STEM教育視角下融合地區特色的小學科學案例設計
——以“牛奶大變身”為例

郭 姣 張雅嫻

(呼倫貝爾學院 內蒙古 海拉爾 021008)

2017版《義務教育小學科學課程標準》中明確指出：小學科學課程是一門綜合性課程，強調科學課程與數學、語文等課程相互滲透，促進學生的全面發展；突出學習環境的創建，為學生提供更多自主選擇的學習空間和充分的探究式學習機會，強調做中學、學中思[1]。而STEM教育強調打破學科界限，融合相關的跨學科知識，以問題解決的形式，將其運用到真實的情境中，旨在培養學生的創造力，促進高階思維的發展。鑒于此，本研究欲將STEM教育融于我國小學科學課程中，以期改善小學科學課程現狀，提升學生科學素養。

一、選題的確定

目前傳統的小學《科學》教學模式并不能滿足學生創造力與科學素養培養的訴求，并且在課程設置上缺少跨學科融的理念，教方法不夠多樣，教學過程過于結構化，導致無法達到小學《科學》課程教學目標。而STEM教育則提供一種跨學科融合的理念，有助于提升學生發現問題解決問題的能力與創新應用能力[2]。

在設計案例時，最關鍵、最基礎的一步是選題。在選題的過程中，既要體現民族特色，更要符合小學科學課程的教學規律，使教學設計發揮最大功效。因此本研究將STEM教育融入小學科學課程，并且結合地區特色，圍繞“牛奶大變身”來進行設計。

(一)選題依據

STEM教育是科學、技術、工程、數學的英文首字母縮寫，是集科學、技術、工程、數學于一體的綜合教育。從內在含義上來看，STEM 教育強調科學、技術、工程和數學課程以跨學科的課堂形式整體呈現，并用于解決現實中存在的實際問題[3]。

由教育部印發《義務教育小學科學課程標準》中明確指出倡導開展跨學科學習方式，并鼓勵科學教師將STEM運用于自己的教學實踐。小學科學作為一門以探究、實踐為主的課程，以培養學生的科學素養為核心，以發展學生的創造力、問題解決能力與設計思維為目標。將STEM教育融入小學科學課程，不僅能夠增強學生對科學課的學習興趣，提高元認知技能、批判思維和創造思維[4]，而且有利于創新型科技人才培養。

本研究通過將 STEM 教育理念融入小學科學案例設計，著重培養小學生的創造性思維，培養有獨立意識去發現問題并解決問題的習慣，從而逐漸培養小學生的科學素養，為我國當前小學科學課程設計提供借鑒和指導。

(二)選題特色

本研究在設計小學科學課程案例的時候不僅要結合STEM教學模式，還與地區特色相結合。豐富的自然資源和文化資源，為開展STEM教育提供了豐富的課程資源。

蒙古族奶制品制作工藝集中反映了蒙古族在生產生活方式、風俗習慣等方面的情形，展現了蒙古族人民熱愛草原，以及對美好生活的追求。通過在生活中體驗、觀察牛奶如何變身為不同奶制品的過程，讓學生感受民族食品加工工藝的特殊性，體會其中所蘊含的人與自然和諧相處的生態智慧。

本研究以“牛奶大變身”為主線，既可以追溯牛奶的來源即奶牛，將胎生和卵生動物的區別、動物后代與親代的異同、滅絕生物與當今生物的異同融入教學，又可以通過學生親自動手將牛奶制作為酸奶、奶皮子、奶豆腐的過程融入教學，將微生物與生活的關系、物質狀態的改變、物體的三態納入到項目研究中。

(三)選題開展

STEM教育模式不僅強調把科學、技術、工程和數學知識進行融合，還特別強調將原本分散的各種學科通過重組成為一個全新的整體，可以幫助學習者擺脫只有一種學科知識系統的拘束，激勵學習者運用跨學科來處理真實情境中的問題。本研究將STEM教育模式與教學過程進行如下結合：

1.采用項目式教學

STEM教育強調采用實驗探究和工程設計為主的項目式教學模式。案例以真實的項目為驅動，需要學生借助多種可用資源來開展探究活動，在學習過程中進行跨領域的知識整合和思維整合，從而解決一系列問題鏈。在完成所有項目制作的過程中，培養了學生的語言表達、溝通協作、自主思考、科學實驗、寫作和繪畫等能力。

2.強調情境性

STEM課程是基于建構主義理論的基礎上進行設計，強調學習的主動建構、情境性和與社會生活的互動聯系[5]。案例以學生熟知的“舌尖上的中國”節目中黃豆的不同奇妙的變身來引出蒙古族特色食物——牛奶的變身，以激發學生的學習興趣，可以讓學生主動積極的參與其中。

3.強調小組協作

STEM教育強調群體互幫互助、相互啟發，所以在案例設計中，讓學生以小組為單位進行探究，小組之間可以協作制作，在遇到困難的時候可以相互提出自己的觀點，可以利用頭腦風暴來解決問題，而且培養了學生的團結協作能力，懂得團隊的重要性。

4.強調跨領域融合

案例通過牛奶的變身不僅將科學、工程、技術和數學四個領域進行融合，而且將小學科學課程中物質領域與生物領域中多個知識點進行融合，確保學生在真實、復雜的情境中探究解決問題。

5.注重產品的設計性

案例中通過觀察、記錄、嘗試制作的過程逐步引導學生制作不同奶制品，在此過程中讓學生體驗產品的設計過程。通過分解的任務、解決問題的支架，逐漸幫助學生提高設計、制作產品的能力。

二、前期分析

(一)總體教學目標

結合《小學科學課程標準》中對科學課程總目標的描述，以及在設計STEM教學案例時對目標中科學知識和地區特色的融合，本教學設計方案的目標以知識目標、探究目標、態度目標為引領展開設計。各個維度的目標具體如下：

1.知識目標

知識目標主要呈現本STEM教學案例中融入了小學科學課程標準中1-2年級所對應的教學內容，如表1所示。

表1 知識目標

2.探究目標

根據課程標準對科學探究目標的描述，針對5-6年級的學生在這一學段應該達到的水平，將核心目標放在“學生自主完成探究任務”。整個探究過程體現在教學活動的各個環節。在本案例中各個探究環節學生應能達到的標準如表2所示。

表2 探究目標

3.態度目標

這里的態度目標既包括科學態度，也包括傳承和弘揚民族文化的目標。在本案例中體現在下面兩個方面。(見表3)

表3 態度目標

(二)學習者特征分析

本研究針對的學習者為小學1-2年級的學生，由于學生年齡小,無意注意占優勢,注意力不穩定,容易分心,不善于調節和控制自己的注意力，因此教師需要鼓勵和引導學生進行學習，用豐富多彩的教學內容和生動靈活的教學方法來調動學生思維的積極性和對知識的求知欲。

(三)教學內容分析

小學科學課程內容包含物質科學領域、生命科學領域、地球與宇宙科學領域、技術與工程領域這四個領域。本研究將小學科學課程單元結構進行重構，內容主要選自生命科學領域中生命的延續、生物與環境的關系以及物質科學領域中的物質的狀態。以蒙古族特色食物——牛奶的變身將這些內容進行跨領域融合，在學生熟悉且真實的情境中培養和提高科學素養。

三、教學過程設計

教學過程的設計充分依據了建構主義學習理論、“做中學”理論、探究性學習、基于項目式的教學模式等。根據教學目標、教學內容、學習者的基本特征，將本節課的教學活動設計如圖1。

圖1 教學活動流程

(一)創設情境

呼倫貝爾作為中國三大黃金奶源之一，盛產純天然牛奶。牛奶除了可以制作蒙古族日常的奶茶外，還可以變身為具有蒙古族特色的奶酪、奶皮子、奶豆腐、奶渣子、酸奶等等奶制品。

設計意圖：本環節主要目的是創設真實的生活情境，激發學生的學習興趣。建構主義教學觀強調學習的主動性、社會性和情境性，不能無視學習者的已有知識經驗，其中持文化歷史觀的建構主義學者維果斯基特別強調，在人的發展過程中社會文化歷史的作用，因此在本環節創設呼倫貝爾地區特色食物奶制品情境，是置于學生的已有經驗和社會文化背景之下的。

(二)明確任務

提出與本主題相關的問題：

1.奶牛媽媽隨時都可以產奶嗎？奶牛寶寶是怎么出生的？

2.牛奶是如何變身為我們日常中的酸奶、奶皮子、奶豆腐的？

設計意圖：基于問題學習認為，好的問題都是來自現實生活中的問題，問題一般要與實際生活相關聯，讓學生覺得所要解決的問題就是自己身邊的現實問題，自己與這些問題有一定的關系。因此本環節在明確任務時，都是從學生的現實生活中提出的。

(三)自主探究

1.學生探究牛奶的來源

通過查閱資料、訪談家長、實地考察等方式探究奶牛媽媽是否隨時都可以產奶，并填寫表4。

表4 觀察記錄文檔

2.胎生和卵生的區別

教師呈現雞寶寶、鳥寶寶、牛寶寶、羊寶寶等動物的出生方式，提出胎生、卵生的概念，學生通過觀察、討論等對比二者不同填寫表5。

表5 觀察記錄文檔

3.比較牛寶寶和牛媽媽的異同

教師呈現圖片，引導學生比較牛寶寶和牛媽媽的異同填寫表6。

表6 觀察記錄文檔

4.說一說猛犸與當今哪種動物相像，有哪些異同。

參觀扎拉諾爾猛犸公園，觀察猛犸象化石的形態，填寫表7。

表7 對比文檔

(四)動手制作

1.學生與家長一起動手制作。使用1斤牛奶，用最簡便的方法制作酸奶、奶皮子、奶豆腐任意一種或幾種，體驗傳統制作過程；2.記錄物體狀態的變化、物體重量的變化、需要的溫度、時間；3.小組討論牛奶重量變化的原因和制作奶制品的基本步驟，填寫表8。

表8 奶制品制作記錄表

設計意圖：本環節以問題和任務的形式讓學生探究完成，通過相關表格的填寫引導探究。

第一，本環節的教學活動融合了本課的教學知識目標、探究目標和態度目標，包含明確的教學內容，即小學科學課程標準中物質科學領域內容和生命科學領域內容。

第二，該課題能夠將科學、技術、工程、數學有機結合起來，如下表9所示。

表9 STEM 目標表

第三，學生獨立提出假設、設計驗證假設的方案，驗證假設的機會。學生能夠根據教師提供的表格在制作奶制品過程中發現牛奶的質量有變化，從而根據實際情況提出牛奶質量變化的原因的假設，獨立設計驗證假設的方案，并根據方案驗證假設，在此過程中學生的探究能力得到培養。

第四，學習結束時，有明確而具體的成果展示。

第五，在整個探究和協作的過程中，教師既給學生提供必要的引導，如讓學生記錄由牛奶制作成奶制品后質量的改變，同時又給學生獨立探索的機會，讓學生自己發現問題、分析問題、解決問題。

第六，在整個過程中，既有個人獨立探索又有小組協作學習，既培養了獨立探索的能力，又促進了學習者相互交流、討論、協商，共同進行意義的建構。

第七，教師給學生提供了顯性的行為建模和隱形的認知過程建模支持。包括教師給學生提出了每個探究活動應該完成的內容，并提供相應表格，讓學生明確在每一個學習活動階段應該進行哪些活動以及如何完成這些活動；教師在整個過程中起著重要的引導作用。

第八，整個活動很好地采用支架式教學策略為學生搭建支架。通過分任務的形式使學生沿著教師搭建的“支架”逐步攀升，從而完成對復雜知識的意義建構。

(五)展示交流

按照表10匯報。

表10 匯報主要內容表

設計意圖：本環節采用展示交流的方式，將學生自主探究和小組學習的結果加以呈現：一方面可以實現知識領域的目標，包括物質狀態變化的原因，酸奶中益生菌與生活的關系等；另一方面通過交流，學生可以共享每個小組在提出假設、驗證假設過程中有益的做法，互相學習，從而提升學生發現問題、分析問題、解決問題和創新的能力，對提升學生的科學能力和科學態度有非常積極的意義。