融合STEM理念的初中科學教學實踐分析

鄭華東

科學實驗教學的核心是培養學生的獨立探索能力，實驗操作能力和解決問題的能力。STEM的教學理念符合初中科學實驗的教學目標。它不僅可以培養學生的科學意識，問題意識和問題產生能力，而且可以有效地提高學生的科學實驗學習能力和實踐能力，為培養學生的科學素養提供了良好的保證。本文就STEM概念在初中科學實驗教學中的應用進行了實際探討。

STEM教育的重點是發現生活中的問題，然后在老師和家長的指導下，學生使用多學科知識來設計和解決所發現的問題。為了使STEM教育與學校的科學技術特色完全融合，我們首先建立了STEM教育發展中心，該中心以負責人和科學小組的老師為主體，包括數學，信息和教育。其次，明確教育目標，建立立場，實現STEM概念與課堂，“探索技能”，創新發明和品牌活動的結合，將STEM概念滲透到學校教育的各個角落，實現四項融合。

1 STEM概念與課堂教學整合

STEM概念旨在整合各種學科的知識并解決現實生活中遇到的問題。學校以“問題探索”為核心，探索了一套“問題主導”課堂教學模式。同時，每個學期在每個年級科學課中選擇合適的課程類型，并結合數學，信息，藝術，音樂和其他學科來嘗試STEM教學。在一個學期中，可以開發多個STEM教育和創新課程，例如“旋轉風車”和“水杯熱損失研究”。此外，學校還大力推動STEM概念與學校課程的整合。

1.1 明確的目標

學校依托“崇明文明”校訓，利用區教育局“探索技能”項目的發展，闡明了學生探索和學習合作的勇氣的三項核心科學素質。并善于創新。

1.2 優化過程

從國家課程和校本課程的兩個維度出發，我們整合了掃盲的核心共識，即培養學生探索，學習合作與創新并扎根于課堂的勇氣。國家課程級別：以“問題探索”為核心，探索了一套“問題主導”的課堂教學模型，即問題發現，問題探索，問題解決和綜合科學探究活動。根據學校的課程級別：我們學校編輯自己的“技術創新”教科書，每周使用一堂課進行科學技術教育。教材內容包括：科學思維，科學實驗，科學游戲和科學閱讀。同時，學校在每個星期五下午使用俱樂部班級開設精心設計的課程，例如電子拼圖，七巧板，機器人，技術生產，無人機和平衡車。

1.3 建立職位

在教室里，建立了以科學家命名的科學研究所，以開展流行的探究活動。在學校一級，成立了“新星”初級科學院，以開展競爭性的探究活動。

2 STEM教育理念在初中科學實驗教學中的應用策略

STEM教育的概念是將科學，技術，工程，數學等多學科內容有機地整合起來，以培養學生的獨立探究，合作和現有知識的綜合運用的能力。但是，由于初學者的學科知識有限，獨立的探索能力和分析研究能力，教師在將STEM教育理念應用于科學實驗教學時，還必須采取相應的教學策略和教學方法，以提高“教學”的效果。

2.1 合理設計STEM教學流程

STEM教育理念強調基于不同學科之間的綜合視角進行教學，這涉及相對多的學科和知識內容。因此，在科學實驗教學中，教師必須合理設計STEM過程。在設計過程中，他們還必須充分考慮如何通過整合各種學科以及解決項目或解決實際問題的過程來激發學生的學習興趣。通過培訓學生，可以實現多學科知識的獨立整合和實際應用，從而達到培養目的，提高學生的科學實踐能力，創新能力和科學素養。在STEM教育理念下設計科學實驗教學過程，是保證科學實驗教學質量的基礎。因此，在進行STEM教育理念下的科學實驗教學時，教師必須合理設計相應的教學過程。作者在浙江教育科學版八年級的“模擬潛水艇實驗”實驗教學中使用了以下過程：過程1：情境整合（創建跨學科的應用場景以激發學生的興趣）探索：引文學生對科學更感興趣。在以下情況下：這種情況可能給潛艇帶來麻煩，使學生可以獨立思考并探索“下沉并漂浮”在水中的基本原理。流程2：基于問題的學習或基于項目的學習（提問）：為什么成千上萬的航母可以安全地在海上航行？為什么數萬噸的潛水艇在水中自由漂浮？他們是如何做到的呢？步驟3：將研究問題或項目分組（開放式教學，以開發學生的探索潛力）：首先，引導學生（或小組問自己），討論航空母艦為何能夠安全航行水域以及潛艇為何能夠自由漂浮。第二是設計。并傳達自己的“模擬潛艇下沉和漂浮實驗”設計方案。流程4：核心學科知識（科學實驗的目的和主要內容）的構建：如何利用生活中的現有知識（多學科知識）和現有材料完成“潛艇自由沉沒和漂浮”實驗。流程5：內容整合或實驗計劃整合（設計問題或實驗計劃的解決方案）：完成實驗計劃的設計和材料的收集（最小和最簡單的材料）;創造可以自由下沉和漂浮的“潛艇”，并進行獨立的相關實驗。流程6：實驗結果的討論和交流（知識交流，共享）：交流，討論和分享有關相關實驗結果或缺陷的知識或實驗技能。同時，我們需要討論“潛艇下沉和漂浮”過程中科學知識（浮力，重力，質量，密度等）和數學知識（浮力，重力計算等）的應用和交流。該實驗旨在增強和增強學生的多學科，多技能的應用意識和能力。流程7：如果教師想達到科學實驗教學的目的，應該及時總結并反思教學。在將STEM教育理念應用于初中科學實驗教學過程中，作者采用了上述教學過程。同時，結合科學實驗的內容，采用不同的教學模式和情境模式，突出科學實驗的開放性，動態性，實用性和綜合性。

2.2 明確STEM實驗教學目標

盡管初中科學實驗教學所涉及的知識相對廣泛并且并不困難，但教師還應在STEM教學過程中闡明實驗教學的目標，以便學生可以清楚地定義實驗的目的。在實驗過程中，只有這樣，才能真正提高實驗設計的有效性和合理性。例如，在“模擬水下下沉和漂浮實驗”的科學實驗教學中，作者首先確定了教學目標。

2.3 STEM教學內容的合理設計

科學實驗是科學教學的重要內容之一。它的教學內容涵蓋了許多實驗計劃的設計和實際操作，并將涉及許多學科知識，例如數學，化學，技術，物理等。盡管初中科學教科書中的許多科學實驗可以匹配。STEM教育理念并不意味著所有科學實驗內容都可以采用STEM教育理念。另外，STEM教學概念基于“項目”或“問題”或“任務”。因此，在STEM理科實驗教學中，理科教師還應結合學術條件，學生的學科知識和實踐能力。開展并選擇一些適合學生的科學實驗內容來實施STEM教學，使學生在學習，實踐和解決科學實驗中的問題的過程中，將不同學科的知識有機地整合到科學實驗中。在“模擬海底”實驗教學中，作者為學生設計了主要的實驗教學內容：1.實驗教學導論。使用航空母艦和潛艇在水中安全駕駛的做法引入了“潛艇”實驗。它使學生能夠通過航空母艦和潛艇的視頻來積極思考影響兩者“漂浮”的基本原理和方法。同時，借助語境介紹，激發了學生的好奇心，增強了學生對實驗的興趣，增強了學生對科學實驗的參與。第二是浮力和重力。讓學生獨立設計或體驗浮力和重力，例如在水中放入泡沫，在水中放入結實的鐵球或記住游泳時的感覺。同時，觀察學生是否可以利用自己對不同學科的知識，根據自己的經驗來思考和設計實驗計劃，并及時或適當地指導或回答學生提出的問題。第三是進行實驗設計。讓學生結合實驗要求來獨立設計相應的“下沉和漂浮”程序。在此教學中，作者旨在指導和鼓勵學生使用不同的思維方法和不同的科學方法進行實驗設計。第四是驗證和共享。在組織學生完成相關的“模擬潛艇下沉和漂浮”實驗設計和驗證后，作者將鼓勵學生利用課堂前收集的現有多學科知識和相關實驗數據進行自主（或小組合作）實踐實驗經驗。從他人的實驗設計計劃中學習，根據自己的實驗結果優化和創新實驗計劃，并培養學生的工程意識。最后，作者將組織學生討論和分享實驗結果，設計技巧和產品。通過討論和分享來促進學生之間的知識交流對于培養學生的實驗能力，邏輯思維能力，驗證能力和科學思維能力具有重要的現實意義。

3 結語

為了將STEM教育理念應用到初中科學實驗教學中，教師必須結合學生現有的知識水平，知識理解能力和實驗操作能力。同時，教師還應根據STEM教育理念明確教學過程，教學目標和教學內容。從那時起，他們提高了科學實驗的實用性，知識性和科學研究性，使學生可以將其現有的多學科知識應用于科學實驗。同時，在提高科學實驗學習效率的同時，還可以不斷提高其科學素養。

（作者單位：杭州市余杭區光華外國語學校）