通過STEM教學讓學生提出問題尋找答案

◇王 欣（江蘇：揚州市江都區大橋中心小學）

傳統的教學方式，一般是由教師直接講授知識點或者原理，通過做練習對原理進行鞏固，最后再通過做實驗的方法進一步鞏固。這樣的教學忽視了學生的學習主體地位，缺少了讓學生帶著問題去做調查、去尋找答案的過程，而這個過程就是STEM 區別于傳統教學的地方。STEM 更注重與現實世界的聯系，注重解決問題的過程，為的是訓練學生科學的思維以及技能。

STEM 是將科學、技術、工程以及數學相融合的教育理念，打破了這幾門獨立學科之間的界限，采取了問題導向型的學習模式，圍繞問題，使學生運用綜合的知識和技能去解決問題，不斷提高學生創造性解決實際問題的能力。STEM 更注重的是整個思考和實驗的過程，鼓勵學生自主思考，提出實驗方案，進行實驗，最后得出結論。STEM 提倡采取問題導向型模式來展開課題，經過逐步推論和實驗，最終得到實驗結果。STEM 注重學科之間的融合，對教師的教學提出了更高的要求。在備課時，需要我們充分挖掘教材中可以與其他學科有效融合的部分，注意將學生相關學科的知識點有機結合起來。學生要做到STEM 融合學習是有很大難度的，因此需要教師提供明確且詳盡的方法。本文以蘇教版小學三年級科學課《把鹽放到水里》為例，運用問題導向型模式進入課題，引出STEM 綜合教學模式。

一、導入生活情境，聯系生活實際，提出問題

除了知識的融合之外，還要重視與學生日常生活結合，選擇日常生活中的情境進行導入，將日常生活中的現象與課堂內容相結合，注重內容與生活的相關性。學生所學習的知識只有與日常生活結合起來，才能有效提高學生學習的熱情，培養學生善于觀察生活的能力，課本上的內容也才會變得更有意義。

例如，在蘇教版小學三年級上冊第十一課《把鹽放到水里》教學中，教師可以通過生活中的情境導入：小李的爸爸牙齦發炎了，去醫院看牙醫，牙醫為其進行了消毒。醫生告訴小李的爸爸，每天早晚應當用淡鹽水漱口。回到家，爸爸把這個配置漱口用的淡鹽水的任務交給了小李。可是小李馬上就要考試了，有許多功課要做，他必須快速配置好淡鹽水，這樣他才能繼續投入學習。提問：如何快速配好一杯淡鹽水呢？鹽在水中的溶解速度與哪些因素有關呢？教師可以通過這樣日常的場景鼓勵大家圍繞問題進行思考。

二、充分討論，讓學生自主設計實驗

我們的教材往往會直接給出針對某一課所用到的具體實驗流程和方法。STEM 教學的關鍵環節在于讓學生自己動腦筋想辦法，而不是教師直接告訴學生需要準備什么工具、實驗中每一步驟應該怎樣去做、需要注意什么問題。相反，這些都應該由作為學習主體的學生自己去探討，主動去發現。教師只是在旁引導，把課堂還給學生。實現學生自主設計相關的實驗，然后記錄實驗過程，得出實驗結論。

針對如何快速配好一杯鹽水的問題，有的學生可能會提出使用熱水，鹽在熱水中比在常溫或冰水中化得快，因為媽媽在做湯的時候，就是把鹽放到煮開的水里，鹽很快就可以化開。這時，教師就可以進行語言上的修正，比如，“這位同學告訴我們，水的溫度是影響鹽在水中溶解速度的因素”。還有的學生提出用筷子攪拌一下，鹽會融化得更快些。這時，教師就可以引導學生，攪拌和熱水可以加快鹽的溶解，但這些因素只是我們的猜想和假設，必須使用更加嚴謹的科學方法來證明我們的猜想。

那么，如何證明攪拌和熱水能夠加快溶解呢？我們可以利用到的工具和材料有哪些？教師應進一步鼓勵學生想辦法，如何利用手頭的工具來做實驗。實驗的過程應該是怎樣的？會發生怎樣的現象？此時，我們就要引導學生來設計一個合理可行的實驗方案，并且將對比實驗的特點和注意事項講解給學生聽。同時，引入圖示，讓學生學會運用簡單的圖示來演示自己設計的實驗。見下圖。

在設計對比實驗的過程中，教師應該提醒學生對比實驗的注意事項。例如，對比實驗必須用到兩個或兩個以上的實驗組，并且要保證在相同的條件下進行實驗。例如，我們要用相同的水量，加入相同質量的鹽，只改變一個條件，來看看這個條件是否對結果有影響。

整理總結實驗方案后，得出設計如下：

問題：影響鹽在水中溶解速度的因素有哪些？

假設1：與水的溫度相關，溫度越高溶解越快。

實驗材料：熱水、冷水、鹽、量勺、2 個杯子、溫度計、秒表。

1．在相同的兩個杯子里倒入等量的水，一杯用熱水，另一杯加冷水。（倒好后可以用溫度計測量水溫并記錄。）

2．用兩把克數相同的量勺，同時往兩杯水中放入相同質量的鹽。

3．觀察哪一杯鹽溶解得快，并記錄下溶解的時間。

假設2：攪拌可以加快溶解速度。

實驗材料：水、鹽、量勺、2 個杯子、一根筷子、秒表。

1．在相同的兩個杯子里倒入等量的水，水的溫度相同。

2．用兩把克數相同的量勺，同時往兩杯水中放入相同質量的鹽。

3．一杯用一根筷子攪拌，另一杯靜置。

4．觀察哪一杯鹽溶解得快，并記錄下溶解的時間。

在溶解的時候可以讓學生用秒表來記錄溶解的速度，讓學生掌握運用科學的數據制作數據圖表等技能，培養學生的數學思維。制作相關的圖示，培養學生的制圖能力以及設計實驗的能力。

三、記錄實驗現象，得出實驗結論

實驗的過程是非常重要的，教師在條件允許的情況下盡量不要只讓學生觀看實驗的視頻，而是要把動手機會留給學生。學生只有自己動手操作獲得知識才能真正體會到研究的快樂。做實驗時一定要提醒學生注意安全，比如，使用熱水時防止燙傷、使用玻璃杯等易碎品時要輕拿輕放。

在實驗開始之前，我們應培養學生學會記錄實驗過程的科學方法，如，將實驗過程通過圖表的形式表達，制作出合適合理的表格以及添加合適的文字記錄有助于提升學生的組織能力，提高實驗效率。

實驗時讓學生分成小組分別進行，每組的各個成員要確定好每個人的任務，比如，誰負責加水，誰負責記錄時間，誰負責填寫實驗記錄，等。

實驗完成后，學生可以制作出如下表格：

假設1 實驗現象：熱水杯中的鹽已經明顯減少了，冷水杯中的鹽還有很多。

假設1 實驗結論：溫度會影響鹽溶解的速度。鹽在熱水中溶解的速度快，在冷水中溶解的速度慢。

假設2 實驗現象：攪拌的杯中，鹽的顆粒已經看不見了，沒有攪拌的杯中，杯底還有許多鹽的顆粒。

假設2 實驗結論：攪拌會影響鹽在水中的溶解速度。攪拌，鹽溶解得快；不攪拌，鹽溶解得慢。

小組根據實驗步驟得到數據，教師做好引導，讓學生運用數據來解釋現象。例如，學生可以把所獲得的數據進行比較分析（數學的方法），并找出其中的規律：鹽在水中溶解的速度隨著溫度的升高不斷加快。我們還可以引導學生畫出曲線圖。橫軸表示溶解的時間，豎軸表示水的溫度，得到大概一個這樣的曲線（見下圖）。

此外，教師還應對學生的思維進行拓展：還有沒有其他可以影響鹽在水中溶解速度的因素？最后發散思維，問問學生：還有哪些物質可以溶解在水中？這些物質的溶解速度是否也跟溫度相關？在課下，可以給學生布置相關作業：回到家中，用最短的時間配一杯淡鹽水。

在學生的實驗中，由于實驗工具的簡陋以及許多不可控的因素，實驗的結果往往不都是準確的，甚至大多數時候有很大誤差。但是STEM 教育注重的是科學思維養成的過程。作為教師，我們要放手讓學生自己設計實驗方案，不要擔心失敗，而是讓學生在失敗中總結經驗，在實踐鍛煉中不斷提高解決問題的能力。

隨著學生知識水平的不斷提高，他們所獲得的知識也由簡到繁，由易到難，解決問題的能力也會逐漸提高。但是思維的培養是基礎。在小學階段，我們要培養小學生自主探究的能力，運用數學的實驗方法來進行科學實驗的思維能力。觀察鹽在水中的溶解速度雖然屬于簡單的實驗，但是我們也應該讓學生擁有運用科學的手段去證實假設的思維和方法。

四、展示分享

由學生制作科學展板，將自己設計實驗的構思過程以及實驗步驟通過圖片、文字、圖表等形式記錄整理，制作成科學展板向學生和教師展示。在展示的過程中可以說說小組的設計方案有哪些優點，還有哪些需要改進的地方；如何得出實驗的結果；將實驗結果聯系我們的生活，可以給我們的生活帶來哪些方便，給我們哪些啟發；等等。

在這樣的展示分享過程中，每一個學生都是積極的參與者。學生之間相互交流，不斷反思，可以使學生體會到自己動手的樂趣，感受認真做一件事情帶來的成就感，帶動學生學習的熱情。

如今，我們學校的課程很大一方面的問題是學科知識與實際生活毫無關系，學科與學科之間缺乏關聯性，學生不明白自己學習的科目在日常生活中有什么用處。知識變成了枯燥的概念，成了為考試而不得不學的苦差事。通過STEM 教學，學生可以針對生活中的現象提出問題，尋找解決方案以及做出預測。在此過程中，學生可以學習有效地解決工程問題的方法，綜合運用自己所學的知識，融會貫通，運用科學方法設計實驗方案，并且測試和分析結果。

基于學生知識技能水平以及實驗材料的局限性，學生得出的結論會有一定的偏差，但是我們應當明確，STEM 的教學目標是培養學生的動手能力和創新解決問題的能力。這是一個過程，不可能一蹴而就，應該讓學生在嘗試和錯誤中得到鍛煉，在實踐中得到提升。