STEM教育理念下小學科學教學實踐研究

任永力 左成光 徐交 成剛

摘 要：STEM是一種以項目學習、問題解決為導向的課程方式，把STEM教育理念融入到小學科學教學實踐，是目前科學教育研究的熱點。本文通過對STEM教育理念相關要素和小學科學教學設計等相關問題的分析，進一步梳理了STEM教育理念與小學科學課程目標的關系，構建了STEM教育理念下小學科學教學活動設計模式，并運用于教學實踐。

關鍵詞：STEM教育; 小學科學; 教學實踐

中圖分類號：G623.6? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-3315（2020）9-056-002

我國科學課程經歷了從小學《自然》發展到小學《科學》，2001年進行課程改革的時發布了《小學科學課程標準（實驗稿）》，2003年到2017年間進行了幾次調研以及修訂后，最終《義務教育小學科學課程標準》（以下簡稱《標準》）在2017年頒布并實施。《標準》明確了該課程的課程性質、基本理念、課程目標、課程內容設置、課程實施建議等。《標準》在“教學建議”部分，明確指出：科學（science）、技術（technology）、工程（engineering）與數學（mathematics），即STEM，是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，它將科學、技術、工程、數學有機地融為一體，有利于學生創新能力的培養。科學教師可以嘗試運用于自己的教學實踐[1]。

小學科學課程內容分為四個領域：物質科學、生命科學、地球和宇宙科學、技術與工程，但是這四個領域并不是孤立存在的，是多學科知識網絡的融合。該課程是對學生實踐探究能力進行培養，教學活動的設計注重學生的日常生活實際。STEM教育也并不是科學、技術、工程和數學教育的簡單疊加，而是要將四門學科內容組合形成有機整體，以更好地培養學生創新精神與實踐能力[2]。如何把STEM教育理念更好的融入到小學科學教學實踐，以更好的推進我國小學科學教學，這是一個非常值得探討的課題。

一、STEM教育理念和小學科學教學融合的分析及模式構建

科學、技術、工程、數學四個學科知識的整合構成了STEM教育，STEM教育是多學科克服學科界限要素的整合。各要素之間關系密切，相互依存不可分割。科學以工程與數學為語言，技術以數學與科學為支撐，工程以科學與數學為基礎[3]。科學、技術、工程、數學融為一體，使科學的規律性、技術的實用性、工程的實踐性、科學的嚴謹性建立辯證統一關系，各自的特性與聯系為STEM的跨學科融合的核心特征提供強有力的理論支持[4]。目前國內STEM教育理念融入小學科學教學可供分析的文獻研究資料很有限，但我們可以學習STEM教育理念在小學科學中的研究及實踐經驗，在實踐中豐富STEM教育的相關研究。接下來從STEM教育理念與小學科學課程目標的契合度進行分析，并完成STEM教育理念下小學科學教學活動設計模式構建。

（一）STEM教育理念與小學科學課程目標的融合分析

STEM教育理念指導下的課程實施需要在真實可操作的情境下分組合作完成項目，在設計的教學環境中通過該理念的指導，實際情境中用學科綜合知識去解決發現的問題，慢慢的達到對學生綜合素養的培養[5]。《標準》中課程目標分為四個方面：科學知識、科學探究、科學態度和科學·技術·社會與環境，這體現了由“三維目標（知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀）”走向關注“科學學科核心素養”的傾向，更加明晰了小學科學學科育人價值[6]。STEM教育理念下對小學科學課程“科學學科核心素養”的提升，需契合科學知識、科學探究、科學態度和科學·技術·社會與環境這四個方面，這是與STEM綜合素養的培養是相互聯系的。解決問題和完成項目的途徑就是需要科學探究和工程設計，科學知識和技術手段是實現科學探究的保證，科學探究、工程設計、數學方法是形成科學態度的重要保障，科學精神的培養與人文素養的養成是達到科學態度和科學·技術·社會與環境目標的重要體現。該關系的建立更好地體現了STEM教育與小學科學教學之間的聯系。

（二）STEM教育指導下的小學科學教學活動設計模式構建

小學科學教學活動設計應以小學科學課程內容為基礎，主要包括物質科學、生命科學、地球與宇宙科學、技術與工程中一些比較直觀且學生有興趣參與學習的內容為主，每一個領域分化在不同的教學單元中，每個單元都有一條主線在支撐著每一課時的內容[8]。因此在進行教學活動設計時，密切與課程內容特點進行設計。小學科學教學活動的設計相對于常規下的教學活動設計而言，用STEM教育理念的優勢去指導該學科教學活動的設計，不僅符合小學科學課程本身的特點，還創新了科學課對學生科學素養的培養方式。

基于上述分析，在STEM教育理念指導下對小學科學教學目標、教學內容、教學組織形式等在教學活動中的呈現進行設計，構建了STEM教育理念下小學科學教學活動設計模式。該模式下的教學活動設計分為以下幾個階段：

發現問題階段：該階段主要的目標是學生自主探究發現問題。結合STEM教育與課程目標的關系，以小學科學課程目標的四個方面為指導，以學生所學科學知識為基礎，在教師指導下，學生分析和學生自主探究并發現問題，然后引導學生在STEM教育理念的指導下來思考并解決問題方案。

活動設計階段：該階段主要是對解決問題方案的設計。主要由教師指導學生在STEM教育理念的基礎上對問題進行具體的分析，學生對S（科學知識）進行理解掌握，運用一定的T（技術手段）和M（數學方法）完成設計。老師指導學生以小組為單位，組內自主協作分析探究，以教學內容和課程目標的四個方面為基礎進行解決問題活動的方案設計。在教學活動的設計中，教師扮演輔助指導的角色，活動方案的設計主要由小組獨立完成，主要檢驗知識的掌握情況和培養學生自主探究能力。

活動實施階段：該階段是對活動設計方案的具體實施。教師負責對學習環境進行管理和維護，學生對組內設計方案，進行人員分工，合作進行活動方案的完成。在活動中以學生的合作探究為主，教師輔助指導為輔，主要培養學生的動手實踐能力和合作的科學精神。

活動評估與反思階段：該階段主要是對教學活動進行評價以及反饋，以維持教學的進行及促進教學的改善。每完成一次教學任務都要進行反思和評價，通過教學過程的總結反饋及時掌握教學過程中出現的問題并去解決問題，不斷改善教學質量。其次，及時了解學生對新知識的掌握應用情況、教學目標完成情況、以及學生解決問題的能力的培養，以便順利進行后續的教學。評估階段旨在了解運用STEM教育理念指導教學活動后的效果并及時進行改進和完善。

解決問題階段：學生最終解決問題，在此基礎上將問題發展成生成性問題，結合生活實際，在生活中進行具體運用實踐，升華學生對STEM教育下的小學科學在生活中的應用理解，將STEM教育理念和小學科學融合思維靈活運用于生活實際解決實際生活問題。

二、STEM教育理念下小學科學教學實踐研究

（一）教學內容分析

本文選取的素材是教育科學出版社出版的小學《科學》上冊第四單元《運動和力》，本單元核心內容是掌握物體運動與受到的力的關系的有關知識，最后在所學科學知識的基礎上設計制作小車。本單元的教學內容安排分別是“我們的小纜車”“用橡皮筋做動力”“像火箭那樣驅動小車”“測量力的大小”“運動與摩擦力”“滑動與滾動”“運動與設計”“設計制作小賽車”，本單元的內容選擇很好體現了小學科學與生活實際相關性。因此本文選取了“設計制作小賽車”進行教學活動的設計，通過小賽車的設計與制作這一活動激發學生學習熱情，提升學生科學素養，學生在實踐中體會科學的奧妙、理解科學技術的力量。

教學活動設計以完成課程目標的四個方面為基礎，最終提升學生的科學素養。教學活動設計前，分析了科學、技術、工程、數學領域的相關知識下課程目標四個方面的具體化。比如所需科學知識的支撐、與車有關的科學知識，材料的準備、工具方法的使用，設計方案的調整、作品的美化與講述，草圖的繪制和數據的記錄等等。通過設計流程（方案的設計、材料的選取、草圖繪制、作品制作與展示）引導學生根據SETM教育下的教學活動設計模式進行小車的設計與制作。該活動將科學知識在STEM教育理念的指導下用于小賽車的實際設計制作中，在解決實際問題的過程中學生深切體會科學課的樂趣，熱愛科學。

（二）教學對象分析

該內容的教學對象是五年級學生，該階段的學生大多數處于11-12歲，具有一定的認知水平，抽象思維的能力已經開始發展，具備基礎的生活技能。學生通過學習的積累和一定的生活經驗，掌握了一定的操作技巧，對科學知識的學習理解運用已經達到一定的階段，因此基于STEM指導下的小學科學教學，五年級的學生是完全有能力接受的。學生學習科學知識基礎上，動手實踐能力已經得到提高，此階段的學生正處于愛思考、愛動手的時期，因此基于STEM的教學，學生可以進行分析問題和搜集信息，并以小組為單位展開探究，最終在合作探究下解決問題。

（三）教學實踐分析

理論分析離不開實踐，本文將“設計與制作小賽車”這一教學活動的設計方案運用于實際教學，現將該課的教學實施作簡要的說明。

（1）導入：觀看賽車動漫視頻以及圖片，引起學生興趣。學生觀看動漫中賽車比賽小視頻和車的圖片，教師并提問：圖片中車的設計有什么特點？想不想設計屬于自己的小賽車？學生回答后，引出本課時即將所學內容——設計制作小賽車。

注：STEM教育理念——科學知識（S）的鞏固解讀

（2）工程師怎樣設計賽車。老師提問學生：我們要設計我們自己的賽車，我們先來猜猜工程師是怎樣思考設計賽車的？展示賽車圖片后，并提問賽車的設計有些什么要求？

學生觀察后，交流討論，進行匯報：①輪胎的設計要增大摩擦，避免打滑;②要有能提供足夠動力的裝置;③對車的設計，我們應注意要使得行駛更穩定;④車身的設計應該使得行駛速度快，減小行駛阻力等等。

注：STEM教育理念——設計制作過程中技術手段（T）的運用

（3）設計、制作我們的小賽車。教師進行提問：既然我們知道工程師是怎樣去設計小車，那么我們自己的專屬小賽車應該怎樣去設計呢？學生交流思考，分組討論設計方案，最終確定設計方案。根據學生的設計方案，小組在教師的指導下領取材料，學生根據設計方案進行賽車的制作，制作完成后小組與小組之間并進行一場賽車會。

注：STEM教育理念——工程設計（E）、小車尺寸結構設計以及草圖的繪制（M）

（四）小結

該教學實踐案例將STEM教育理念具體運用于指導小學科學課教學，并根據教學情況，對基于STEM教育指導下的小學科學教學活動設計模式進行了修改與完善。該教學取得了極佳的教學效果，學生對這種上課方式表現出了極大的熱愛與興趣，課堂學習氛圍濃厚，學生思維積極活躍，紛紛提出設計方案，并通過小組合作明確分工，有秩序、有組織的設計并制作賽車，在此過程中增強了他們學習的主動性，合作解決問題的能力得到提高，學習信心與樂趣得到了增強。

三、結語

STEM教育理念下的小學科學教學實踐教學，以問題或項目為主題的活動形式呈現教學時，學生在學習鞏固科學知識的基礎上，更加突出了學生的主體地位。還增強了發現問題和解決問題的能力。小學科學的教學方式單一化問題在STEM教育理念的整合下得到很好的解決，學生學習主動性得到極大增強[7]。在STEM理念指導下的教學中，合作交流和實際操作成為學生獲取科學知識重要途徑，成為教學不可缺少的理念指導。教學方式由教師直接講授轉變為由教師講授、小組合作、自主探究等多種教學方式相結合的方式，教學效果得到了很大的改善。

基金項目：貴陽市財政支持貴陽學院學科建設與研究生教育項目[HC-2020]

參考文獻：

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[2]余勝泉，胡翔 STEM教育理念與跨學科整合模式[J]開放教育研究，2015（04）：13-21

[3]白雪雙.基于STEM的小學科學課程教學設計[D]陜西師范大學，2018

[4]林靜，石曉玉，韋文婷.小學科學課程中開展STEM教育的問題與對策[J]課程·教材·教法，2019，39（03）：108-112

[5]王詩瑤，王永紅.跨學科STEM教育的思辨、現狀與應用[J]教學與管理，2018（33）：97-100

[6]左成光，田澤森，王俊民.小學新科學課程標準之“變”及其應對[J]基礎教育課程，2019（01）：15-20

[7]沈香.淺議如何實現STEM教育與小學科學的融合[J]科學大眾·科學教育，2016（04）：69+57

[8]蘇聰.基于STEM教育理念的小學科學教學設計研究[D]華中科技大學，2019