STEM理論和小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐相融合的途徑探索

朱家禮

摘要：STEM理論和小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐相融合的途徑，可以基于小學(xué)科學(xué)教學(xué)理念與STEM理念有高度的重疊的特征來思考。小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)可以以STEM理念為指導(dǎo)，開展科學(xué)探究學(xué)習(xí);可以以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，引領(lǐng)科學(xué)課堂教學(xué)的拓展與延伸;還可以以解決問題為導(dǎo)向，推進(jìn)STEN理論和教學(xué)實(shí)踐相融合。

關(guān)鍵詞：STEM理論 教學(xué)實(shí)踐 融合

小學(xué)科學(xué)課程的綜合性是由其教學(xué)內(nèi)容決定的，它要完成物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程等四個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的基本技能。

小學(xué)科學(xué)課程強(qiáng)調(diào)，通過指導(dǎo)學(xué)生的課內(nèi)外探究學(xué)習(xí)來理解科學(xué)探究的具體方法，內(nèi)化科學(xué)探究的基本程序和精神。

科學(xué)課程又是STEM課程的一個(gè)領(lǐng)域，課程的內(nèi)容、方法高度重疊，所以按照科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的理念開展科學(xué)教育教學(xué)的實(shí)踐活動(dòng)，就是在進(jìn)行STEM教育。

一、以STEM理念指導(dǎo)科學(xué)探究活動(dòng)

“科學(xué)態(tài)度”和“科學(xué)探究”是小學(xué)科學(xué)課程的重要目標(biāo)，需要執(zhí)教者通過設(shè)計(jì)探究活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)“探究程序”和培養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度”兩方面的目標(biāo)。在開展科學(xué)探究時(shí)，不僅需要圍繞科學(xué)探究的8個(gè)基本要素進(jìn)行教學(xué)，還需要引導(dǎo)學(xué)生在參與科學(xué)探究的過程中充分領(lǐng)悟到科學(xué)探究的本質(zhì)，幫助學(xué)生逐漸形成科學(xué)的態(tài)度。STEM教育理論倡導(dǎo)以工程設(shè)計(jì)為核心，融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)多個(gè)學(xué)科，是對(duì)科學(xué)探究過程和工程設(shè)計(jì)工程的完美融合。可以說，STEM理念下的科學(xué)探究，就是讓學(xué)生參與設(shè)計(jì)探究過程。

課題：小學(xué)科學(xué)課程教材（教科版）六年級(jí)上冊(cè)《電磁鐵（一）》

創(chuàng)設(shè)情境，提出問題。比較自制的電磁鐵和電磁起重機(jī)，說說有什么發(fā)現(xiàn)。聚焦：影響電磁鐵磁力的大小，可能與哪些因素有關(guān)？

大膽猜想，充分假設(shè)。談話：請(qǐng)同學(xué)們依據(jù)觀察的線索，判斷一下，影響電磁鐵磁力大小的因素有哪些呢？說出這樣判斷的理由。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證假設(shè)。引導(dǎo)學(xué)生分析各個(gè)問題之間的聯(lián)系，確定這節(jié)課需要重點(diǎn)研究的問題。談話：為了使研究更科學(xué)，在研究之前，我們首先要制訂研究“鐵芯上纏繞的線圈圈數(shù)與電磁鐵磁力大小有什么關(guān)系”的計(jì)劃。老師希望大家把自己的實(shí)驗(yàn)裝置畫下來，然后，我們?cè)賮磉M(jìn)行展示和研討。

實(shí)施實(shí)驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)。學(xué)生按照研討后的方案進(jìn)行電磁鐵裝置的制作，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察，記錄觀察數(shù)據(jù)。

交流數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)。①在小組記錄的數(shù)據(jù)中有什么發(fā)現(xiàn)？②從全班各個(gè)小組收集到的數(shù)據(jù)中你有什么發(fā)現(xiàn)？在學(xué)生的充分交流中得出結(jié)論：電磁鐵的磁力大小與鐵芯上纏繞的線圈圈數(shù)有關(guān)。線圈圈數(shù)越多，電磁鐵的磁力越大;線圈圈數(shù)越少，電磁鐵的磁力越小。

二、開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，引領(lǐng)科學(xué)課堂教學(xué)的拓展與延伸。

小學(xué)科學(xué)課程教材（教科版）以主題模塊的形式編排，每個(gè)模塊的最后一課，大都安排的是主題的總結(jié)與拓展，如五年級(jí)下冊(cè)“時(shí)間的測(cè)量”主題是“制作一個(gè)一分鐘的計(jì)時(shí)器”;“熱”主題是“設(shè)計(jì)制作一個(gè)保溫杯”等。在一些主題模塊內(nèi)，也有學(xué)習(xí)內(nèi)容，嵌入動(dòng)手制作的活動(dòng)內(nèi)容，作為課堂教學(xué)活動(dòng)的延續(xù)與拓展，如六年級(jí)上冊(cè)“制作小桿秤”;四年級(jí)下冊(cè)“給蝸牛安個(gè)家”;五年級(jí)下冊(cè)“做一個(gè)鐘擺”等。這些拓展活動(dòng)都是以項(xiàng)目的形式出現(xiàn)的。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)就是由教師提供一些關(guān)鍵素材或創(chuàng)設(shè)一個(gè)情境，學(xué)生以小組合作方式在該情境中解決一個(gè)或幾個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的學(xué)習(xí)方式，其最顯著的特點(diǎn)就是“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”。學(xué)生在解決問題的過程中會(huì)通過自身努力獲得課堂核心知識(shí)、鍛煉思維能力、提升自身素養(yǎng)，從而大大提高科學(xué)課堂教學(xué)效果。

課例：六年級(jí)上冊(cè)“做框架”。

展示框架建筑，創(chuàng)設(shè)一個(gè)問題情境，揭示框架概念。

框架建筑中大量的使用了三角形、四邊形框架，分析這兩種框架在受到力的作用下會(huì)出現(xiàn)什么樣的變化。

提供材料，嘗試制作，發(fā)現(xiàn)三角形框架最穩(wěn)固。提出：若想讓框架穩(wěn)固，可以將四邊形框架改為三角形框架。

以上環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)是在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生明確設(shè)計(jì)與制作的原理。

提出任務(wù)：我們也來做一個(gè)穩(wěn)固的框架。

提供材料（木棒、棉線）。

小組討論后，設(shè)計(jì)一個(gè)多面體框架（突出設(shè)計(jì)圖）。

組織交流（小組之間互相參觀、介紹、至少提出一個(gè)問題），并進(jìn)行反饋。

按照設(shè)計(jì)，實(shí)施制作。

測(cè)試沉重，尋找問題，再改進(jìn)。

再測(cè)試，然后評(píng)價(jià)（可以采用經(jīng)驗(yàn)介紹的方式進(jìn)行）。

以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主導(dǎo)的科學(xué)課堂上，學(xué)生參與度廣，主體作用得到了充分的發(fā)揮。科學(xué)知識(shí)、設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力都得到了很好的鍛煉。

三、以解決問題為導(dǎo)向，實(shí)施STEM實(shí)踐

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出了把了解“科學(xué)技術(shù)與社會(huì)發(fā)展的聯(lián)系”作為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)方面。因此，在生活、學(xué)習(xí)和社會(huì)中發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題，并嘗試解決問題即是科學(xué)教育教學(xué)的一項(xiàng)重要的內(nèi)容了。

STEM案例：“體育公園的規(guī)劃”。課程設(shè)計(jì)者王媛媛老師讓五年級(jí)學(xué)生像設(shè)計(jì)師和工程師一樣從場(chǎng)館、景觀、道路等的設(shè)置及社區(qū)居民的健康生活需求等方面，虛擬規(guī)劃了自己心中的體育公園。

為了設(shè)計(jì)心目中的體育公園，學(xué)生在老師的帶領(lǐng)下，實(shí)地參觀當(dāng)?shù)氐牟糠止珗@，了解公園的結(jié)構(gòu)、功能;調(diào)研居民的需求愿望;查閱可能需要的設(shè)施;繪制“理想”的體育公園建設(shè)圖紙;搭建心目中的“體育公園”模型。

體育公園的規(guī)劃中融入了多學(xué)科知識(shí)，在活動(dòng)過程中以科學(xué)先行，逐步融入技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)、語文等知識(shí)和技能，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生活的關(guān)注意識(shí)，提升學(xué)生的觀察、思維、設(shè)計(jì)、動(dòng)手、語言表達(dá)、合作等能力。

參考文獻(xiàn)：

中華人民共和國教育部.義務(wù)教育小學(xué)科溶劑要程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.