STEM理念在初中科學教學中的實踐探索

陳愛娣

（浙江省杭州康橋中學，浙江杭州 310000）

STEM理念主要是科學、技術、工程和數學的縮寫，科學這門學科本身也具有多學科綜合性，這一理念恰恰適合多學科融合的教學。那么這一理念的引進，更有利于培養學生的邏輯思維和實踐能力，同時也提升了學生的科學、技術、工程、數學等方面的核心素養。科學教師要深入理解這一理念，并將這一理念充分結合初中科學教材內容，創新課堂，讓學生做課堂的主人，讓學生在實踐中獲得真知，從而發揮這門科目的價值。

一、樹立STEM理念，明確培養目標

在傳統的科學課堂，往往是“就書論書”，教師自身存在一定的局限性，單純以理論知識的傳授為目的，這不僅會使課堂效率低下，而且會使學生因對學習目的產生迷茫而收效甚微。所以，STEM理念是幫助教師明確教學目標，理解新課程改革中“核心素養培養”的重要理念。教師應樹立STEM理念，將科學這門課程的教學目標分為“項目設計、自主探究、解決問題”三個層次。根據這三個層次，教師也可以充分而相對完美地做好課前準備，備課時可以進一步明確每一章節的詳略重點，進而將課程目標細化，設計貼近生活、凸顯實踐的教學活動，并有的放矢地針對學生的學習特點、接受能力進行調整、改進，注重實踐，幫助學生提升科學素養和綜合素質。盡管初中階段的課程難度并不是很高，但教師還是要在STEM教學過程中向學生明確每一堂課的教學目標，以便學生能夠主動找到學習的方向，如此學生在前期的學習及后期的復習過程，甚至是學習融合的學習中才能更加有效合理。

例如，浙教版初中科學九年級上冊第三章第4節《簡單機械——杠桿》這一課，建議教師基于STEM理念進行“凸出概念”的教學設計，因為這節課教材中對于杠桿這個概念的建構充分體現了STEM教育理念的基本要求。旨在培養學生充分理解“杠桿”的概念，并在現實生活中理解杠桿原理的應用，并與現實中的工程實際聯系起來，從而領悟這節課的真正學習目的，提高自己在生活中的科學實踐精神。那么，在本節課的課前“導入環節”就可以以“拔釘子”這個小實踐活動進行導入，讓學生通過動腦動手的探索實踐，引出“杠桿的概念，讓學生再次通過“手拿物體抬起”“踮起腳尖”等動作思考出人體中杠桿的五要素，進而引導學生逐步建構杠桿模型。最后，引導學生將杠桿概念與現實中的工程實踐聯系起來，真正理解科學、技術、工程、數學的學科關聯與融合。還有，教書“水的浮力”這一問題，教師可以選擇利用“紙船承重”的設計教學實踐活動，讓學生準備制作紙船的材料以及工具，通過讓學生自己動手制作紙船，在逐步跟隨教師引導下感受水的浮力，進而為學生引入“仿生模式—水禽”這一概念，幫助學生通過觀察水禽的形態以制作浮力更好的紙船模型，讓學生獲得試驗后的成就感，進而對“水的浮力在現實中的作用”有更為深入的理解，從而建立科學思維和理性探索意識[1]。

二、豐富教學方法，發揮學生主體作用

為了徹底打破傳統應試教育的藩籬，讓教師的科學課堂充分體現趣味性和實踐性，STEM理念的引入可以助科學教師一臂之力。對于科學這門學科來說，教材的設計本身有一定的抽象性和枯燥性，因為教材的內容編排以理論為主，多為符號語言，所以這對于新接觸這門學科的初中學生來說屬實具有一定的難度。如果一味地以傳統“灌輸式”講授為主，真的會令學生陷入迷茫，不僅無法適應新科目學習，而且也對初中的學習喪失了信心。所以，教師要多花心思，改變傳統思維模式，創新教學方法，讓學生做課堂的主人，讓科學發揮其實踐性價值。

就拿“模型、符號的建立與作用”這一課來說，為幫助學生了解用符號和模型來表示復雜事物或過程這一科學方法并體驗建立模型的思想。教師可以利用“接地氣”的授課方式，利用貼近生活的教具，如隨身聽、飲料罐、地球儀、細胞模型、眼球模型等，在教學中利用“演示法”來引導學生進行課前思考，用趣味性打開學生思維的閘門，充分發揮學生的主觀能動性。在導入環節，教師可以為學生展示隨身聽道具，讓學生暢談隨身聽的使用方法，相信學生并不陌生，學生會在暢談中猜想本節課要學的內容是什么，進而在好奇心的驅使下被帶入課堂。在沒有漢字和說明書的情況下，教師可以通過機身上的符號來知道它的使用方法，進而引出符號和模型是現實生活中的“特殊語言”，學會用符號和模型表示事物是一種科學方法。這樣，學生就對這節課的內容產生了濃厚的興趣。然后，在概念的講授中可采用“探究法”，將學生分為小組，教師提出問題并組織小組討論，最后綜合總結出所學的概念知識。例如，讓學生說出在以前的學習中、生活中曾用過的符號并簡單畫出來。這樣，學生通過小組討論、合作探究聯想到物理知識“速度v符號”、地理知識“冷鋒、暖鋒”符號等，并綜合大家的智慧畫出諸如交通標志、廁所標志、電源標志等簡圖來。這樣，既培養了學生對以往其他學科知識的歸納總結能力，同時也可以培養了他們的發散思維。進而，教師在“環環相扣”中啟發學生思考“為什么人們常用符號來表示事物呢？”例如，交通標志，用符號能簡單明了地表示事物；電流表符號，用符號可避免由于事物外形不同而引起的混亂；時間符號，用符號可以避免由于表達事物的文字語言不同而引起的混亂等。并進一步引導學生分析探索出飲料罐上的“開”的符號和“請勿亂丟”的提示符號的意義等。最后設計實踐活動：讓學生結合生活實際課外自己設計制作一些標志符號。這是對于“符號這一概念的教學，其中可以充分體會“探究法”所帶來的樂趣，這期間課堂氣氛會變得活潑，學生會有濃厚的興趣，調動了學生較強的參與意識，并在輕松的課堂節奏中理解和記住了符號的概念和內涵，也明確了符號日常生活和其他科目之間的聯系，這種“融會貫通”能力對日后的學習有了一定的啟示，這也是STEM理念對科學課堂創新的啟發[2]。

其實課堂的教學方法有很多，教師可以靈活變通，因為初中學生最重視的就是課堂的新鮮感，所以在把握基本理念和教學目標的情況下，教師可以針對教授內容改變教學方法。例如，還是這節課的知識，符號的教學利用了“探究法”，教師可以用“談話法”講授模型相關知識。教師可以把課堂設置成一個“科研室”，將地球儀、細胞模型、眼球模型、皮膚模型、水分子模型、航模、船模、宇宙飛船模型、建筑模型等放在講臺上，讓學生挑出自己感興趣的模型，暢談自己對模型的看法，根據大家的發言，教師總結講述：模型并不僅僅指我們可以看到的用各種材料制成的某種物體的或放大或縮小的復制品，如航模、各種建筑模型等。它甚至可以是一幅畫、一張表或是一個計算機軟件，如表示細胞結構的“細胞模式圖”等。有的模型不是簡單地表示一個具體事物，而是表示一個過程，如描述水的三態變化的示意圖“水的三態變化模型”等。進而引出，我們經常會用到構建模型（即“建模”）的方法來幫助人們認識和理解一些不能直接觀察到的事物或過程，這是極為實用的科學方法。這樣，同樣以“講授”為主，但相對傳統課堂的講授來說，內容顯得生動、飽滿，也利用道具調動了學生的發散思維，并在與學生交談中鍛煉了學生的分析能力和語言表達能力，這種方法可謂是“推陳出新”，具有很強的實用性[3]。

此外，不僅是課前導入和授課環節中，例題分析環節也同樣可以創新講授方法，可以利用教材中的題目也可以自行設計題目，注意題目設計的趣味性和學科綜合性。例如，在引導學生學習完“水狀態變化的模型”后，可以帶領學生進行一道趣味例題的練習，這道題根據物質燃燒條件模型，回答在赤壁之戰中，周瑜的軍隊點燃戰船，熊熊燃燒的戰船借助東風直沖曹軍的木船，使曹軍的木船起大火。你認為曹軍的木船是什么物質，木船燃燒的條件是什么？這樣的問題會大大吸引學生的做題興趣，并積極畫出燃燒條件模型，仿佛自己進入了“角色”，在分析“草船借箭”的原理，領悟諸葛軍師的智慧。在解答過程中也增強了對“可燃物”“木船燃燒的條件是氧氣、溫度達到著火點”兩方面知識的理解，并建立起用科學的視角看待問題的價值觀，從而使科學素養得到了升華[4]。

三、完善教學評價體系，提高學生綜合素質

為保證初中科學教學的有效性落地，教學評價的設置是重要且必要的。STEM理念的宗旨也是幫助學生建立學科間的有效融合，提升學生的核心素養。所以，要不斷完善初中科學的教學評價體系，因為科學的學習最重要的是“探索精神”和“質疑精神”，不僅要教會學生理論知識，培養學生實踐能力，而且還要教會學生如何在評價和質疑中前行，像我們熟知的科學家一樣，不斷地“否定”“研究”“創新”最終取得對世界、對人類有巨大意義的科研成果。這樣才能更好地保證科學課堂教學的有效性，對學生未來的發展也起一定的引導和鋪墊作用，這也就保證了對學生核心素養培養的目標。

首先，評價主體的多元化STEM理念引入科學課堂教學，更多的是讓學生成為課堂的主人，以自主探究和合作交流為主，老師給予適時的指導，所以在進行教學評價時教師首先要針對學生在小組探究討論活動中的表現進行客觀評價（包括“參與度”“發言頻次”“創新度”“應用能力”等各個方面）。在學習內容方面，需要適時鼓勵學生以小組為單位進行自主評價，例如，對“物質的溶解性”這一知識的評價內容，應該包括：物質溶解性的實驗方法、論證過程以及結論等，并觀察總結學生在探究活動過程中的整體表現和個別表現，予以準確的評價和指導，不僅對科學理論知識的精確性進行評價，還要重點評價學生的跨學科應用實踐能力，確保初中生科學素養的全面發展。不僅是師生之間的評價，也可以將評價主體放眼于家庭層面，讓家長參與到評價活動中來，按照教師給予的評價要素，去填寫課后作業評價表，對學生的科學知識的掌握和實踐應用能力進行評價反饋，這樣會促進教師多角度、全方位地了解學生的學習情況，也會增強家庭教育的輔助作用，同時培養親子關系，讓“家校共育”發揮合力作用。此外，教師應當鼓勵學生針對科學課程探究活動過程和結果進行總結與反思，提高學生的自我否定精神和總結創新能力，實現STEM理念的有效滲透，真正落實素質教育[5]。

其次，教師除了注意評價主體多元化，還要注意評價內容的全面化，STEM理念的意義在于，讓教師和學生轉變思想觀念，淡化“學習結果”（即考試分數），重視學習過程，從根本上轉變學習態度，進而達到思維能力的提高和精神內涵的塑造。所以，教師對學生的評價一定要全面具體，不僅包括學習能力方面而且包括價值觀層面，建立一個“由表及里”的綜合評價體系，也更有利于自己日后更有針對性地進行教學改革創新和幫助學生全面發現。比如部分學生雖最終成績不理想，但仔細觀察其解題步驟不難發展，學生對教材中的概念及運用原則都很明確，只是對于題目中的數據容易疏忽，因為自己的粗心導致最后的錯誤。對于這類學生教師要以鼓勵為主，教育學生在做題時不要著急，做題結束之后再對照自己公式中的數字是否為題目中的數字。而對于本身就對教材概念不明確的學生，教師要懂得“松弛有度”，既要嚴格要求學生對基礎知識的掌握，讓學生從思想層面明確初中科學學習的價值，也不要過分打壓學生的積極性，打消學生的自主性，如此才符合STEM理念下的教學目的，才能迎合學生的全面發展。

四、結束語

STEM 理念重點強調的是學生在自主探究過程中能夠對貼近生活的物理、化學、地理等知識都有深刻的理解，明確任何的科學實踐活動都是綜合學科的融合統一，使自身思想境界和精神品質都得到升華，運用科學知識、科學思維去認識世界。所以，素質教育對原本“不重視”的學科的重視，是對各科目的教師提出了高標準嚴要求，也希望初中科學教師能夠注重自身科學素養的提升，以培養新時期綜合素質較高的人才。