滲透STEM教育理念有效開展實驗教學

劉昕 翟仙芝

科學實驗是培養學生科學素養的有效途徑之一。利用科學實驗的特點，將安全有趣的科學實驗引入科學課堂教學中，對學生進行科學教育，提升學生的科學素養，已成為科學教育發展的一大趨勢。小學科學實驗課既要讓學生對科學產生興趣，又要通過一次次的實驗，提高他們運用所學知識解決實際問題的能力。合理設計科學實驗，讓學生對科學的興趣源于積極的體驗，這是進行科學教育的主要途徑，也是科學實驗教學準備的核心環節。

本文針對如何在平時的科學教學中合理地設計科學實驗，借助實驗教學培養學生的社會責任擔當，發展學生的創新能力，切實提升學生的科學素養，進行了論述，希望能給一線科學老師提供一些幫助。

一、實驗滲透STEM教育理念，培養學生社會責任感

科學實驗為學生提供親自探索科學世界奧秘的機會，在實驗中滲透STSE教育理念，培養學生的社會責任與擔當，使學生在實驗中體會科學使人類生活更美好的真諦，讓學生學科學、愛科學。STSE是由科學（Science）、技術（Technology）、社會（Social）、環境（Environment）的英文首字母組成，2017版《義務教育小學科學課程標準》對這一目標明確要求：從科學技術與日常生活的聯系、科學技術與社會發展的聯系、人類與自然和諧相處三個方面，在科學技術的研究與應用教學中要培養學生保護環境的意識和社會責任感。在實驗教學中，老師適時設計節能環保小實驗，以此提高學生對環境保護重要性的認識。如，在電路實驗中，拓展介紹電的來源、日常生活中因為人們的不良習慣造成電能浪費的現象;在蘇教版一年級下冊“制作小水輪”實驗中，老師介紹地球上淡水資源的有限，讓學生明白水資源的寶貴，進而介紹水污染，讓學生知道保護環境的重要性以及環境污染的嚴峻;增加水的凈化演示實驗，讓學生體會科學的價值;在“認識礦物”的觀察實驗中，介紹新能源的開發與利用，使學生認識環境保護重要性，可以從源頭上思考節能減排的方式。借助環保主題式實驗，融合STEM目標，能夠有效地培養學生的環保意識，潛移默化地培養學生的社會責任感。

二、結合技術、工程設計實驗，發展學生創新能力

我國基礎教育階段的學生普遍存在動手能力、解決問題能力偏弱，創造性不足的問題，他們獲得知識的途徑比較單一，對于認識知識是怎樣形成與如何歸納真實情境中知識的能力與意識非常欠缺。許多研究與實踐表明，STEM在培養學生上述能力方面有著無可替代的作用，通過STEM教育將學科融合的課程設計進日常教學中，結合項目式學習，為學生提供動手實踐和體驗式學習的途徑與機會，讓他們經歷完整的科學探究過程，激發學生學習科學的熱情。學生在明白所學知識的價值后，學習的興趣與積極性會更高。因而創設真實情境，讓學生解決情境中的問題，能夠充分調動學生學習的主觀能動性，將科學與技術工程緊密相連，在教學中增加模仿工程設計的過程，讓學生真實體驗各學科之間的關聯性，促進他們學會從多種角度看待問題，培養他們的工程思維。

結合過程式教學，訓練學生遷移、應用能力;通過介紹技術發明的實例，拓寬學生視野;打破學科界限，設置不同難度梯次的實驗任務，發展學生思維與創新能力。如，在“探究空氣成分的質量”實驗中，設計“吹氣球”競技類小實驗。此實驗利用白醋和小蘇打反應產生二氧化碳氣體，隨著反應的進行，二氧化碳氣體量也逐漸增多，氣球漸漸鼓起來，這是利用等質量的不同形態物質中氣體體積最大的特點設計的實驗。對于小學低學段學生而言，比較有吸引力。對于小學中高學段學生，則可以利用氣體產生壓力的特性，從能量的角度設計實驗，如，制作氣體小汽車、氣體小火箭、氣體潛艇等，這樣的設計對小學中高學段的學生來說具有一定的挑戰性，可以激發他們運用所學知識解決實際問題的動力。這樣的設計不僅讓學生知道氣體是有體積的，也讓學生直觀感受氣體有壓強、能產生壓力的事實，且這種壓力可作為動力源。以生活中的真實情境為背景導入實驗，能減少學生對解決問題產生的畏縮想法。與工程、技術相結合設計實驗，更具挑戰性。以項目任務形式布置給學生，讓學生參與工程設計的完整過程，可以鍛煉學生的工程思維，激發學生解決實際問題的探索欲，讓學生在設計中有實物，即設計有成果，使學生有獲得感和成就感。這對學生創新能力、遷移能力與解決實際問題能力的培養有很大的促進作用。

三、利用科學實驗特點，引導學生深入探究

小學科學是一門以提升學生科學素養為目標的學科。很多精彩有趣的科學小實驗的原理并不深奧，但如何借助實驗現象，激發學生探究現象背后“秘密”的興趣與動力是關鍵。因而，老師在安排實驗時，需要注重實驗用品的選取、實驗過程的安排及實驗成品的展示等，所以要為實驗現象呈現方式的設計做準備。如，在蘇教版小學科學六年級教材《變色花》一課中，可利用紫甘藍指示劑遇酸堿變色的現象制作彩色面條;在模擬火山噴發實驗中，選擇醋和小蘇打反應來模擬火山噴發現象;在顏色合成實驗中，可利用層析法制作七色花傘;等。通過這種類似自然現象的動手模擬、再現演示或玩具制作，激起學生對科學世界的探索欲與求知欲，幫助他們建立相應的科學前概念，為今后科學學習打下基礎。

四、重視學生實驗能力培養，安排實驗進階教學

維果斯基的“最近發展區”理論提出：在教學中，老師需要關注學生現有能力與教學目標之間的差距，合理設計教學，使教學難度、進度與學生現有思維、能力相匹配，為學生學習搭“腳手架”，使他們的能力與思維得到較好的發展。科學實驗教學更是如此，老師需要在了解學生前概念與現有思維層次、能力的基礎上，對實驗內容進行分層設計，合理設置學生動手實驗操作進程，安排老師在實驗過程中對學生的進階引導。以蘇教版小學科學三年級下冊《聲音的傳播》一課為例，老師可以先用抽氣泵演示聲音在氣體中的傳播，再引導學生思考并演示聲音在液體中的傳播實驗，最后讓學生自己借助身邊的固體物探究聲音在固體中的傳播實驗。這樣的實驗教學從“學教材、學生做、老師引”三個方面設置實驗進階教學的內容，體現實驗教學中“幫、扶、放”的進階教學理念，不僅關注以往所重視的教材內容與學生探究能力的進階實驗安排，還可增加老師在實驗中的進階引導設計，這樣的進階實驗教學更全面，也更完善。實驗進階教學也可滲透學生的生活，平時注意培養學生對實驗現象的記錄能力，布置科學日記的觀察記錄任務，如，月相日記、蠶寶寶成長日記、植物栽培日記等等，鍛煉學生記錄現象與語言組織能力。實驗探究中可借助思維導圖，幫助學生探究解決問題的步驟，讓學生的思維通過思維導圖呈現出來，使思維可視化，不僅讓老師能更好地設計教學進階提問引導，也能讓學生對自己和同伴的思維進程有一定的認識與了解，促進學生思維得到多方面的提升與發展。

五、開發網絡資源，關注空中銜接教育

科學現象在生活中隨處可見，如，廚房中的醋和白酒相遇生成酯;糖融化后會粘手;紅茶與檸檬汁混合后變色;蘋果、香蕉去皮置于空氣中很快變色;兩個影子漸漸靠近時出現相互吸引的現象;等等。學生在最初接觸這些現象時，他們心中會對這些現象產生強烈的好奇心與求知欲，因為缺少了解、探索現象背后奧秘的途徑，好奇心與發問“為什么”會隨著年齡的增長，越來越少地在他們身上表露出來。所以，充分利用網絡資源為學生提供更多的學習機會與途徑，培養學生的信息檢索能力，使學生安全有效地接收科學實驗知識，從多個角度找到解決問題的方法對小學生很重要。因而，為學生在學校、家庭與社會之間搭建空間銜接橋梁是十分必要的。可運用網絡資源，借助空中學習，使他們隨時隨地查到生活中常見科學現象的權威解釋，并提供簡單的實驗方案，讓他們就地取材，親自動手實驗，滿足好奇心與求知欲;也可以開展多種教育教學模式，如，開發仿真實驗闖關小游戲、動畫版科學實驗世界的播放平臺，將科學知識與兒童繪本相結合，進行寓教于樂的科學教學。以錄制科學小故事的音頻或微課等方式，系統設計不同年齡層學生的科學實驗，讓科學教育滲透生活各個方面，使學生科學素養得到切實的提升。

科學實驗是小學科學教學的基礎與重點，實驗對發展學生的科學思維、科學素養和科學精神有著其他教學方法無法替代的作用，借助實驗鍛煉學生的實驗能力，使學生掌握科學的實驗方法，提升他們的創新精神，發展其科學素養并能有效地培養他們的社會責任擔當。在科學教學中，老師要充分發揮實驗在科學教學中的優勢，借助實驗調動學生學習科學的興趣，促進他們探究意識與能力的形成，指導他們掌握信息檢索的方法，以便在網絡上快速安全地接收有效信息。

故此，教師可以從以上五個方面進行科學實驗教學設計，從而提升學生的科學素養。

【本文是安徽省科研項目JK201030“STSE教育理念下小學科學‘技術與工程領域教學案例研究”成果之一。】