STEAM理念下小學中段科學探究活動設計

管淑琦 曾垂劍 馬明宇 彭麗

摘要：我國的課堂教學體系長期以分科教學為主：學科科目過多、學科之間聯系較少，缺乏有效整合。從學生的表現上看，主要體現：綜合實踐能力較弱、自主探究能力較弱、科學學習習慣不規范等等。為改變當前的教育現狀，我國的教育學者把目光放到提倡跨學科的STEAM教育理念上。引導學生在具體情境中發現問題，采用科學嚴謹的方法，結合以學的學科知識和基本技能，一步步探尋問題答案。目前，許多教育大國已經把STEAM理念融入自身的教學體系中，而我國對此的研究和實踐仍處于較低水平、接受過相關專業培訓的教師缺乏，鮮有優秀的教學案例出現。如何把STEAM理念運用到實際的教學過程當中，走出一條適合STEAM發展的道路，促成學生的全面發展。

關鍵詞：STEAM理念;小學科學;探究活動

一、緒論

（一）研究背景

1.義務教育科學課程標準

教育部于2017年發布了新修訂的《義務教育小學科學課程標準》中倡導“多以探究式學習為主的多樣化學習，突出創設學習環境，為學生提供更多自主選擇的學習空間和充分的探究式學習機會”，這與STEAM理念的總體方向不謀而合。

在做中學和學中思的理念指導下，政府出臺了一系列文件，幫扶STEAM理念在我國的發展。如《中國教育現代化2035》中提到：“要強化學生實踐，加強動手能力、合作能力、創新能力的培養，增強綜合素質，培養創新精神和實踐能力”;教育部在《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》強調：“應有效利用信息技術推進“眾創空間”建設，探索STEAM教育、創客教育等新教育模式在我國的發展之路。”

2.STEAM理念的發展

STEM課程是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、和數學（Mathematics）四門學科英文首字母的簡稱[1]，是一門指向真實世界問題解決的多學科融合的綜合性課程[1]。

隨著課程改革的不斷深入和發展，在STEM理念的基礎上又加入了A（Arts），A不僅僅代表藝術，更是促進多學科融合的一種有效手段。在STEM理念的基礎上發展形成的STEAM理念為小學科學課程提供了理論指導，小學科學課程探究式、項目式的開展方式為STEAM教育也在小學的實施提供了合適的載體[3]。

（二）研究目的

我國小學中段學生主要表現為綜合素質能力不強、探究意識較弱，若將STEAM理念運用到中段小學科學課程當中，能促進知識跨學科融合、學生綜合素質發展。但我國對STEAM理念的研究相對來說起步較晚，政府上缺乏綱領性文件指導，專業人才匱乏，鮮有優秀課例出現。

（三）研究意義

長期以來，我國的課程體系都以分科教學為主，以灌輸式為主的教學模式導致學生綜合實踐能力較弱，自主探究能力不足，學科科目過多、學科之間缺乏有效整合的現象較為嚴重[2]。而誕生于美國的STEAM理念倡導的是多學科融合的模式，旨在培養學生的創新意識、綜合運用能力，有望改善我國當前的教育現況。但是現階段我國對STEAM理念的研究應用還不夠深入，實踐探索方面仍不夠成熟，需要我國的教育學者們不斷地探索與嘗試。

中段學生處于各項能力發展的關鍵期，注意力穩定性增強，由無意識記逐漸向有意識記轉變，由形象思維逐漸向抽象思維。在科學探究方面，科學教學以觀察類實驗為主，認識局限于事物表面，很少能抓住本質，自主實驗能力較差，實踐經歷較少，在這樣的教育環境下，學生的綜合能力很難得到發展。

（四）研究內容

在本研究中，筆者對STEAM理念的起源與發展、國內外STEAM理念在國內外的現況進行了梳理，通過自己的歸納，嘗試總結出個人對STEAM理念的理解，并針對小學中段學生的學情和身心特點以及我國小學科學課程的現有體系和模式進行整改，促進“驗證性活動”的自然課程向“探究性活動”的科學課程發展。取消對教師演示、學生實驗設計的嚴格程序，教材規定的實驗工具和方法，而是提倡學生通過自己的感官對自然界事物進行接觸，形成獨有的認知[3]。

（五）研究方法

1.文獻研究法

文獻法是按照一定的研究方向和目的，對相關的文獻資料進行搜索、閱讀、梳理、鑒別，最后歸納、整理，為后續的研究起到參考作用。筆者通過中國知網以及教育部官網等平臺，整理出了STEAM理念、小學中段科學課堂現況以及科學探究活動設計相關的資料，為我國基于STEAM理念設計小學中段科學探究活動奠定基礎。

2.訪談法

訪談法是與研究對象進行口頭交談來收集有關的信息資料的方法，研究性交談。本研究中通過電話訪談的形式對小學中段的學生進行科學探究活動了解程度訪談，在完成了“明確訪談目的、形式、對象、時間與地點”等一系列前期工作的基礎上，對學生從科學學習、學生探究、學習環境、科學品質等多個方面進行訪談，并對訪談結果做了分析與總結。

二、STEAM研究現況

（一）國外STEAM教育理念發展現狀

1.美國的STEAM教育

1957年11月，前蘇聯成功發射了第一顆人造衛星，美國朝野振動。隨即美國國內掀起了大規模的反思潮流，青少年的自然科學、數學、現代外語教育及科技訓練逐漸受到人們的重視[4]。不少美國教育學者、哲學家紛紛組織開展改革運動促進了STEM理念在美國得到初步發展。奧巴馬上臺后，美國的STEM教育進入了平穩發展階段[5]，優STEM課程與教學活動案例紛紛涌現。

2.德國的STEAM教育

德國的STEAM教育又稱MINT，即數學、信息學、自然科學和技術。德國政府報告中提出“需要用MINT教育彌補高端勞動力缺乏的缺陷”[6]的觀點。認為專業技術人才的創造力是解決當前科技發展中遇到的關鍵問題以及迎接未來挑戰的核心[7]。

3.小結

綜上所示，STEAM起源于美國，發展與全球[8]。但各國對于在探索和引進STEAM教育的過程中，都有各自不同的側重點，也都根據自身國情進行了內化，并得到了一定的發展。

（二）我國STEAM教育理念發展現狀

我國對于STEAM教育的研究，主要包含STEAM教育的戰略部署和關于STEAM教育報告的述評，以及世界各國的STEAM教育比較研究等等[13]，主要集中于對理念的引進介紹和初步實踐，研究和應用仍不夠深入，主要表現在以下幾個方面：

1.STEAM理念專業培訓不足

分科教學一直是我國中小學課程與教學的主流，很難要求轉變觀念教師們主張多學科的教育理念并加以設計實施時，并完成相應的課程開發與實施[9]。如果無法真正理解STEAM教育在學生發展核心素養培養中的促進作用，也無法與國家必修課程融合拓展，促進學生科學類課程的學習，提升學生創新應用能力。

2.我國對STEAM的研究不夠深入

本土開發的STEAM課程尚未成熟，鮮有優秀的課例出現。很大程度上與我國的師資水平有關系。現階段我國嚴重缺乏接受過STEAM理念培養的的專業教師，學校組織現有一線教師參與相關的培訓較少，政府對這此的重視度不足。

3.STEAM 課程開發能力不足

國內目前開發的STEAM課程雖多不精，且課程之間的連續較少，課程體系尚未完善。部分由美國引入的優秀課程未必能在我國得到良好的發展。

4.缺乏綱領性文件指導

我國目前與STEAM相關的政策非常有限，相關法律基本空白。如果沒有綱領性的文件作為指導，健康、有序的教育制度環境很難形成。

5.小結

與其他國家相比，我國在STEAM教育方面的發展相對緩慢，政府的導向型不夠明確、專業的研究人員匱乏、優秀的STEAM課例較少。

三、科學探究活動研究現況

（一）國外科學探究活動發展現況

自20世紀60年代開始，國外科學教育研究者不斷對探究式教學的相關理論和實踐活動進行分析研究[10]。美國于1996年頒布的《國家科學課程標準》要求加大探究式學習的力度;1999年日本在《學習指導要領中》增加了“綜合學習”單元。另外，Elton Szeto基于探究式教學理念，通過考察發現教師在同步教學中扮演引導者的角色，其作用高于學習者的自我認知和社會知識[11]。

（二）我國科學探究活動發展現況

1980年，蘭本達出版了《小學科學教育的“探究一研討”教學法》一書，隨后來到中國成立了一個探究式教學講習班，促使探究式教學開始在國內發展，為后期我國基礎教育的改革奠定了基礎。

現有研究表明，國內研究人員對探究學習進行的研究較為透徹，且仍在進一步深入，教師在小學科學教學過程中已意識到探究的重要性，但對科學探究的概念理解還不夠透徹，只浮于形式，缺少深刻的鉆研;教師在探究課程教學中專業技能欠缺[12]，大部分教學計劃操作性不強;科學探究與原有知識體系還未做到有效融合[13]。

四、小學中段學生科學探究活動設計

（一）探究活動總體概述

包子是我們生活當中常見的面食，主要通過用面將餡包起來的。餡料一般有很多種，有素餡或是肉餡的;制作包子的手法不一。發面的好壞直接決定了包子的口感。

本活動帶領學生自行探究、設計并完成包子的制作。項目主題為“包子DIY”。旨在引導學生探究發面的影響因素，感受自主設計發面保溫箱的過程，給予學生DIY包子的空間。項目共安排6課時，由“和面秘籍”“發酵保溫箱”“包子市集”三個項目組成。

（二）探究活動的目標確定

中段學生的對身邊的科學現象興趣濃厚，課堂教學主要以觀察類實驗為主，缺乏實踐探究的經歷，探究方法單一。開展以自主探究、動手實踐、設計美化為主要特征的科學探究活動，培養學生的問題解決能力、邏輯思維能力、自主實踐能力。

在設計探究活動的過程當中，始終注重學生科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）五個方面的發展。

1.科學方面

了解面粉具有吸水性、探究和面的最佳食材比例;理解酵母菌可以發酵并促使淀粉轉變為葡萄糖和二氧化碳的過程，探究酵母菌發酵的最佳發酵溫度。

2.技術方面

掌握和面的動作要領，將面粉、水、酵母和白糖均勻混合，直至揉成光滑面團;對比不同的保溫材料，選擇制作發酵保溫箱的最佳材料，并領悟材料的保溫原理。

3.工程方面

采用合作形式揉面，將酵母液少量多次的加入到面粉當中，并不斷地攪拌直至揉成一個光滑面團;進行簡單的材料加工，完成保溫箱的整體制作、功能調試;制作完之后，向身邊的老師同學進行銷售，換取豐厚的報酬。

4.藝術方面

在不影響保溫效果的情況下，能將保溫箱外形進行美化加工;使用不同顏色的面團進行裝飾點綴，設計出好看又新穎的包子，培養學生創造美和感受美的能力。

5.數學方面

學會使用食物稱稱量食材;通過體溫計來控制溫度的范圍;估量一個包子所需的面團的合適大小以及餡料用量。

（三）探究活動的流程設計

探究活動的進行被大體分為了三個部分，且每個部分都有設計完整步驟。以制作精美包子為最終目標，按照包子的加工順序將活動串聯，不斷發現問題并進行探究，分析比較找到最佳方案。

1.情境導入

用生活中常見的包子作為導入，激發學生說出原有對包子的認知，再出示和面不成功、發面不成功的現象來矛盾沖突，進而激發學生進行科學探究的興趣。

2.發現問題

通過一些不成功的案例當中引發思考，讓學生提出問題，并針對問題進行研究。同時，培養學生查閱資料的習慣，在了解了相關知識的基礎之上在進行探究，提高學生學習的效率。

3.科學探究

利用小組合作、控制變量的方法，圍繞“怎么樣的配比和面最合適？”“什么環境發酵效果最好？”“如何設計一款獨一無二的包子？”進行探究。在探究過程中，學生能養成良好的科學習慣、使用正確的科學語言表達、做到像科學家一樣思考，向工程師一樣解決問題。

4.結果分析

教師按照一定的評價標準，對學生的行為做出反饋和評價，及時糾正學生的不規范行為，確保下一項活動的有序進行。教師應組織形式多樣的學生成果展示，既是對學生勞動成果的肯定，又能促進相互之間的共同交流，相互借鑒，相互學習。

五、小結

在科教興國的教育背景下，我國的科學技術迅猛發展，同時教育理念也在不斷變革。小學的科學素質教育承擔著國家科教興國發展的重任，將STEAM理念融入小學科學課程體系也是改革的核心內容。我們應當大膽嘗試，結合當前小學科學課程的特點，倡導探究式學習，激發學習興趣，不斷提高學生的科學綜合素養。

參考文獻：

[1]教育部教育管理信息中心.中國STEAM教育發展報告[M].北京：科學出版社，2018：97.

[2]王健博樂.基于STEAM理念的小學科學課程項目式活動設計與應用研究[D].吉林：東北師范大學，2019.

[3]趙月.STEM理念下小學科學項目式活動的設計與實踐研究[D].河北：河北大學，2018.

[4]教育部教育管理信息中心.中國STEAM教育發展報告[M].北京：科學出版社，2018：32-33.

[5]教育部教育管理信息中心.中國STEAM教育發展報告[M].北京：科學出版社，2018：34.

[6][8]黨海燕.基于STEAM項目學習理念的小學科學探究活動的教學設計與實踐[D].江西：江西師范大學，2021.

[7]中華人名共和國教育部教育管理信息中心.中國STEAM教育發展報告[M].北京：科學出版社，2018：39.

[9]中華人名共和國教育部教育管理信息中心.中國STEAM教育發展報告[M].北京：科學出版社，2018：39.

[10][12]陳金艷.物聯網環境下基于核心素養的小學科學探究活動設計研究[D].江蘇：江南大學，2020.

[11]Elton Szeto.Commnity of Inquiry as An Instructional Apeproach： What Effects of Teaching，Social and Cognitive Presences Are There in Blended Synchronous Leaningand teaching[J].Computers & Education，2015.

[13]王呈.科學探究在小學科學教學中的運用[J].科學咨詢（科技·管理），2019，（01）：138.

本文系2021年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（同頻日語——農村國際化教育彎道超車，項目編號：202111488043S）研究成果。