基于STEM理念設計專題實驗提高實驗復習課的教學效率

朱杰兵

摘 要：STEM教育與科學課堂教育本質上就是鼓勵學生多自己的思考;多自己的想法;多自己的創新;不怕范錯誤;充分發揮學生的創造力，鼓勵他們動手實踐，自己找到解決問題的最佳方案。實驗復習課在初中科學復習課中占舉足輕重的地位，利用STEM的理念設計專題實驗，來提高實驗復習課的效率，改變學生在中考實驗探究、分析說理、設計實驗等題型上的得分較低的情況。通過設計專題實驗可以充分挖掘實驗，鍛煉學生的動手實踐能力和深層思維的發展，專題實驗中逐步培養學生的高階思維能力。

關鍵詞：STEM理念;專題實驗;實驗復習;動手實踐;深層思維;高階思維

一、基于STEM理念設計專題實驗復習課的必要性

依據心理學家耶基斯和多德森的定律，在一般情況下，動機愈強烈，工作積極性愈高，潛能發揮的愈好，取得的效率也愈大所以我們的實驗復習課如果想調動學生積極主動參與，就必須要有嶄新的設計，而基于STEM理念設計專題實驗復習課正是為了這一所需。

從2018年底，初中學生綜合素質評價已將實驗單獨進行評價并計入綜合評價成績，實驗評價主要包括四個方面的評價觀察能力、動手能力、評價與交流、思維能力幾個方面剛好與筆者提出的專題實驗復習的設計目的吻合。最新2019年初中學業水平考試與高中招生實施意見的通知中，2023年中考科學總分為190分，增加的10分為實驗考查成績。所以在此背景下嘗試利用STEM的理念進行指導設計專題實驗復習課提高實驗復習的教學有效性是十分有必要的。

二、基于STEM理念設計專題實驗復習課有利于提高學生課堂的主動性和參與度，促進學生間更緊密的合作交流。

1.學生需要積極主動參與的實驗復習課

調查實驗復習課是沒實驗，只是機械的做實驗的題目;其次學生也不喜歡重復的實驗。而STEM教學理念強調學生四個方面的教育：一是科學素養，即運用科學知識理解自然界并參與影響自然界的過程;二是技術素養，也就是使用、管理、理解和評價技術的能力;三是工程素養，即對技術工程設計與開發過程的理解;四是數學素養，也就是學生發現、表達、解釋和解決多種情境下的數學問題的能力。因此基于這樣的理念設計的專題實驗，不在單純地重復教材中的實驗，也不是單獨再現某一個實驗;也不再是通過實驗題目的練習去鞏固某個實驗;而是將多個核心實驗組合到一起，通過給學生創造一個接一個的實驗問題和任務，學生必須根據問題去思考，去合作設計，然后動手實踐，在實踐中又會遇到更深層次的問題和任務，引發學生更深層次的思維和更深層次的合作，學生感覺這樣的實驗復習課是嶄新的，是充滿挑戰的，自然課堂的主動性和參與度就更高了。

2.任務的解決需要學生間更緊密的合作交流

專題實驗復習課，目的在于復習實驗的重點和難點;在于培養和鍛煉學生的深層思維能力;在于提高學生動手實踐解決綜合性問題的能力;所以在專題實驗復習課中，我們自然會設計有挑戰性有梯度的實驗問題和實驗任務，而很多任務的完成需要學生的緊密合作，需要學生思維的碰撞，深度的交流討論。例如在七年級上冊的實驗復習中可以將體積的測量、質量的測量、密度的測量等核心實驗綜合起來，運用STEM理念設計一個專題實驗復習課。“一顆螺絲帽的秘密”給學生一個待測螺絲帽和相關實驗器材，讓學生選擇合適的器材，設計好測量方案，學生動手進行實踐，有的學生負責觀察、有的負責測量、有的負責記錄，而對測量的結果和誤差原因的分析又需要他們的深度思考和交流。在完成這一任務后，如果再將選擇器材中的人量筒等器材去除，學生就會遇到困難和挑戰，他們需要進一步的合作交流，去思考如何解決，這樣的實驗專題復習課堂學生參與度和學生的積極主動性，合作交流情況自然不言而喻了。

三、基于STEM理念設計專題實驗復習課有利于培養深層思維、高階思維能力;有利于培養學生的創新能力;

1、學生深層思維高階思維能力的培養是中考的方向和解決綜合性問題的需求

縱觀近年來無論是溫州各地市的試題考查還是浙江省的各市區的中考，無一例外的都注重對學生思維能力的考查，而輕記憶和背誦。平時學生對反復呈現的實驗或習題的考查往往得分情況良好，而在重思維能力考查的題型上，如實驗探究、分析說理等題型上丟分嚴重。所以我們通過設計專題實驗復習課，通過創新實驗方案的設計，實驗方案的優缺點的分析，誤差的分析，采用不同的實驗方法達到同樣的測量目的。這樣的專題實驗設計的確能快速有效地培養學生的高階思維能力和動手實踐能力。仍以七年級上冊體積的測量、質量的測量、密度的測量專題實驗復習課為例。在完成一些基礎任務后，缺失量筒的情況下如何利用玻璃管自制量筒，這就需要給玻璃管標注刻度，必須測量出一定體積的水，而一定體積的水沒有量筒只用天平和燒杯又怎么測量呢？這就結合了水的密度，只需要測出一定質量的水，最終通過學生的一層層的思考分析，最終問題落實到如何測出一定質量的水？然后才能動手實驗，具體分工合作。在這樣的過程中學生的深層思維能力自然而然地得到了很好的鍛煉和培養。

2.創新能力和意識能拓展學生思維的寬度和廣度豐富學生解決問題的角度，有利于學生更巧妙、更多方法去解決問題。

創新能力是技術和各種實踐活動領域中不斷提供具有經濟價值、社會價值、生態價值的新思想、新理論、新方法和新發明的能力。在專題實驗復習課中，我們可以借助于STEM理念設計精巧的綜合性實驗，來突出培養這方面的能力。比如在八年級的科學實驗中，電學實驗是非常核心的實驗，而伏安法測電阻又是重中之重。那么我們可以創設一個電阻測量的專題實驗復習課，有電流表和電壓表來設計測量方案，去除電壓表，只用2個電流表;或去除電流表，只用2個電壓表;或者提供定值電阻;或者采用單刀雙擲開關等等模式。鼓勵學生創新，并不斷分析方案的可行性、操作的簡便性。并不斷修正方案，加上滑動變阻器去多次測量，提高測量的準確性等。這樣一個電阻測量的問題，就有了不同的思考角度，一個測量電阻的實驗就有了不同的設計。學生的今后在解決綜合問題時，思維的局限性就會被打開，解決問題的方法和策略自然也就會更靈活。

四、總結反思

根據發展性教育理論，發展的三個方面包括觀察力，思維能力和實際操作能力。觀察對于發展學生的智力有極其重要的意義，如果具有很強的觀察力，則會通過各種途徑獲得很多的知識。培養觀察力，就是啟發了求知欲。知識和發展之間有某種“剪刀差”，要始終注意發展學生的邏輯思維能力，培養學生思維的靈活性和創造性。實際操作能力是學生發展的重要因素。筆者已經采用這樣的專題實驗復習課進行實驗復習課的教學，并與名師工作室的同行們一起進行探討和研究，并設計了一些專題實驗復習課，基本得到認可。但基于STEM理念設計專題實驗復習課，對教師本身而言準備起來需要一些時間和精力。所以，必須做好合適的專題選擇。總體而言，基于STEM理念設計專題實驗復習課，能有效促進我們的實驗復習課教學的有效性。有助于培養和發展學生的深層思維和高階思維能力，更加有利于促進學生的動手實踐和合作交流能力的提高。

參考文獻：

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