小學科學中STEM教育的應用

福建省龍巖市溪南小學 詹素霞

STEM是科學(Science)，技術(shù)(Technology)，工 程(Engineering)，數(shù)學(Mathematics)四門學科英文首字母的縮寫。但是，STEM教育不是科學、技術(shù)、工程和數(shù)學知識的簡單疊加，其教育的核心是：發(fā)現(xiàn)問題，設計解決問題方法，利用科學、技術(shù)、數(shù)學知識實施解決方法，將解決問題方法傳授給學生，使學生能夠?qū)W以致用，這種融合具有跨學科性、實踐性、情境性、合作性。

以執(zhí)教科教版三年級下冊“我們的‘過山車’”為例，本課主要是學生對前面6課所學的知識點進行總結(jié)，在有限的課時安排中，讓學生的綜合應用能力、動手設計能力得以體現(xiàn)，本課分三個課時來完成。

一、激趣導入、聚焦主題——像工程師那樣確立工程項目

“興趣是最好的老師”,學生有了興趣對學習才會由被動變主動，才會積極去探究。學習興趣要靠教師引導，作為教師，我們要善于采取多種方法來調(diào)動和激發(fā)學生的學習激情，最終達到高效課堂。

導入時我讓學生觀看驚險、刺激的過山車視頻，學生看的時候心情跟著過山車的翻轉(zhuǎn)而激動不已，興奮地驚呼起來，個個漲紅了小臉。此時，他們覺得如果能親自坐坐過山車一定是非常痛快的事，就在他們意猶未盡的時候，我馬上追問：“過山車很刺激吧，大家想不想親手來制作‘過山車’呢？”孩子們激動而響亮地回答：“想！”他們個個躍躍欲試，對制作“過山車”充滿了期待。我們的“過山車”這一主題顯然已聚焦在孩子們的心中，明確了本節(jié)課的學習任務——制作“過山車”，即學生像工程師那樣先確立了工程項目。

二、團隊合作、設計思路——像工程師那樣縝密思考、探究

我在課上沒有馬上讓學生動手制作“過山車”，而是先讓學生根據(jù)課前查閱有關過山車的資料，交流自己對“過山車”的了解，說說制作“過山車”的注意事項。然后，分組進行交流、討論，構(gòu)思“過山車”設計方案及所需材料，把方案寫下來，并把自己心中的“過山車”畫下來，初步完成設計圖。

接著，我讓各小組派代表把設計圖拿到展示臺投影展示，并說說自己小組的設計思路，再讓各小組對設計圖互相評價，指出設計圖的優(yōu)點及不足之處，并結(jié)合大家的意見進行修改、完善設計圖。在“設計圖”這一環(huán)節(jié),我留給學生充足的時間，結(jié)合存在的問題引導學生進行交流、討論、修改設計圖，將“搭建過山車”放大到“動腦、動手”設計能力上。在設計過程中，學生可以獲得分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)他們分析成敗能力及虛心學習他人長處來處理問題的能力。在解決實際問題中提升了科學工程素養(yǎng)——培養(yǎng)了學生“施工”前具有像工程師那樣縝密思考問題的優(yōu)秀品質(zhì)。

三、團隊合作、照圖搭建——像工程師那樣嚴謹?shù)貙Υこ探ㄔO

現(xiàn)實生活中的工程師是嚴格按圖紙來進行工程項目施工的，因此，我也要求學生嚴格按照圖紙來搭建“過山車”，讓學生從中體會到“設計”這一環(huán)節(jié)在工程領域中發(fā)揮著重要的作用。

制作時，我還強調(diào)學生搭建“過山車”必須達到如下6個評價指標：（1）長度1m以上；（2）按圖紙制作；（3）有直軌和彎軌；（4）有坡度；（5）能滾完軌道；（6）要穩(wěn)固。這6個評價指標明確了學生制作“過山車”的目標和方向，制作時就不會盲目，也再次體現(xiàn)了工程師施工前設計的重要性——培養(yǎng)學生制作“過山車”像工程師那樣具有嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

四、對照要求，測試“作品”——像工程師那樣竣工驗收，對工程的安全性能負責

在小組成員的齊心協(xié)力下，各小組都能照著圖紙完成“過山車”的制作。此時，我首先出示了評價表（見表一）讓學生按照6個評價指標進行自評與互評，看看能得幾顆星。

接著，各小組把自己的作品——“過山車”拿到展示區(qū)進行測試，看小球能否順利滾完全程，即對工程項目竣工后的驗收。在現(xiàn)實生活中，工程師所有的建設項目都要按有關專業(yè)管理及設計要求來建成，并滿足使用要求，這是工程方對項目負責任的體現(xiàn)。那么，我們在指導學生制作“過山車”時，不是為了完成制作而制作，還要讓學生明白，生活中的“過山車”是娛樂項目工程，要對游客安全負責，工程的安全性能是最重要的環(huán)節(jié)。讓學生從小意識到一項工程安全的重要性——培養(yǎng)了學生從小就具有工程師那種嚴謹、擔當、負責的使命感和責任感。

五、反思不足，優(yōu)化設計——像工程師那樣具有精益求精的精神

反思是使人成長的一個重要環(huán)節(jié)，學會反思學習中存在的問題，并善于改進問題，優(yōu)化成果，是學生突破自我的關鍵。

測試“過山車”結(jié)束后，我讓各小組派代表匯報了小球滾動的情況，有的說滾到一半就卡住了，有的說順利滾完全程，有的說小球在滾的途中脫軌了……針對學生匯報測試“過山車”小球滾動結(jié)果，我首先肯定了能順利滾完全程的小組，然后抓住“卡住”“脫軌”現(xiàn)象，讓學生想象假如這是導入時看到的視頻中的過山車，會出現(xiàn)什么可怕的后果？他們馬上意識到游客安全問題，此時我語重心長地引導他們：“你們是制作過山車的設計者與制作者，如果過山車存在這么多問題，還能投入使用嗎？肯定是不行的，游客沒有安全感，甚至會有生命危險！所以作為工程師，對一個項目一定是反復設計，要把存在的各種可能性問題一一排除，確定無誤，方能施工，確保驗收過關，投入使用。如果驗收不過關，就要返工，就會在人力、財力上帶來巨大的損失！”孩子們聽了，若有所思地點了點頭，小組成員馬上對存在的問題進行分析，尋找“失敗”的原因，重新修改設計圖，再次制作“過山車”……對能順利滾完的小組，我鼓勵他們在原有基礎上進行創(chuàng)新。

STEM教育是以提升學生的科學精神和創(chuàng)新能力為目標，要善于思考、勤于反思、勇于創(chuàng)新。學生通過測試“過山車”，找到自己設計與制作的不足之處并加以改進，讓學生知道生活中一項工程竣工驗收后不合格也是要整改的。從小意識到做事要專注、詳細、馬虎不得和科學態(tài)度，測試成功的小組鼓勵他們大膽創(chuàng)新，激發(fā)學生繼續(xù)探究的激情和動力，引導他們把學科學的興趣從課堂延伸至生活，從而使學生樂于學科學、用科學、做科學，促進STEM課程與生活運用的緊密聯(lián)系——培養(yǎng)學生從小具有工程師精益求精的科學品質(zhì)。

“我們的‘過山車’”這節(jié)課，把STEM教學理念充分地體現(xiàn)在學生制作“過山車”全過程:思考、交流、課前查閱資料幫助設計簡圖（工程）→依據(jù)設計圖來確定制作步驟，不斷反思、改進（技術(shù)）→所需要的數(shù)據(jù)（數(shù)學）→分析材料特性、思考構(gòu)造對“過山車”安全性能的影響（科學）。

在我們的小學科學教科書中，其實每節(jié)課都體現(xiàn)著STEM教育的科學教育教學理念，如制作小樂器、熱氣球、小車……作為科學教師要注重引導學生動腦、動手設計制作，以“學科學、用科學”“生活處處有科學”的探究學習方式作為STEM教育和科學課程融合的最終目標。

我國教育家陶行知曾經(jīng)精辟地論述過“手腦并用”的意義，“教育要手腦并用”。手和腦在一塊干是創(chuàng)造教育的開始，首腦齊全是創(chuàng)造教育的目的。這句話正是體現(xiàn)了我們現(xiàn)在小學科學“技術(shù)與工程”的新領域注重培養(yǎng)學生的動手能力，是現(xiàn)階段小學科學教學關注的重點。

總之，基于小學科學新課程標準中對技術(shù)工程和學生綜合實踐能力的要求，教師要善于借助教材，深度整合課程資源，并結(jié)合STEM課程設計的核心理念，深入實踐和探究。在有限的課時安排中提升學生的工程思維能力、動手操作能力及綜合應用、解決問題能力，為未來培養(yǎng)出色的工程師打下扎實的基礎。