開展小學STEM教育的思考

顧健彭

STEM教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科的英文縮寫。STEM教育理念最大的特征是跨學科的知識融合，從某些角度上來說與中小學的綜合實踐課程非常契合。STEM教育在實際的教學實踐中應注意科學、技術、工程、數學四門學科的融合，而不應該是簡單的學科疊加。在具體的實施過程中，四門學科的位置是一致的嗎？筆者認為，小學科學作為一門基礎性、綜合性課程，無論是課程特點、價值追求還是育人目標，都為STEM教育教學在小學學段提供了良好的實踐平臺，以科學學科為主導的STEM教學也許更有探究性和可操作性。筆者以《水果發電》為例，進行STEM教育教學設計的闡述。

一、融合學科，使STEM更具可操作性

在STEM教育中，科學、技術、工程、數學之間存在著相互支撐、相互補充的關系，四門學科關系如此緊密，在實踐教學中任何一門學科都不能獨立存在。筆者在不斷地實踐和思考中發現在小學STEM教育中，將四門學科有效融合開展STEM教育教學，會使課程更有探究性和可操作性。

追本溯源，小學科學本就是包含科學、工程、技術的綜合性課程。教育部頒布的《小學科學課程標準》明確指出：“當今世界，科學發現與技術創新不斷涌現，為人類在更大范圍、更深層次上認識并合理利用自然提供了可能。科學技術推動了生產力的發展、經濟的繁榮和社會的進步，促進了人們的生產方式、生活方式和思維方式的變革。科學技術的快速發展對每一位公民的科學素養提出了新的要求。”由此我們發現，小學課程標準中，“科學”與“技術”兩個詞語本就綁定在一起，并且“科學技術”一詞在課程標準中多次出現。此外在“課程性質”這一章節中，課程標準明確提出：“小學科學課程是一門綜合課程，理解自然現象和解決實際問題須要綜合運用不同領域的知識和方法。”要求需從“技術與工程”等四個領域，綜合呈現科學知識和科學方法，甚至強調了科學課程要與并設的數學等課程相互滲透，以促進學生的全面發展。因此，實施小學科學課程，本身就要樹立“大科學”理念。小學科學在實施過程中，有必要適切融合工程、技術、數學等各個學科核心要素，以深化學習內容，提升學生的科學素養。

探究創新，小學科學和STEM教育有共同價值追求。從STEM教育產生背景和發展目標來看，STEM教育的出現是源于20世紀80年代美國對科技人才缺失的反思。他們試圖通過STEM 教育培養中小學生的科學思維能力和科技創新素養，成為提高國民科學素養，保持國際競爭力的重要教育方式。而現階段，我國科技人才同樣缺乏，特別是高端科技領域，創新型人才的缺失更為嚴重，這也正是我國各級教育部門和眾多學校熱衷于探索實踐STEM教育的重要原因。STEM是一種偏理科的綜合學科交融教育，科學探究是STEM教育的主要學習形式之一，創新意識是STEM教育的主要培養目標，要求一線教師和學生對一個課題項目進行學習探討時，在學習方法和教學形式上進行不斷創新。簡單地說，沒有探究和創新，STEM教育就會缺失其學科價值和靈魂，失去其發展的動力。而科學探究正是小學科學最重要的課程活動方式，培養創新意識正是小學科學最重要的育人目標。課程標準中，培養創新一詞出現14次，探究一詞出現了164次。通過這個數字可以看出，創新對小學科學，特別是低學段教學來說可能要求偏高，但科學探究不僅是小學科學的核心、目標，也是小學科學重要的學習方式。因此我們不難發現，探究創新是小學科學和STEM教育共有的價值追求。

思維拓展，小學科學和STEM教育有著共同的育人目標。小學科學既是一門基礎性課程，又是一門實踐性課程。作為基礎性課程，科學課堂需要讓學生了解符合他們認知水平的生活常識和科學知識，探究一些常見的自然現象，解決一些簡單的生活實際問題，提升他們的科學核心素養。但是科學核心素養的提升不僅僅是科學知識的儲備，更重要的是讓學生掌握基本的科學方法，通過各種活動性課程，發展他們的邏輯性思維、創新性思維、發散性思維、逆向性思維等能力。小學科學課程上需要進行大量的實踐活動，這些活動能夠積極有效地鍛煉和提升學生的思維能力，這也是小學科學重要的育人目的。STEM教育是一門濃厚的理科性綜合課程，其核心目標是培養學生的工程思維和科學思維能力。工程性思維和科學性思維都是綜合性思維，培養學生這些綜合性思維能力，一是需要學生掌握一定的科學技術理論知識，二是在日常的學習實踐中，由教師不斷地引導他們運用邏輯性思維、創新性思維等多種思維方式，去發現問題、討論問題、解決問題，以提升學生思考問題的能力，培養學生良好的思維品質。由此看來，STEM教育作為一種高階思維人才培養模式，小學科學課程不僅為其提供了一定的知識儲備，更提供了豐富的思想方法。因此，筆者認為小學科學課程在思維培育方面與STEM教育有著高度的契合性，有著共同的育人目標。

二、開展活動，體現STEM跨學科理念

“水果發電”教學活動是小學科學五年級上冊“電和磁”單元的知識衍生。在教學設計之初，為了讓學生通過信息化手段多了解水果發電知識，體現STEM教育的跨學科理念，筆者做了三個活動：

活動一：要求學生在課前制作以“水果發電”為主題的賀卡和手抄報，促進學生對水果發電科學原理的自主學習;活動二：課堂上，組織學生利用銅片和鎂片插入不同水果形成閉合電路，點亮小燈泡。通過實驗操作，學生了解到水果的數量、種類、金屬片插入的深度等因素都會影響小燈泡的亮度;活動三：要求學生利用水果電池制作一個手工作品，將其作為新年禮物送給父母。

活動一指向美術設計，活動二偏向科學探究，活動三則是創意設計和價值體現，三個活動組合成一次STEM活動，都是圍繞“水果發電”這一主題展開，集合了科學、技術、工程、數學甚至藝術等多個學科元素。教師通過STEM教學方式，讓學生通過信息手段了解一些基本的科學原理，并激發學生的創新意識。但在后來的課堂復盤重審時，筆者意識到了這節課的缺失之處：STEM教育的學科融合，不應該是不同學科的簡單疊加，而是要把各學科碎片化的知識不斷地融合，讓整個學習的過程轉化為一個學生通過探究世界相互聯系而提升能力的過程。

基于對STEM的思考，對于“水果電池”活動的教學筆者重新進行構建和設計。在讓學生了解到水果的數量、種類、金屬片插入的深度等因素都會影響小燈泡的亮度之后，教師進一步提出探究性問題：影響小燈泡亮度的根本原因是什么？通過教師引導和小組合作，學生會發現水果中的酸性物質才是小燈泡發光的根本因素。由此，學生對水果電池的研究從淺表層向深層次拓展，從表象研究向根本性研究轉變，也就是從“What”向“Why”的提升。那么對于“水果電池”的研究是不是就結束了？我們是否還可以進一步的探究？其實到這一階段，課程的實施還停留在“科學發現階段”。如何將我們的學習從發現向設計、建造甚至發明進一步推進呢？由此，可以從兩個方面提醒學生，一是因為水果的酸性特質導致小燈泡亮度發生變化，由此我們可以通過逆向思維思考一下，是否可以通過小燈泡亮度的強弱制作一款簡單的水果酸（甜）度測試裝置？二是本節課我們通過水果制作了一個簡單的閉合電路，點亮小燈泡，但“水果電池”仍有不便攜帶和保存的問題，該問題如何解決？可不可以利用身邊的酸性物質，制作一個簡單便攜的電池模型？通過以上兩個環節，學生在掌握基本科學規律的基礎上，運用簡單的工程意識和技術手段來設計一些簡單的科學裝置。由此，本次“水果電池”STEM教學活動，以科學學科為主導，充分融合技術、工程、數學各學科要素，基本體現STEM教育的核心理念。

綜上所述，從課程標準、價值追求、育人需求等多個方面來思考，小學科學都應該是STEM教育在小學校園落地生根的最好平臺，并且在具體的實踐教學中應該發揮主導作用。另外，作為小學科學教師也應該提升自己的綜合素質，多嘗試運用STEM教育理念，創新自己的教學手段，會有意想不到的教學成就感。

■ 編輯/陸鶴鳴