基于STEM理念指導(dǎo)下的課堂教學(xué)新嘗試

楊娟娟

[摘 要]探究是科學(xué)研究的本質(zhì)特征，也是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。然而，現(xiàn)在學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)常常出現(xiàn)以下情況：研究同一個(gè)主題時(shí)，會(huì)用同樣的材料和同樣的實(shí)驗(yàn)方法，經(jīng)歷同樣的研究過(guò)程，面對(duì)同樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后思考同樣的問(wèn)題，結(jié)果往往沒(méi)有差異性。這樣的探究性學(xué)習(xí)不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和發(fā)展，所以教師應(yīng)引入新的教育教學(xué)理念，勇于改變、創(chuàng)新、發(fā)展，結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，在實(shí)踐中不斷開(kāi)拓前行，使學(xué)生在科學(xué)的道路上越走越遠(yuǎn)。

[關(guān)鍵詞]STEM理念;小學(xué)科學(xué);嘗試

[中圖分類(lèi)號(hào)] G623.6[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1007-9068（2021）15-0064-03

探究是圍繞問(wèn)題開(kāi)展的活動(dòng)，是一個(gè)逐步分析和解決問(wèn)題的過(guò)程。一直以來(lái)，科學(xué)教師遵循著一成不變的教學(xué)模式，即“提出問(wèn)題—討論問(wèn)題—解決問(wèn)題”。一般情況下，課堂上學(xué)生利用教師準(zhǔn)備的器材（每組的實(shí)驗(yàn)材料相同），圍繞這節(jié)課的某個(gè)問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，從而得出相同的結(jié)論，完成本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)。也就是說(shuō)，全班學(xué)生面對(duì)同樣的問(wèn)題，用同樣的材料、同樣的實(shí)驗(yàn)方法，經(jīng)歷同樣的研究過(guò)程，面對(duì)同樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后思考同樣的問(wèn)題。這樣進(jìn)行知識(shí)探究，學(xué)生只是學(xué)習(xí)的接受者和模仿者，并沒(méi)有充分發(fā)揮他們的主觀性和主體性，那這樣的探究還有什么意義呢？

隨著科學(xué)的不斷發(fā)展和社會(huì)的日趨變化，一些新的理念不斷融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)中。STEM教育就是一種新的理念，其中S代表自然科學(xué)（Science），T代表技術(shù)（Technology），E代表工程（Engineering），M代表數(shù)學(xué)（Mathematics）。然而，在中小學(xué)推行STEM教育理念，絕不是自然科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科的簡(jiǎn)單疊加，而是在“大科學(xué)”框架下強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，強(qiáng)調(diào)對(duì)青少年科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)。

下面，以《污水和污水處理》一課教學(xué)為例，嘗試分析STEM教育理念在課堂教學(xué)中的運(yùn)用。

一、同一主題，不同選擇——有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

教學(xué)《污水和污水處理》一課時(shí)，觀察污水是一個(gè)非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，因?yàn)閷W(xué)生都想知道“污水中到底有些什么”“是什么污染了水資源”等問(wèn)題，然而教材只要求學(xué)生觀察比較生活污水和自來(lái)水（如圖1）。當(dāng)全班學(xué)生都觀察由教師提供的統(tǒng)一的生活污水時(shí)，他們的觀察結(jié)果是一致的，導(dǎo)致對(duì)污水形成的原因不明晰，學(xué)習(xí)結(jié)果呈現(xiàn)單一化、片面化。為此，在探究活動(dòng)中，教師應(yīng)滿足學(xué)生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)。

科學(xué)素養(yǎng)不是教會(huì)學(xué)生背同一個(gè)科學(xué)概念、會(huì)做同一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，它一般包括對(duì)自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，能運(yùn)用基本的科學(xué)知識(shí)和技能認(rèn)識(shí)自己與周?chē)澜绲哪芰?，具備進(jìn)行科學(xué)探究所必需的科學(xué)思維和方法，形成與自然界和諧相處的生活態(tài)度等。小學(xué)生具有強(qiáng)烈的好奇心和求知欲，這些欲望必然使每個(gè)學(xué)生都有自己的想法和選擇。那么，只有為學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)提供開(kāi)放的空間、自主的余地、個(gè)性化的選擇，才能走好培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的第一步。

如教學(xué)《污水和污水處理》一課時(shí)，教師組織學(xué)生進(jìn)行一次戶外的觀察實(shí)踐活動(dòng)，選擇學(xué)校周邊具有代表性的幾個(gè)場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)地采樣和觀察污水。通過(guò)與多種污水的“親密接觸”，學(xué)生對(duì)污水形成的原因認(rèn)識(shí)更全面。如下表：

當(dāng)學(xué)生有了自主選擇的權(quán)利，再進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，他們便有事可做、有話可說(shuō)、有情可抒，也更能充分發(fā)揮自身的主體性、主動(dòng)性。這樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)不僅能滿足學(xué)生的好奇心，更讓他們?cè)诖笞匀坏膽驯е?，真切地認(rèn)識(shí)自己和周邊的世界，體會(huì)到人與自然和諧相處的意義。

二、同一實(shí)驗(yàn)，不同方法——有利于學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)

基于STEM教育理念，如何在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)呢？我想，就是對(duì)于實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要組成部分，不管是教師還是學(xué)生，都深知實(shí)驗(yàn)在科學(xué)課中的重要性。然而，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師一般都會(huì)給每個(gè)小組相同的實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)探究。例如，《污水和污水處理》一課中的凈化污水實(shí)驗(yàn)，教材展示的方法是用細(xì)沙子作為材料進(jìn)行污水過(guò)濾（如圖2）。在全班學(xué)生都用這種材料和方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究后，發(fā)現(xiàn)處理過(guò)的污水潔凈程度大致相同，然而這種沒(méi)有差異的結(jié)果并不是探究性學(xué)習(xí)的理想結(jié)果。

正如殷志杰老師在《關(guān)于自然學(xué)科培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的思考》一文中指出：“既然所有的學(xué)生都使用相同的材料進(jìn)行研究，學(xué)生還需要?jiǎng)邮裁茨X筋，在研究的方法上也就無(wú)自主和創(chuàng)新可言了;既然所有的學(xué)生研究方法全相同，觀察到的現(xiàn)象就會(huì)大體相同，歸納的結(jié)果也大體相同，學(xué)習(xí)的結(jié)果也就沒(méi)有什么自主和創(chuàng)新可言了。”因此，教師在教學(xué)中為學(xué)生提供一個(gè)材料自助區(qū)（如圖3），過(guò)濾材料不僅限于沙子，還有棉花、紗布、小石子等，而且學(xué)生選擇時(shí)可以不限材料的種類(lèi)和數(shù)量，也不規(guī)定材料的放置方法和位置。學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)的材料和方法后，最后每份污水樣品的潔凈程度都不相同，差異性很大（如圖4）。這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也能順理成章地將教學(xué)推進(jìn)到下一環(huán)節(jié)，即介紹實(shí)驗(yàn)的材料和方法。

一個(gè)優(yōu)秀的工程項(xiàng)目，需要獨(dú)特的設(shè)計(jì)和合適的材料。如果把一次實(shí)驗(yàn)比作一項(xiàng)工程的活，那么不同的實(shí)驗(yàn)方法就相當(dāng)于獨(dú)特的工程設(shè)計(jì)，不同的實(shí)驗(yàn)材料就相當(dāng)于適合的工程材料。只有在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給學(xué)生提供充分的思維空間和選擇空間，才能更好地發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性，避免科學(xué)學(xué)習(xí)程式化、機(jī)械化的傾向。因此，實(shí)驗(yàn)材料和方法的不同選擇是培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)的基礎(chǔ)。

三、同一結(jié)果，多樣展現(xiàn)——有利于學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)

在世界科技發(fā)展態(tài)勢(shì)中，創(chuàng)新速度最快、通用性最廣、滲透力最強(qiáng)的無(wú)疑是信息技術(shù)，將信息技術(shù)與科學(xué)教育緊密結(jié)合，也是現(xiàn)在教師廣泛使用的教學(xué)方式?；赟TEM教育理念，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，我想應(yīng)先將信息技術(shù)與學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的方法結(jié)合起來(lái)。

例如，《污水和污水處理》一課中有“污水的觀察報(bào)告”環(huán)節(jié)，在前期的教學(xué)中，我們嘗試了好幾種匯報(bào)的方法，但都不能充分地展現(xiàn)學(xué)生的觀察結(jié)果。如方法1：匯報(bào)者將觀察報(bào)告單放在投影儀下進(jìn)行匯報(bào)。匯報(bào)者雖是觀察活動(dòng)的親歷者，熟悉和了解觀察對(duì)象的特性，但由于時(shí)間等條件的限制，記錄單上只能記錄簡(jiǎn)要的信息，其他學(xué)生在沒(méi)有親眼看到污水樣品的情況下，無(wú)法對(duì)匯報(bào)者的說(shuō)法置疑或確信，這樣的匯報(bào)也就比較枯燥乏味。方法2：污水樣品也放在投影儀下，有了實(shí)物，確實(shí)可以幫助其他學(xué)生更多地了解這份污水樣品，但是對(duì)于報(bào)告中的一些細(xì)節(jié)，如漂浮物、沉淀物等，其他學(xué)生還是無(wú)法看到。

在這一環(huán)節(jié)中，如何更好地展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果成了我們首要解決的問(wèn)題。最終，我們借助信息技術(shù)來(lái)突破這個(gè)難題，即由學(xué)生自己課后利用多媒體整理和分析他們的學(xué)習(xí)成果。當(dāng)只靠寫(xiě)和畫(huà)這樣的匯報(bào)展示方式不能充分地展現(xiàn)學(xué)習(xí)成果時(shí)，多媒體能更全面、更生動(dòng)、更具體地呈現(xiàn)學(xué)習(xí)成果。圖片的呈現(xiàn)能讓學(xué)生清晰地看到污水樣品以及樣品周邊的環(huán)境，這樣直觀展現(xiàn)的效果是文字描述不能達(dá)到的。通過(guò)用幻燈片中不同顏色和大小的字體來(lái)顯示所要表達(dá)內(nèi)容的主次關(guān)系，學(xué)生觀看時(shí)一目了然，能更好地抓住重點(diǎn)。顯然，這樣的匯報(bào)形式更具有說(shuō)服力和表現(xiàn)力。以下是部分匯報(bào)成果截圖：

科學(xué)學(xué)科和信息技術(shù)進(jìn)行整合，一方面可以改變學(xué)生在課堂中的地位，從被動(dòng)的知識(shí)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的共同建構(gòu)者，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，開(kāi)闊學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力;另一方面，網(wǎng)絡(luò)豐富的教學(xué)資源可以喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使他們想創(chuàng)新、敢創(chuàng)新、會(huì)創(chuàng)新。

四、課內(nèi)課外，有效結(jié)合——有利于學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

STEM教育理念指導(dǎo)下，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，我認(rèn)為是對(duì)學(xué)生邏輯思維的培養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生的思維能力是科學(xué)學(xué)科在能力方面的教學(xué)要求之一，主要包括比較、分析、概括、推理、演繹、綜合和分析等思維能力。然而，小學(xué)科學(xué)教學(xué)任務(wù)重，周課時(shí)少，很多教師在選擇教學(xué)內(nèi)容時(shí)就會(huì)有所刪減，“考什么就教什么”往往成為教師刪減教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)則，導(dǎo)致學(xué)生課后往往只會(huì)背概念，卻不知這一科學(xué)知識(shí)的由來(lái)。由于學(xué)生的科學(xué)知識(shí)都是被動(dòng)獲取的，并沒(méi)有形成科學(xué)的邏輯思維，所以這樣的科學(xué)教學(xué)顯然背離了特別關(guān)注科學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)向關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的宗旨。

當(dāng)課堂教學(xué)無(wú)法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求時(shí)，教師必須利用課外時(shí)間來(lái)滿足他們的求知欲。例如，教學(xué)《污水和污水處理》一課時(shí)，有觀察污水和處理污水兩個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，這樣的教學(xué)安排無(wú)法在一節(jié)課中完成。這時(shí)教師可利用雙休日組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)地采樣，然后開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室一周，任何課外時(shí)間，只要學(xué)生有想法，就可以去實(shí)驗(yàn)室觀察他們采集的污水樣品。在這一周的時(shí)間里，學(xué)生迸發(fā)出了許許多多新的思維火花：將污水按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)，培養(yǎng)比較和分類(lèi)的思維能力;分析污水的來(lái)源，培養(yǎng)分析和綜合的思維能力;分析污水中含有的物質(zhì)，培養(yǎng)概括和推理的思維能力……學(xué)生觀察的時(shí)間多了，觀察的儀器多了，觀察的方法多了，自然而然發(fā)現(xiàn)也就多了。這樣的學(xué)習(xí)效果，遠(yuǎn)比在一節(jié)課中只能用有限的器材和方法去觀察的效果要豐富與精彩得多。學(xué)生缺少的不是求知欲，而是慢慢被剝奪的求知時(shí)間。因此，將課課外時(shí)間合理地利用起來(lái)，給予學(xué)生充分的時(shí)間和場(chǎng)地，他們的知識(shí)學(xué)習(xí)可以不斷得到豐富，思維能力也能得到更好的發(fā)展。

教育國(guó)際化使得新的教育理念不斷涌現(xiàn)，小學(xué)科學(xué)的教學(xué)之路應(yīng)當(dāng)與之?dāng)y手。因此，教師要勇于改變、創(chuàng)新、發(fā)展，結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)際，將先進(jìn)的教育理念本土化，在實(shí)踐中不斷開(kāi)拓前進(jìn)，使學(xué)生在科學(xué)的道路上越走越遠(yuǎn)。

（特約編輯 木 清）