多學科相互融合的教育，學生在探究的過程綜合運用多個學科知識，促進其科學探究能力的提升。

這個世界許多的東西對于小學生來說是新鮮的，他們充滿了好奇，他們想探究奧秘。我們要尊重孩子的發展，引導他們綜合運用已有的經驗和知識來探索未知的領域，發展他們的思維能力，解決他們心中的疑惑，發展他們的探究能力。

二、針對科學實驗中工程類內容突出設計目標

教學《建高塔》一課時，討論提出活動要求：用什么建？（規定可以用不大于25厘米的小棒子、不大于500毫升的礦泉水瓶、沙子作為主要建筑材料，連接材料繩子、皮筋、雙面膠）。高度的確立，是垂直高度，不是斜面的長度。塔的評價指標：不容易倒（穩定），抗風能力測試;框架結實不變形。

明確了目標以后，圍繞工程進行設計，學生在搭建高塔的活動中動手動腦。不斷更新自己的認知，起初只是以為不斷疊加就可以達到高的目的，在搭建的過程中發現穩定才能達到高度，層與層之間的連接很重要。重心、形狀與抗彎曲能力等一連串的知識伴隨著模型的建造而更新，同時增強了學生解決實際問題的能力。通過測試、評估及優化等環節，學生理解了工程概念。

STEM教育往往依托一個項目，綜合運用多學科知識來實現項目的完成。在科學教材中有許多內容本身就是注重項目實踐的，例如“設計小車”“造紙橋”等。在教學這些課程內容時，我們只要有意識地融入STEM教育，綜合運用多門學科知識和能力，就可以更好地達到教學目標。

三、推行STEM教育培養學生創新能力

小學生的想象力是豐富的，然而經常是夸張式的。想象力往往又是創新的源泉，在既保護他們的想象力的同時，又要合理發展他們的創新能力。在實驗活動中，我們采用了活動圖法，確定活動前需要做什么、活動中做什么、活動后做什么、怎么評價這次科學活動。學生通過活動流程找出問題，分析問題，找到解決問題的方法;并學會通過流程分析，將復雜的任務分解，逐步找到解決問題的方法，提高學生的創新能力。例如做點亮小燈泡實驗，實驗前問學生需要哪些器材，而不是由教師事前直接準備好，這樣學生就會分析燈泡的大小、電池電壓，尋找易于連接的導線，為了方便實驗甚至有人還拆了自己的手電筒。他們經過認真分析很容易發現器材的優缺點，在實驗前就會對材料按需要進行改變。小學生創新往往是從微創新開始，對現有材料、工具等做微小的變化，對現有產品再設計，有的甚至就是復制現有作品，一開始很難有顛覆性的創造，但是他們創新思維的在萌發，這正是我們進行STEM 教育所期盼的。他們在正式活動中還會發現不足與問題，通過不斷地動腦解決問題、探索創新，他們良好的創新思維習慣在慢慢養成。實驗結束后整理器材、整理記錄、活動評價必不可少，除對養成習慣很重要外，在收拾整理的過程中他們會發現很多技巧;尤其是對活動的評價，可以幫助學生全面完整地認識本次活動，找到自己的創新點，能根據實驗的需要進行活動設計與創造。

通過以上的改革，小學科學實驗課既能看到學生主體作用的發揮，還能看到知識融通與應用、系統設計與創新、物化實踐與表達等STEM教育所追求的核心素養。小學科學與STEM教育有機融合，加強了學生多種知識與技能的融合，可以有效提升小學生的綜合素質，促進學生綜合素養的形成。