STEM教學(xué)理念在小學(xué)科學(xué)課程中的應(yīng)用與思考

尤勝響

【摘要】隨著信息技術(shù)的發(fā)展，固有的教育方式已經(jīng)不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展需求。新時(shí)期，信息技術(shù)的應(yīng)用為小學(xué)教育增添了活力，大大提高了小學(xué)教育的效率。當(dāng)前，信息技術(shù)已經(jīng)成為課堂教學(xué)的重要輔助工具，STEM教育理念與多媒體系統(tǒng)功能相結(jié)合、與生活實(shí)踐相結(jié)合、與探究式學(xué)習(xí)相結(jié)合，更大程度上激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，改進(jìn)了教學(xué)方法，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本文列舉了部分課例，簡要地分析了STEM教育在小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用策略，以期促進(jìn)教學(xué)效率的提升，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)教育;STEM教育;應(yīng)用與思考

STEM教育理念已經(jīng)得到眾多教育專家和教育工作者的認(rèn)可。STEM教育以培育學(xué)生的核心素養(yǎng)為中心，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、自主學(xué)習(xí)能力。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中引入STEM理念，打破了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，創(chuàng)設(shè)了全新的學(xué)習(xí)環(huán)境。

一、小學(xué)科學(xué)課堂融入STEM教育的核心價(jià)值

（一）學(xué)科大整合，跨知識(shí)界的統(tǒng)一

STEM教育是基于科學(xué)（Science）、數(shù)學(xué)（Mathematics）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）的跨學(xué)科的教育。從STEM教育涉及的學(xué)科在提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中的作用來看：科學(xué)是反映自然、社會(huì)、思維等客觀規(guī)律的知識(shí)體系;數(shù)學(xué)是研究空間形式和數(shù)量關(guān)系的一門科學(xué);技術(shù)是解決問題的工具、方法和經(jīng)驗(yàn)的總稱;工程是運(yùn)用科學(xué)原理和技術(shù)手段創(chuàng)造人工物體的過程和途徑。STEM教育并不僅僅是把科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)這四個(gè)詞堆疊在一起，而是以翔實(shí)的腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和教育科學(xué)研究為基礎(chǔ)，將四門學(xué)科的教學(xué)緊密相連，以整合的教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生掌握知識(shí)和技能，提升其遷移知識(shí)的能力，從而體現(xiàn)教育的真正意義。

以“建蘿卜高塔”一課為例，這一課要求學(xué)生利用50根牙簽和一根胡蘿卜建一座最高最穩(wěn)的高塔。學(xué)生要通過科學(xué)探究找到最穩(wěn)定、最省材的結(jié)構(gòu)，要通過數(shù)學(xué)計(jì)算得出最高可以設(shè)計(jì)多少層，要思考把胡蘿卜切成多少塊，要通過動(dòng)手操作找到搭建的技巧，還要在設(shè)計(jì)和安排中考慮人員分工和協(xié)作的問題。課程雖小但對(duì)學(xué)生的成長的影響是有目共睹的。學(xué)生從小就開始接觸技術(shù)和科學(xué)，了解科學(xué)，這對(duì)他們以后的學(xué)習(xí)和融入社會(huì)有積極影響[1]。

（二）將學(xué)生的項(xiàng)目化實(shí)踐活動(dòng)與科學(xué)教學(xué)相聯(lián)系

一般來說，傳統(tǒng)的教育知識(shí)點(diǎn)是源于生活的，教學(xué)內(nèi)容的取材也是源自生活。不斷有研究者提出要將學(xué)生的知識(shí)生活化，將知識(shí)應(yīng)用于生活、實(shí)踐于生活。這種知識(shí)生活化的教學(xué)方式雖對(duì)學(xué)生以后融入生活有很大的促進(jìn)作用，但只是局限于生活，并沒有考慮到生活以外的世界，這就局限了學(xué)生的思想，對(duì)開發(fā)學(xué)生的智力是不利的。如果采用 STEM教育模式，這種情況就會(huì)得到改善。STEM教育主張學(xué)生從小接觸科學(xué)，接觸未來世界，不局限于他們所生活的社會(huì)環(huán)境，主張用科學(xué)的手段去解決生活中的問題。久而久之，學(xué)生就會(huì)形成系統(tǒng)的科學(xué)思維模式，這對(duì)學(xué)生的長期發(fā)展是大有裨益的。

小學(xué)科學(xué)教師要結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和他們的知識(shí)儲(chǔ)備來選取合適的教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，從而提高課堂教學(xué)效率，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。例如，在教科版科學(xué)上冊(cè)“建高塔”一課中有這樣的問題：“高塔不倒的秘密是什么？”傳統(tǒng)的教材是讓學(xué)生利用塑料瓶和沙子自主研究教科書提出的三個(gè)問題：塑料瓶怎么放最容易倒？怎么放最不容易倒？你覺得高塔不倒的秘密是什么？學(xué)生初步設(shè)想上小下大、上輕下重的物體不容易倒。正常的拓展探究活動(dòng)是要求學(xué)生用三個(gè)裝滿水、裝半瓶水、裝小半瓶的水的飲料瓶同時(shí)放在木板的同一端，然后抬起木板放瓶子的一端，看哪種狀態(tài)更加穩(wěn)定，哪種更容易倒下，以此來證明“上小下大，上輕下重”的結(jié)構(gòu)狀態(tài)更穩(wěn)定，不易倒下。

接觸STEM理念之后，筆者就設(shè)計(jì)了“建高塔”的環(huán)節(jié)，首先讓學(xué)生觀察生活中的高塔的結(jié)構(gòu)，然后讓學(xué)生大膽設(shè)想生活中的高塔具備了怎樣的結(jié)構(gòu)才能屹立在風(fēng)中而不倒，并把自己的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用在實(shí)際的建造中，建造不容易倒的“高塔”。整個(gè)搭建過程，學(xué)生都在不斷的失敗中進(jìn)行探索，他們對(duì)最優(yōu)方案的確定過程也是對(duì)高塔特點(diǎn)的總結(jié)過程。

這個(gè)活動(dòng)既是對(duì)前一個(gè)活動(dòng)研究結(jié)論的應(yīng)用和再檢驗(yàn)，也是一個(gè)繼續(xù)研究的過程，同時(shí)體現(xiàn)了工程與技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)。像這樣讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行驗(yàn)證的活動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生的探究精神和了解科學(xué)本質(zhì)的欲望，收到了較好的教學(xué)效果。

二、小學(xué)科學(xué)課堂融入STEM教育的實(shí)施途徑

（一）利用現(xiàn)代化信息設(shè)備彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的短板

傳統(tǒng)教學(xué)中，教師一般通過語言對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，這種引導(dǎo)往往是很難進(jìn)行的，因?yàn)閷W(xué)生的生活閱歷少，無法完全理解教師所說的內(nèi)容，因此這種教學(xué)方式并不符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。而教師利用現(xiàn)代化信息設(shè)備可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的短板。仍然以“建高塔”活動(dòng)為例，教師首先出示并介紹古今中外各具特色的高塔，讓學(xué)生在欣賞中思考這些高塔會(huì)遇到哪些力的影響，塔為什么高聳入云而屹立不倒呢，利用這一方式提高學(xué)生對(duì)科學(xué)課堂的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生的思考也更有方向。所以，信息技術(shù)的引入能夠打破時(shí)間與空間的限制，在很大程度上滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。在STEM課堂的情境創(chuàng)設(shè)和問題聚焦環(huán)節(jié)中，學(xué)生更容易找到問題的共性和研究的方向。

（二）利用多媒體的系統(tǒng)功能指導(dǎo)教學(xué)活動(dòng)

新時(shí)代背景下，信息技術(shù)手段在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的短板，傳統(tǒng)教學(xué)中，教師要承擔(dān)繁重的教學(xué)任務(wù)，在選材上要準(zhǔn)確，而且要確保內(nèi)容淺顯易懂、可操作性強(qiáng)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這些條件看起來很容易，但是疊加起來就給教師的教學(xué)工作造成了很大的困難，降低了工作效率。現(xiàn)代媒體中各種程序的應(yīng)用可以讓教師的教學(xué)工作更加自由，讓教學(xué)變得更加輕松，這樣既節(jié)約了教師的時(shí)間，又提高了工作效能。例如，“建高塔”活動(dòng)中，學(xué)生每人都有一張?jiān)O(shè)計(jì)圖，怎樣讓學(xué)生分享到這些各具特色的設(shè)計(jì)呢？教師可以利用多媒體的系統(tǒng)投屏功能，把小組中每個(gè)“小工程師”的方案都展示在屏幕上，這樣，小組匯報(bào)時(shí)，對(duì)每個(gè)人的優(yōu)劣評(píng)價(jià)和最終方案匯總的過程就會(huì)清晰地展示在大家的面前。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要對(duì)自己的認(rèn)識(shí)進(jìn)行不斷的整理、反思和修正，這既促進(jìn)了學(xué)生概念的建構(gòu)，也促進(jìn)了學(xué)生思維品質(zhì)和能力的提升，同時(shí)對(duì)擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面、活躍現(xiàn)場(chǎng)氣氛及激活學(xué)生思維都有重要的促進(jìn)作用。此外，教師利用這些先進(jìn)的技術(shù)指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，可以在備課方面減少精力，把更多的注意力放在學(xué)生的教育上，有效提高課堂教學(xué)效率，這些對(duì)于達(dá)成STEM課堂的教學(xué)目標(biāo)——更好地提升學(xué)生的協(xié)作意識(shí)、工程意識(shí)，扎實(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和探究意識(shí)，都有著不可替代的作用。

（三）開展探究式學(xué)習(xí)提升學(xué)生核心素養(yǎng)

對(duì)于小學(xué)科學(xué)學(xué)科來說，教師應(yīng)重點(diǎn)提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究精神，激活學(xué)生的科學(xué)思維。將STEM理念融入小學(xué)科學(xué)課堂，教師可以通過探究式學(xué)習(xí)模式讓學(xué)生像科學(xué)家那樣開展研究，主動(dòng)學(xué)習(xí)。探究型課堂是指對(duì)現(xiàn)在存在的事物或者現(xiàn)象進(jìn)行反思和提問，使學(xué)生敢于提問、敢于探究，即在操作的過程中提出問題、分析問題、收集數(shù)據(jù)、總結(jié)結(jié)論，從而讓學(xué)生一步一步地去探究和思考。例如，在教學(xué)“空氣污染”這一部分內(nèi)容時(shí)，首先，教師要引導(dǎo)學(xué)生了解空氣的具體構(gòu)成，哪些是必要構(gòu)成部分，哪些是污染元素;其次，教師要指導(dǎo)學(xué)生調(diào)查生活中哪些因素會(huì)造成空氣污染，造成的后果是什么;再次，教師要帶領(lǐng)學(xué)生分析空氣中的有害物質(zhì)的產(chǎn)生原因是什么，并通過扇形圖對(duì)其進(jìn)行展示;最后，教師要啟發(fā)學(xué)生思考、交流這些污染元素怎樣才能得到消滅，通過什么手段才能得到控制。這樣的過程能夠讓學(xué)生充分了解空氣污染的后果，以及怎樣去治理污染。采用STEM理念能使學(xué)生更加主動(dòng)地接觸生活，能開發(fā)學(xué)生的腦力和想象空間，能在一定程度上鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐操作能力及邏輯思維能力。

（四）科學(xué)課堂與生活實(shí)踐融合培育科學(xué)精神

在科學(xué)教育中，大部分的知識(shí)來自生活實(shí)踐，教師將STEM教育理念融入教學(xué)之中，讓科學(xué)課堂與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。例如，學(xué)完“簡單機(jī)械”這一單元后，學(xué)生掌握了斜面、杠桿、滑輪等工具的應(yīng)用原理，教師就可以給學(xué)生準(zhǔn)備“4根15厘米的吸管、一段25厘米的棉線、幾張A4紙、幾根牙簽、一塊橡皮泥”，然后讓學(xué)生利用這些材料設(shè)計(jì)一款可以自動(dòng)升旗的裝置，要求：旗子離開起點(diǎn)的距離越高，成績?cè)絻?yōu)秀。怎樣創(chuàng)造性地使用材料才能讓成績最好？學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)用了超級(jí)頭腦風(fēng)暴法，測(cè)量評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中，一個(gè)又一個(gè)想法呈現(xiàn)出來，比如，一根棉線可以分成4根更細(xì)的線，吸管也可以裁成升旗繩，利用課桌增加旗子起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離等。課堂上每一聲驚嘆、每一處創(chuàng)造其實(shí)都是對(duì)形成科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)最好的解釋。

STEM教育模式主要是采用科學(xué)的方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，主張讓學(xué)生用科學(xué)的方法探究世界，并主張將知識(shí)、能力與實(shí)踐相融合。教師在課堂上運(yùn)用工程模式，采用技術(shù)手段，結(jié)合數(shù)學(xué)思想對(duì)學(xué)生開展教學(xué)，讓學(xué)生潛移默化地接受科學(xué)的理念，接受科學(xué)的訓(xùn)練，能有效提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。

【參考文獻(xiàn)】

李雅.幼兒園科學(xué)教育融入STEM教育的核心價(jià)值與實(shí)施路徑[J].小學(xué)科學(xué)（教師版），2018（12）：7.