融合STEM理念的初中科學(xué)教學(xué)實(shí)踐分析

樓小英

(浙江省義烏市賓王中學(xué) 浙江金華 322000)

STEM是英文Science、Technology、Engineering、Math四個(gè)詞的首字母的組合，STEM教育打破了傳統(tǒng)的學(xué)科教育的界限，以科學(xué)理論認(rèn)識(shí)自然、解釋自然界的規(guī)律的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，讓同學(xué)們?cè)谧裱陀^規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用規(guī)律、改造世界。在改造世界的過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界的控制和利用的同時(shí)，解決在學(xué)習(xí)和發(fā)展中遇到的各種問題。在學(xué)科的科學(xué)融合過程中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)世界的科學(xué)探索和實(shí)踐。在初中科學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，將STEM教育理念融入科學(xué)探究活動(dòng)，讓同學(xué)們?cè)诳茖W(xué)探究活動(dòng)中，在動(dòng)手實(shí)踐的過程中，將一個(gè)個(gè)科學(xué)知識(shí)理論通過活生生的動(dòng)手實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)科學(xué)和實(shí)踐的有效融合，讓科學(xué)理論成為實(shí)踐活動(dòng)的真正指導(dǎo)，讓同學(xué)們?cè)诳茖W(xué)的探究實(shí)踐中，認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)性作用，認(rèn)識(shí)科學(xué)理論和實(shí)踐之間的相互聯(lián)系、相互依存的密切關(guān)系。在同學(xué)們的科學(xué)探究實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)精神和探索品質(zhì)的有效培養(yǎng)和發(fā)展。本文以初中科學(xué)教學(xué)為例，談?wù)剬TEM理念與科學(xué)教學(xué)融合的有效策略。

一、科學(xué)為引，動(dòng)手支架，情感陶冶

科學(xué)理論是引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中建構(gòu)知識(shí)體系、形成科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)框架的重要指導(dǎo)。在科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中，開展科學(xué)探究實(shí)踐活動(dòng)，結(jié)合具體而生動(dòng)的動(dòng)手操作實(shí)踐，讓同學(xué)們?cè)谪S富的感性動(dòng)手操作的過程中經(jīng)歷知識(shí)結(jié)構(gòu)框架建構(gòu)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，探索和研究知識(shí)體系的每一個(gè)知識(shí)成長(zhǎng)的過程，在同學(xué)們對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)科學(xué)而能動(dòng)的參與體驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)的有效建構(gòu)[1]。

例如，學(xué)習(xí)“植物分類”這部分內(nèi)容時(shí)，根據(jù)教材圖2-69給植物分類的圖示，結(jié)合同學(xué)們的科學(xué)探究實(shí)踐，讓同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)活動(dòng)的過程中，真正地動(dòng)起手，結(jié)合地域觀察，結(jié)合現(xiàn)代化的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等素材，制作植物分類圖譜。圖示給出的是有無種子的分類，將STEM理念融入科學(xué)探究活動(dòng)中，讓同學(xué)們?cè)趧?dòng)手和動(dòng)腦相結(jié)合的操作實(shí)踐中，完成知識(shí)圖譜的創(chuàng)設(shè)。植物的分類圖譜包括有無種子、到有無花、有無葉、有無莖、有無根須等，在細(xì)節(jié)性的豐富和完善的過程中，以科學(xué)理論為引子，科學(xué)的分類方法是同學(xué)們活動(dòng)開展的基礎(chǔ)和前提，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，保持活動(dòng)的條理性和系統(tǒng)性的基礎(chǔ)。結(jié)合同學(xué)們的技術(shù)和工程基礎(chǔ)與數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)歸納分析等，在動(dòng)手和動(dòng)腦相結(jié)合的實(shí)踐操作過程中，同學(xué)們制作出了一張張形象生動(dòng)、活潑有趣的植物檢索圖譜。隨著現(xiàn)代生活技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代家庭背景下的孩子們接近自然、走進(jìn)自然的機(jī)會(huì)越來越少，教師以科學(xué)探究活動(dòng)為契機(jī)，讓同學(xué)們?cè)诳茖W(xué)探究的過程中產(chǎn)生與自然的親密接觸，展開對(duì)自然的生動(dòng)活潑的調(diào)查和研究活動(dòng)，制作自然檢索圖譜，將結(jié)合生活實(shí)踐得到的圖譜整理制作成冊(cè)，并利用3D打印機(jī)將之打印出來，梳理成系統(tǒng)的知識(shí)圖譜。同學(xué)們?cè)俑鶕?jù)圖譜對(duì)自己觀察到的植物對(duì)象展開再度分類歸納總結(jié)和概括等活動(dòng)。在同學(xué)們和自然、和世界的親密溝通和交流的過程中，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，學(xué)生在對(duì)自然的積極探索和實(shí)踐過程中，能夠發(fā)現(xiàn)豐富的自然的規(guī)律，能夠在探索活動(dòng)中感受大自然的強(qiáng)勁生命力和活力，在積極的探索實(shí)踐中，可實(shí)現(xiàn)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和能力的有效發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生道德情操的有效陶冶。

二、探索生疑，科學(xué)釋疑，理性生長(zhǎng)

初中階段的學(xué)生，隨著其知識(shí)閱歷的增長(zhǎng)，他們的邏輯思維能力也會(huì)在具體的學(xué)習(xí)實(shí)踐中不斷發(fā)展起來。科學(xué)是一門與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系十分密切的學(xué)科，同學(xué)們生活中常見的許多現(xiàn)象都能夠與科學(xué)聯(lián)系起來，都能夠運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和原理來解決和釋疑。同時(shí)，科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，與STEM理念的有效融合，能夠促進(jìn)學(xué)生在生動(dòng)活潑的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，培養(yǎng)起積極的質(zhì)疑精神和科學(xué)的探索品質(zhì)，在科學(xué)的活動(dòng)探究過程中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)和能力的科學(xué)發(fā)展[2]。

例如，學(xué)習(xí)“物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)”時(shí)，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，電燈泡點(diǎn)亮是物理變化，而木炭點(diǎn)燃卻是化學(xué)變化。兩者同樣都是點(diǎn)燃，為什么發(fā)生的變化卻是不同的呢？在具體的實(shí)踐的基礎(chǔ)上，同學(xué)們的質(zhì)疑意識(shí)被充分地點(diǎn)燃。教師以科學(xué)的定義為基礎(chǔ)，讓同學(xué)們展開對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)對(duì)象的觀察活動(dòng)。電燈在點(diǎn)燃的過程中，產(chǎn)生了形狀、溫度、顏色等的變化，但是并沒有新的物質(zhì)產(chǎn)生；而木炭燃燒后，通過科學(xué)觀察實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了碳單質(zhì)、二氧化碳、水以及一些金屬氧化物、礦物鹽等物質(zhì)。從原來的木炭，到最后生成了許多新的物質(zhì)，很顯然，在木炭點(diǎn)燃后，發(fā)生了化學(xué)變化，生成了新的物質(zhì)。當(dāng)然，電燈點(diǎn)燃并不是只有物理變化，如果長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)燃電燈，其燈芯也會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生氧化作用。在科學(xué)質(zhì)疑和科學(xué)探究活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生理性思維的發(fā)展。

三、科學(xué)生成，實(shí)踐鞏固，拓展提升

在科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中，知識(shí)的學(xué)習(xí)能讓同學(xué)們獲取理論性的學(xué)習(xí)對(duì)象，但同學(xué)們對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象是否真正認(rèn)識(shí)和理解，實(shí)在無法得到驗(yàn)證。而在科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中，將STEM理念融入其中，讓同學(xué)們?cè)诳茖W(xué)理論的引導(dǎo)和支持下，展開積極的活動(dòng)探究和實(shí)踐，同學(xué)們對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象的認(rèn)識(shí)和理解的過程，也會(huì)在具體的動(dòng)手操作過程中，在對(duì)感性的經(jīng)驗(yàn)的具體驗(yàn)證過程中，形成對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象的深入理解和鞏固[3]。

因此，學(xué)習(xí)“日食和月食”時(shí)，雖然書本上的演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪o同學(xué)們創(chuàng)設(shè)直觀的情境，但是同學(xué)們畢竟沒有經(jīng)過親身經(jīng)歷和體驗(yàn)，對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象的理解程度和消化程度自然不是十分理想。因而，在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，老師和同學(xué)們一起結(jié)合STEM活動(dòng)，制作太陽、月亮、地球三個(gè)星球的模擬結(jié)構(gòu)形狀，太陽作為一個(gè)光球，當(dāng)太陽被地球的一個(gè)部分遮擋時(shí)，同學(xué)們從自己的角度來觀察日食的具體產(chǎn)生過程。相較于教材上的演示實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們?cè)谧约旱膭?dòng)手制作和自己的親身模擬實(shí)驗(yàn)過程中，獲得了日食形成過程的各種不同體驗(yàn)，同樣地，月食現(xiàn)象也是在三者的相互作用過程中產(chǎn)生的，同學(xué)們通過具體的位置移動(dòng)觀察，記錄不同的位置下觀察到的情況，通過拍照、繪畫、記錄等豐富的形式，獲取對(duì)實(shí)驗(yàn)觀察過程的理性分析、考察和研究，在具體而生動(dòng)的科學(xué)探究活動(dòng)中，形成對(duì)日食和月食現(xiàn)象的科學(xué)而生動(dòng)的認(rèn)知理解過程。當(dāng)然，在模型制作的過程中，同學(xué)們必須根據(jù)太陽、月亮、地球的比例等制作三個(gè)模型，否則在觀察過程中，就會(huì)出現(xiàn)各種問題。很顯然，在科學(xué)活動(dòng)中融合STEM理念，必須有科學(xué)的知識(shí)和精確的數(shù)學(xué)作基礎(chǔ)，還要有靈活的技術(shù)手段作輔助，這樣才能充分體現(xiàn)科學(xué)活動(dòng)的效果。

總之，在中學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中融合STEM技術(shù)，能讓科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)在同學(xué)們的動(dòng)手過程中變得更加形象和生動(dòng)，同學(xué)們?cè)趧?dòng)手的過程中，能結(jié)合感性經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)化豐富的理解體驗(yàn)，而科學(xué)理論的指導(dǎo)作用，能夠帶給同學(xué)們學(xué)習(xí)中的無限成就和滿足，在充滿挑戰(zhàn)性和趣味性的STEM活動(dòng)實(shí)踐中，能夠有效鞏固和拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)學(xué)生情感態(tài)度價(jià)值觀的發(fā)展和延伸。STEM理念的支持和引領(lǐng)，讓科學(xué)活動(dòng)更加生動(dòng)有趣，實(shí)現(xiàn)了高效科學(xué)課堂的有效構(gòu)建。