基于STEM 教育理念的小學科學實踐活動課程探索

福建省福州市倉山區教師進修學校 梁東紅

為在21 世紀全球化競爭中保持競爭力和創新力，美國提出STEM 教育理念，將零碎知識與機械過程，轉換成探究世界相互聯系的過程，包含科學素養、技術素養、工程素養、數學素養等部分。2011 年，美國頒布《K-12 科學教育框架：實踐、跨學科概念和核心概念》提出“科學實踐”概念。在此基礎上，2013 年美國國家研究理事會（NRC）發布了《新一代科學教育標準》，將“科學實踐”作為第一關鍵詞列入該標準中，并取代“科學探究”。2017 年2 月，我國頒布《義務教育小學科學課程標準》，把“技術與工程”單獨設為課程內容領域，加強了科學實踐環節，強調了科學教學與小學其他學科關系密切，倡導跨學科方式學習，即融合科學、技術、工程、數學為一體的STEM 教育，一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式。

STEM 教育是基于項目的學習，它連接抽象知識與學生生活，運用科學探究過程和工程設計過程，整合過程和內容，解決實際問題。《義務教育小學科學課程標準》也指出：“小學科學課程是一門活動性和實踐性課程，是一門綜合性課程，是一門與其他學科有密切聯系的課程。” 因此，在小學科學課程中，需要實施基于STEM 教育理念下多種多樣、與課堂教學緊密聯系的科學實踐活動。

基于此，本文將具體分析如何在STEM 教育理念指導下，進行小學科學實踐活動課程開發，使學生掌握知識和技能，靈活遷移應用并解決實際問題，促進綜合素質發展。

一、STEM 教育理念在小學科學實踐活動課程中的應用意義

（一）有助于提升學生的綜合素養，培養創新能力

科學探究活動中的提出問題、做出假設、制訂計劃、搜集證據、處理信息、得出結論、表達交流、反思評價等過程，僅是科學實踐的一個組成部分，科學實踐還需將科學知識外化，即應用科學知識解決實際問題，產生具有一定價值的方案、作品等，進而釋放科學知識的潛在意義，發揮科學知識的社會聯系，實現跨學科知識的融合。在STEM 教育理念引領下，學生在教師的幫助下對問題進行討論和實踐，實現了按照問題邏輯或是項目邏輯，對分學科知識進行跨學科重組，確保了提出的問題和實施的項目，是對所學知識結構全面、均衡覆蓋，進而培養學生的實踐能力和創新精神，實現學生的個性化發展。

（二）有助于提升教師的綜合素養，提高教學能力

STEM 教育理念打破了學科之間的界限，要求科學教師要豐富自己的知識儲備，結合自身的教學實踐，引導學生利用知識解決實際問題，讓學生樂于進行科學綜合實踐。STEM教育理念的貫徹實施也是教學中的重要轉變，教師從以往課堂主角轉變為學生學習過程中的引導者，將課堂的主動權交給學生，促進學生科學素養的提升，自身教學能力的提高。

二、基于STEM 教育理念的小學科學實踐活動課程探索

（一）課標引領，立足教材，開展STEM 項目式實踐活動

在課標引領下，立足教材，開展STEM 項目式實踐活動，將知識、技能、解決問題轉化為一項研究成果或一項創新制作，學生將所學的科學知識和科學探究方法與生活經驗緊密結合，經歷提出問題、應用知識及技能解決問題的過程，有效整合和綜合運用單元知識。

教科版四年級下冊第一單元第二課“點亮小燈泡”，創設客廳裝修情境，讓學生設計電路；采用啟發式教學法讓在學生在前一節課嘗試點亮燈泡的基礎上，慢慢修正、補充并驗證關于點亮小燈泡的概念，從而建構自己的知識體系，最終達教學目標，即了解電路是包括電源在內的閉合回路，以及知道簡單電路組成的要素有電源、導線、用電器、開關，以及各要素的功能；教師為各小組提供一張平面圖，讓學生利用所學的簡單電路知識設計電路圖，本環節在強調電路連接正確的基礎上強調了設計的重要性，讓學生體會任何工程制造都是從設計圖紙開始的，培養學生的工程思維；投影展示幾份有代表性的設計方案，讓學生對被展示小組的作品進行點評，引導學生從“正確性”“合理性”“美觀性”三個維度評價一份設計方案；出示實驗器材，印有房子的平面圖、電池、燈泡、導電膠布、按鈕開關，讓學生根據自己的設計圖紙在kt 板上進行真實電路的連接，讓客廳的燈亮起來。

通過創設房屋裝修情境，以幫助房屋設計、安裝電路為項目學習的驅動任務，引導學生在學習簡單電路的科學知識與連接簡單電路的技能后，從設計環節開始，小組合作將紙質的設計圖逐步轉變為房間模型上的“真實”電路。學生相互合作，運用新的學習技術參與探究以解決問題，開發和呈現表征問題解決的成果。該過程體現了工程思維的操作理念，同時滲透了實踐創新與自主評價的教學主張。這樣基于STEM 教育理念的教學設計，較之以往傳統教師講解、學生實踐操作更有利學生能力的提高、素養的提升。

基于STEM 教育理念下的項目式科學實踐學習活動，學生對知識和過程有了深入整體的理解，在他們用于理解世界的各種觀點之間建立了有意義的聯系，學習了在各種情況下解決問題的科學過程，在實踐中將知識內化，建構起自身的理論體系，同時結合生活實際，在實踐中運用完善，達到良好的實踐效果。

（二）聯系生活，拓展課外，探索綜合實踐課程

STEM 教育理念打破了學科之間、課堂內外的界限，不是單獨的、定義明確的經驗，它包括一系列不同的體驗，涉及一定程度的聯系。這些體驗可能發生在一個或幾個課時內，貫穿整理課程；體現在單一學科或校外活動中，借助這一理念豐富學生科學知識，在親自動手和動腦中解決問題，掌握更多解決科學問題的方法，提高學生科學認知和思維能力，實現學生的個性發展。

蘇教版五年級下冊第一單元第二課“怎樣移動重物”，通過實驗尋找杠桿省力原理，及利用杠桿的特點，知道杠桿是一種簡單機械，利用杠桿可以省力。在學習本課后，將學生引入實際生活情境中，根據學生認知特點，選擇了生活中常見的桿秤為研究對象，設計制作小桿秤為學生探究實踐的重點。學生整合科學、數學、技術及工程四個方面的知識，以小組合作的形式，探究制作小桿秤。在實踐過程中，引導學生對杠桿省力原理進行感知和思考，即思考各種選擇及其約束條件，如何做計劃、建模型、用迭代方法解決問題，讓學生深度參與內容、實驗、探究、問題解決、合作以及學會學習，從而更好地完成本課的教學目標。學生在這個過程中綜合運用跨學科知識，提升綜合素質和創新能力，與STEM 教育理念中的跨學科整合、解決實際問題等核心思想高度一致。

隨著社會發展，學生的前認知及生活經驗也在不斷發展著。因此，在STEM 教育理念的指導下，更要聯系生活實際情況探索、開發綜合實踐活動，引導學生解決生活中的實際問題，在實踐中達到教學目的。

（三）調動興趣，結合游學，研究個性化實踐課程

在科學學習和實踐活動以及探究的天性之間，存在著很強的相似性。二者都受到好奇、調查和探索的激勵，兩者的核心就是創造力。當學生走進大自然開展游學活動，邊游邊學，如何實現“游”與“學”有機統一呢？從學生的興趣出發，從小學科學教學中拓展科學實踐課程，構建以學生“學”為主導的游學活動，研究個性化實踐課程。

個性化實踐課程是建立在學生學習需求上的課程生長過程。基于“科學實踐”教學，激發學生在課堂探究學習及游學活動中產生新問題，形成了課程的邏輯起點，在進行問題設計時將知識蘊含于情境化的真實問題中，調動學生自主運用學科知識設計解決方案，跨越學科、時空的界定，提高學生高階思維。

教科版四年級下冊第三單元第四課“把種子散播到遠處”，本課在觀察花、果實、種子基礎上，對植物果實和種子特征做進一步探究，明確把種子散播到遠處的科學意義。在本單元學習的基礎上，學生產生了一個新的問題：有些植物瀕危，它們是如何傳播種子的呢？根據問題帶領學生走進國家森林公園觀察瀕危植物的果實和種子；采集標本并進行解剖觀察；根據觀察提出推測猜想；根據猜測進行模擬實驗；分析數據，形成小組對瀕危植物種子的傳播方式的解釋；交流反思后，再次走進國家森林公園，參照小組的解釋，收集傳播環境條件，并在實際環境搜集更多的證據，形成關于“瀕危植物種子傳播”的觀點說。學生在游學過程中經歷了“提出問題—制定方案—證據收集—分析結論”等，充分體現了STEM 教育理念的協作性、體驗性、設計性、情境性。

STEM 教育逐漸成為基礎教育階段國際科學教育的一門新興課程，受到各國的重視和關注。科學實踐活動在科學探究的基礎上更強調構建理論、構建模型、跨學科融合，融入生活中，應用實踐中，只有學生綜合運用各學科知識，親身經歷科學實踐全過程，綜合素養才能更好地得以提升。