在科學課中開展STEM教育的探索與思考

陳晨

摘要：STEM教育旨在培養學生應用多學科知識來系統地解決實際問題的能力，它的綜合性和實踐性可以很好地幫助學生形成批判性思維、與他人溝通合作的能力、不怕失敗的品質等等。將STEM教育推向常規，可以最大限度地發揮它的教育價值。在科學課中開展STEM教育是一種很好的嘗試，但要注意與傳統科學課的區別，同時也要努力克服在課時設置及教師專業化等方面的挑戰。

關鍵詞：STEM教育;科學課

中圖分類號：G622???? 文獻標識碼：B??? 文章編號：1672-1578（2020）14-0036-02

近幾年，STEM無疑是教育界最熱門的話題，從幼兒園到大學再到各個機構，STEM吸引了不少一線的教師及專家學者甚至是商家的目光。同時，我們可以發現，大家對STEM的探索也在發生著變化，從研究“是什么”和“為什么”轉向研究“怎么做”。筆者在經過前期的沉淀和準備之后，也決定和團隊一起，進行一次STEM教育的實踐，現將實施過程與思考同各位同仁分享。

1.將STEM推向常規的必要性

隨著國家對科技創新人才的需求越來越大，原有的人才培養方式顯示出了一定的不適應性。STEM教育打破學科界限，讓學生運用跨學科的知識和方法來解決真實情景中的問題，從而提升自身的創新意識和能力，它符合培養未來人才的要求。因此，這樣的教育應該面向所有學生，而不應該是少數拔尖學生才能參與的。那么要實現STEM教育的普適性，單靠培訓機構、社會團體或學校社團活動是遠遠不夠的，必須將其推向常規。

2.我們的探索

2.1 內容設計。

（1）課程要素。

本課程內容的設計依托于教科版小學《科學》五年級上冊的“運動與力”單元。主題是《反沖力小車》。讓學生利用所掌握的力與運動的知識，設計并制作一輛用反沖力驅動的小車。課程要素如下：

S（科學）：在制作項目中，知道反沖力可以驅動小車;摩擦力和空氣阻力會阻礙小車的運動;減小阻力增大動力，小車會運動的又快又遠。

M（數學）：能有效測量出小車行駛的直線距離;能依據測量的距離和時間計算出小車的平均速度。

T（技術）：能依據設計想法及約束條件，選擇合適的材料;能根據小車的原理，設計圖的尺寸，正確地組裝材料;能確保小車是滾動行駛，而不是滑動。

E（工程）：能夠設計精確指導制作的圖紙;能夠理解與他人合作及分工對于工程的重要意義。

（2）課時分配。

本次課程我們團隊經過一輪實踐及反復研討，最終確定為6個課時，具體安排及學習要點如下：

課時及主題時長學習要點

第1課 任務與設計（一）60（分鐘）明確學習任務;了解與做車相關的科學知識;根據限制條件完成初步的構想與設計。

第2課 任務與設計（二）80（分鐘）根據小組準備的材料進行第二次設計。

第3課 制作80（分鐘）依照設計圖紙開始制作;測試作品;再次修改作品。

第4課 展示與交流60（分鐘）各組展示作品，與全班交流。

第5課 我們的海報80（分鐘）為自己的小車設計宣傳海報。

第6課 匯報與評價50（分鐘）借助海報分享學習心得，包括困難、收獲、反思等。

2.2 學生表現。

那么，在這樣的一節課程當中，學生的表現究竟如何呢？我們從幾個方面對學生進行了觀察，如：學生的參與度、小組協作、最感興趣的環節、最有挑戰的環節、對課程的建議等等。

筆者及團隊根據這些指標設計了課堂觀察量表及課后調查問卷，通過分析整理，我們發現：學生對這節STEM課的興趣度、參與度普遍較高;大部分學生喜歡動手制作環節，有部分同學認為設計環節有些浪費時間;小組合作的順暢度很大程度決定了作品的好壞及學習者的學習熱情。以上這些說明：學生對課程價值的認可度較高;學生不能很好地利用設計來完成制作，對于培養學生高階的設計思維方面還有待改進;在STEM課程中小組合作學習已經成為決定學習效果的關鍵因素，因此對于小組學習的培養還需要做更深一步的探索。

3.探索之后的思考

3.1 對科學課與STEM課的理解。

在準備開發本課程之初，筆者就一直在思考，同樣是做一輛小車，之前我們在科學上也做，那么這和現在的STEM課程究竟有什么區別呢？經過反復的摸索，筆者將對科學課和STEM課程理解整理如下表：

科學課STEM課

學習目標理解一個概念;驗證一個原理;解釋一個現象。利用綜合知識和技術，創造性地解決生活中的問題或完成一個作品。

學習過程步驟統一，條件理想，盡量排除干擾因素，避免誤差。無固定步驟，生活場景，需考慮各種制約因素。

組織方式小組或個人。小組。

需要掌握嚴謹的科學實驗方法，如：控制變量法。工程設計的方法，如：怎樣在有限的條件下創新設計。

作品展示一般不需要展示作品，作品的一致性較高。需要展示作品，作品呈多樣性。

學習效果實驗的嚴謹性、對概念的理解等。工程設計、小組合作，學習過程反思等。

可見STEM理念下的課程要帶領學生做高階思維的訓練，對課程的廣度和深度也提出了更高的要求。筆者認為，科學課與STEM課并沒有優劣之分，科學課更強調科學的嚴謹性、可證偽性。兩種課程的培養目標不同，我們各位一線教師，在嘗試將STEM理念融入科學課程中時要注意選擇恰當的主題，不需要把一節科學課硬生生的改造成形式上的STEM課，也不應該因為STEM課中缺乏科學的部分而硬要加入不必要的原理及概念。

3.2 常規推行STEM教育面臨的挑戰。

在常規課中開展STEM教育會面臨諸多困難和挑戰，在此筆者主要談以下兩點：

（1）課時的安排。

一節完整的STEM課程應該包括明確任務、頭腦風暴、設計與制作、分享與反思等環節。這樣的課程如果時長為40分鐘，那么對于設計、制作這樣的環節學生就會出現思維的斷鏈，破壞了原有的思維節奏。但是如果將時長修改成60分鐘甚至是80分鐘，又會給課表的安排帶來麻煩。因此，STEM課程的長時性與常規課程的短時性之間的矛盾有待解決。

（2）教師的專業性。

STEM課程在實施過程中面臨的最大挑戰應該來源于教師的專業性。教師的專業性包括理論和實踐兩個方面，我們的教師由于受傳統分科教學根深蒂固的影響，對STEM理解的并不透徹，在項目式學習方式及過程性評價方式等方面都停留在學習和探索階段。所以真正精通STEM教育的一線教師少之又少，這就很容易導致將STEM教育推向常規的過程中被窄化，讓STEM教育的價值大打折扣。所以筆者認為，加強對STEM教師專業性的培養十分必要。

結語

STEM教育應該是未來教育發展的一種趨勢和必然，它所承擔的教育功能恰恰是目前傳統教育中所缺乏的，面向全體學生進行STEM教育，培養他們的創新能力，具有非常重要的現實意義。對于STEM教育的研究和探索我們才剛剛起步，雖然面臨諸多困難和挑戰，但是每一次嘗試都會讓我們離成功更進一步。我們期待著這樣的課程，培養的不僅僅是學生更是我們自己。

參考文獻：

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基金項目：吉林省教育科學“十三五”規劃2019年度一般規劃課題“學生視角下的STEM課程研究”（GH19589）。