以STEM課程整合推進小學科學教學中的學科融合

摘要 學科融合是多門學科的參與與介入，但絕不是簡單的跨學科教育，是在打破單一學科之間的界限，通過學科間不斷地滲透和交叉，使課堂的教育價值得到充分。學科教學中學科融合指的是主導學科（要學習的學科）是認知的對象和目標，而參與與介入的其他學科是方法與手段，是達成主導學科教學目標的資源供給和智力支持，目的是更好的達成教育目的。小學科學本身就是一整合課程，將物理、化學、生物整合。實現從“分科教學”到“學科融合”，是世界各國 STEM 教育變革的重要標識和關鍵環節。STEM課程整合強調不再將重點放在單一學科或局限于特定學科，它不僅需要科學知識，同時也要具有把問題轉化為技術、工程與數學的能力;本文將以教科版科學三年級《我們來做熱氣球》為例初探如何以STEM課程整合推進小學科學教學中的學科融合。

關鍵詞： 學科融合? STEM課程整合

改革開放以來，我國基礎教育取得了輝煌成就，基礎教育課程建設也取得了顯著成績。但是，我國基礎教育總體水平還不高，原有的基礎教育課程已不能完全適應時代發展的需要。我國在2001年的《基礎教育課程改革綱要（試行）中提出：“改變課程結構過于注重學科本位、科目過多和缺乏整合的現狀，整體設置九年一貫的課程門類和課時比例，并設置綜合課程，以適應不同地區和學生發展的需求，體現課程結構的均衡性、綜合性和選擇性。” 要求基礎教育課程改革要確立課程整合的理念， 將課程結構綜合化作為改革的重要目標。為此，許多中小學開展了多種形式課程整合的設計與實施的課程改革試驗。包括基于教學內容知識和概念的多學科融合等多種形式。

學科融合是指將兩種或者兩者以上的超學科進行融合，是多門學科的參與與介入，不是簡單的跨學科教育，不是一節簡單的科學課《四季變化》，學生會用成語描繪不同的季節。學科融合以“培養全面發展的人”作為核心目標，目的在于通過多門學科資源的參與與介入，讓學生習得系統的學習方法，養成高階思維，有效地解決問題，更好地完成教學目標，并且在問題解決的過程中全面提升學生的綜合素質和核心素養，養成適應終身發展和社會發展的必備品格和關鍵能力。學科融合應具有以下基本特征：1.不是簡單的把分散在各門學科的知識點“串”起來，而是要把各科的知識點有機的整合起來，形成一棵茂盛的“知識樹”。2教學內容必須和社會生活相聯系，加強學生學習內容與當代社會、科技發展的聯系。

STEM課程整合就是一種基于真實情景解決實際問題的典型的學科融合方式。STEM教育起源于美國，強調科學、技術、工程、數學四門學科的有機整合，以提升美國公民的科學素養，認為科學素養的提高是提升國家綜合實力的關鍵。STEM教育具有綜合性、整合性和跨學科的特點，旨在于培養學生的探究性和創造性思維，培養學生基于現實解決實際問題的能力。STEM教育強調“做中學”的思維模式，教學設計和探究問題的可行性都比較強，注重實踐的反復操作，實施反饋操作的結果，通過反復的摸索和調試，試圖尋找一個問題解決的最優方案。

一、 以科學知識為中心的STEM課程整合推進學科融合

以科學知識為中心的STEM課程整合推進學科融合強調要圍繞主導學科（要學習的學科）的核心知識和概念來進行整合，需要分析所學知識中所包含的有關科學、技術、工程和數學學科的最基本的學科知識和學科概念結構，并且要找到不同學科之間的融合點，將界限明確的學科課程按照跨學科的問題邏輯結構化、系統化，生成具有科學邏輯的整合課程。下面將以教科版科學三年級上冊《我們來做熱氣球》為例進行說明。《我們來做熱氣球》單元教學期望學生通過放飛“熱氣球活動，了解空氣受熱會上升，變冷后又下降，學生能夠通過模擬實驗認識并描述某些生活現象，能夠運用畫圖等形式記錄某些實驗現象;知道某些情況下，科學實驗可以重復，了解燃放孔明燈的危險性。在課程內容上學生通過自己探究設計實驗模擬熱氣球，在模擬氣球的過程中，通過套在外面的塑料袋膨脹從而感受到熱空氣膨脹，通過觀察到塑料袋上升，并且一定時間后塑料袋下降，了解熱空氣會上升而冷空氣不會上升的原理，根據這一原理，在生活中我們可以做成孔明燈，但是孔明燈為什么能夠一直飛上天，而我們做的熱氣球一會兒就會掉下來呢？通過這個問題更加鞏固了熱空氣會上升這個原理，因為孔明燈有一個持續的火源可以持續的產生熱空氣，所以孔明燈會持續上升。孔明燈又稱天燈和許愿燈，是人們對幸福的期望和祈盼，多用于祈福。但是空孔明燈具有安全隱患，升在高空，易點燃高壓線，掉落在森林易引發火災，掉落在江河易污染水源，你有辦法改良孔明燈嗎？在本單元中涉及的科學學科知識點是熱空氣會上升，冷空氣不會上升;技術學科知識點：熱空氣會會上升，可以推動熱氣球外層的塑料袋和孔明燈外層的紙上升，還有什么沒有污染的材料能夠被推動上升？;工程學科知識點：制作一個可以不污染環境，不會引發火災的孔明燈;數學知識點：多少火源產生的熱空氣能夠使多大面積的外層材料飛起來？從中我們可以看出整個課程融合了科學、數學、工程和技術四個學科的知識點，是與學生STEM核心素養相聯系的知識點和概念，是STEM課程整合的根基。

二、 以問題為中心的STEM課程整合推進學科融合

知識只有基于學習者的需要才能產生社會功能。推進STEM整合的一個基本原則就是“以

學生生活經驗為中心，解決實際生活中的問題”，在解決實際問題的過程中，當然也需要科學、技術、工程和數學知識和概念的共同參與。當我們在解決實際問題的時候，我們首先要想到的是它的工作原理和規律，我們要解決的問題是什么，我們要怎么遵循原理和規律的同時實現問題解決？下文將以《我們來做熱氣球》為例，分析如何以問題為中心的STEM課程整合推進學科融合。從教學的一開始，教師提問，熱氣球為什么會上升就開始調動學生的學習積極性，有的同學知識面相對來說要廣一些，能夠說出是因為有火的原因，那火究竟在燒什么呢？“火在燒空氣”同學說，“那空氣變成了什么呢？”教師追問，“空氣變成了熱空氣”學生道，接著教師引導學生得出假設——熱空氣會上升。緊接著通過設計實驗探究假設是否正確，得出結論——熱空氣會上升，冷空氣不會上升，我們可以根據這一原理制作孔明燈，孔明燈多用于祈福，但是孔明燈有安全隱患，我們要怎樣改良孔明燈能夠讓它既能升上天空放飛美好的愿望又能避開高壓線也不引發火在，且材料不會污染環境呢？其問題解決情景是設計一個無安全隱患且不污染環境的孔明燈。從工程設計思維過程來看，主要包括定義問題、設計草圖、建立模型、測試驗證、模型修正和展示交流六個步驟，每個步驟都對應有明確的任務。很清楚，在這個問題解決的過程中，需要多學科知識和概念的融合。

三、以學習者為中心的STEM課程整合推進學科融合

“新課改”下的教學觀強調教學從“教育者為中心“轉向為”學習者為中心“，在新課改之前，我們傳統的教學都是”填鴨式“的教學，是一種接受式的學習，老師在講臺一直講，學生被迫式的一直接受，死記硬背的將知識裝進大腦。新課改要求學生參與教學過程，教師不再是教學過程中的傳授者，而是對話者，教師與學生之間建立積極的對話，其中更加強調學生在教學過程中的主體作用。下文將以《我們來做熱氣球》為例，分析如何以學習者為中心的STEM課程整合推進學科融合。教學的整個開始到模擬熱氣球，都是通過教師與學生之間的積極對話，通過教師的追問引導學生設計出實驗方案，學生提出產生熱空氣的辦法是用蠟燭，但是怎么觀察熱空氣呢？那就要把熱空氣裝起來，用什么可以把熱空氣裝起來并且能夠容易感受呢？學生提出用塑料袋裝空氣;教師根據學習者的討論結果點燃蠟燭，并且將塑料袋套在外面裝空氣，學生發現塑料袋易燃，從而意識到還需要一個隔離的紙筒，但是紙筒隔離了空氣，產生的熱空氣減少了，為了加快熱空氣，還要給紙筒開一個孔。那我怎么知道塑料袋里面有熱空氣呢？學生提出用手輕輕摸一摸塑料袋，發現塑料袋變熱了則證明里面裝有熱空氣;那什么時候熱空氣裝滿了呢？學生提出塑料袋鼓起來則證明塑料袋裝滿了，就可以放手了。熱氣球這個工作原理的探究也可以運用到后面的改良孔明燈里面去，學生自主定義要解決的問題是污染環境和引發火在，為了解決這兩個問題就要考慮到材料的取代和孔明燈的結構，定義問題之后就要有一個初步的設計草圖，并建立模型，設計能不能實現問題解決還需要不斷地測試驗證，根據驗證的結果不斷修正模型，最后再一起分享交流，在整個過程中，更加體現了尊重學習者的主動性。

總言而之，我們在小學科學學科中推進學科融合教育的實施路徑探索中，試著打破學科間原有的界限，以STEM課程整合的形式進行教育教學活動，圍繞科學知識為中心、解決實際問題為中心、以學習者為中心的項目式學習，培養學生適應社會發展變化的關鍵能力和必備品格，以使學習者的綜合實踐能力和核心素養得以提升。

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