立足“兒童視角”開發鄉村小學STEM科學課程

李鳳

摘 要：在小學科學教學中，建構、創造STEM課程，能有效地激發學生的創新思維，提升學生的科學學習力。立足于“兒童視角”，開發鄉村小學STEM課程，要從“無設計”轉向“再設計”、從“粗設計”走向“精設計”、從“約設計”到“越設計”。著眼于鄉村小學實際，用心開發STEM科學課程，能提升學生的科學思維力、探究力和實踐力，發展學生的科學核心素養、綜合素養等。

關鍵詞：小學科學;兒童視角;STEM課程;課程開發;鄉村小學

所謂“STEM課程”，是指“融合了Science （科學）、Technology （技術）、Engineering （工程）和Mathematics （數學）四門學科元素、基因等在內的一種綜合性、實踐性課程”。在小學科學教學中，建構、創造STEM課程，能有效地激發學生的創新思維，培育學生合作精神，增強學生的問題分析、解決能力。作為教師，筆者在實踐中立足于“兒童視角”，著眼于鄉村小學實際，用心開發STEM科學課程。通過課程開發，提升學生的科學思維力、探究力和實踐力，發展學生的科學核心素養、綜合素養等。

一、聚焦學生興趣，從“無設計”到“再設計”

科學教材中的相關內容，往往是比較單一的。為了開發具有綜合性的STEM課程，教師應著眼于學生的學習興趣，了解學生的學習需求，讓科學課程開發從“無設計”走向“有設計”。在教學設計的過程中，教師應遵循技術領域的思想、工程領域的思想，著力引導學生“像科學家一樣思考”“像技術員一樣設計”“像工程員一樣實踐”，努力培育學生的STEM意識，提升學生的STEM能力，提升學生的STEM品質。

為了深化學生的STEM學習，開辟、拓展學生的學習時空，賦予學生學習權力，讓學生想研究、敢研究、善研究、樂研究，可以將“再設計”“再創造”思想融入其中，引導學生用“迭代”思維方式去思考、探究、實踐。以“做一個電動機”的教學為例，在STEM實踐活動開展之前，首先讓學生系統學習相關的科學知識，了解電磁相互作用的原理。其中主要是讓學生了解“電磁鐵的磁力”，包括磁力的大小、方向等方面的知識。在這個過程中，學生自主完成了“線圈”的制造，為制造“小電動機”奠定了堅實的基礎。在實踐活動之前，讓學生帶來現成的小電動機，引導學生認真研究了磁鐵、轉子（包括鐵芯、線圈、換向器）、電刷等的作用。在此基礎上，引導學生動手實踐，用漆包線繞成了一個線圈，然后將線圈和相關的支架、磁鐵、電池等組合起來，創造了一個“電動機”。在這樣的STEM科學實踐中，學生不是被動地、膚淺地操作，而是積極地動手做。STEM科學課程開發，不僅將科學知識融合起來，更讓科學與技術、工程技術嫁接，從而讓學生的科學學習插上了技術、工程的翅膀。STEM工程項目帶給學生不斷的驚喜、樂趣，不斷提升學生的科學學習品質、品味，讓學生的科學學習不斷進階。

從“無設計”到“有設計”，就是要開發學生的創新潛質，讓學生自主設計、實踐。從“有設計”到“再設計”，就是要讓學生不斷地對成品進行加工。在這個過程中，教師還要引導學生融入“返工”意識，就是要不斷地引導學生對自己的綜合性科學建構與創造進行審視。通過一次次的反思、設計，讓學生發現技術上的失誤以及不周全等。比如在上述“做一個小電動機”的過程中，有學生將銅棒插在滑輪上，將漆包線有序地繞在滑輪上，從而不斷增強線圈的性能。在這個過程中，教師有效驅動，引導學生設計、制作、評價、再設計、再制作，從而助推學生科學學習不斷進階。

二、尊重科學理論，從“粗設計”走向“精設計”

STEM科學學習需要科學理論的支撐。在小學科學STEM教學中，教師要引導學生尊重科學，理解相關科學知識背后的機理，讓學生對科學STEM的課程開發與設計成為一種自覺。教師可以引導學生做一些嘗試，做一些測試，并揭示相關知識背后的規律、原理等。在此基礎上，引導學生的科學課程設計、開發從“粗放”走向“集約”，由“集約”走向“精準”[1]。

科學工程中總是蘊含著相關的科學知識，科學工程設計不是盲目的、碰運氣的。有時看似相同的表象，背后卻有著不同的原因;有時看似不同的表象，背后卻有著相同的機理。比如筆者曾經引導學生“建高塔”，在建造之前，我們讓學生探究“物體不倒的秘密”，讓學生認識到“上小下大”“上輕下重”等的科學概念。在這個過程中，學生對這些概念的理解是膚淺化的。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”“紙上得來終覺淺，心中悟出始知深”[2]，為了深化學生對概念的理解，教師可以對學生“粗設計”中的一些高塔進行展示，引導學生發現“粗設計”中的相關問題。比如有學生是用紙來“搭高塔”的，一開始上部分都是一張紙一張紙地疊著，教師此時可啟發、引導學生“怎樣才能搭成更高的高塔”“怎樣才能真正做到上輕下重”，從而讓學生對科學概念的理解不再僅僅停留在知識層面，更要實實在在地落實到實踐之中去。比如有學生想到了增減紙張的數量;有學生想到了改變紙張的形狀;有學生還想到了用漿糊、膠水等增加紙的厚度，等等。通過教師的追問、學生的思考、探索，豐富、深化了學生對“上輕下重”的概念理解。在STEM實踐中，我們還可以相繼引導學生進行“二度設計”“三度設計”等，從而讓學生對“上輕下重”“上小下大”等的科學概念形成了更為具體的理解。如有學生說，“越往上越小、越輕，越往下越大、越重”;有學生說，“建高塔和做不倒翁的原理是相同的，但比作不倒翁來得更為刺激”，等等。在活動中，學生自覺地展開了搭高塔的競賽，形成了小組成員之間的競爭與合作。

在科學教學中，教師要引導學生了解相關任務的科學原理、工藝結構、發明歷史等，并引導學生動手操作，促進學生科學學習目標的深度達成。面對學生STEM實踐中的不確定因素，教師應當有足夠的心理防備，尊重學生的思維方式，由小到大、由大到小，從細節、全局等視角來考量。讓學生從對工程項目設計走向自主、自由、科學。

三、啟迪創新突破，從“約設計”到“越設計”

創新是科學STEM設計的靈魂，也是科學工程設計不斷前行的動力。在小學科學STEM課程設計過程中，教師不僅要規范學生的操作，更要引導學生以規范為準繩，讓學生在限定規則下進行自主性設計。“約設計”就是一種規范性的設計，這樣的設計能培育學生的科學精神、實踐能力。教師可以 在“約設計”的基礎之上引導學生進行“越設計”[3]，也就是引導學生“創新設計”，從而突破原有的思維、探究慣習。

比如“紙飛機”比賽，是小學生在課間展開的活動之一，也是小學科技活動中比較普遍的一個項目。對于“紙飛機”，比賽的焦點通常有兩個：其一是紙飛機的飛行距離，其二是紙飛機的飛行速度。在“造飛機”的過程中，一開始學生往往從紙飛機的紙質、放飛技巧等方面進行研究。就挑選紙的材料進行交流、研討。在引導學生認識了紙飛機的折法、環境因素也影響紙飛機的飛行距離和速度后，學生就有意識地研究放飛方法，研究怎樣的環境更適合試驗放飛飛機。在此基礎上，教師可以引導學生觀看飛機的制造創新歷史，讓學生認識到解決飛機飛行的動力是根本，也是關鍵，從而啟迪學生創新突破：從自然動力到用橡筋作為動力，從彈射飛機到電動飛機，我們引導學生的STEM課程學習不斷創新。通過啟迪學生創新、突破，讓學生研發、制造的飛機的飛行距離越來越遠，飛行的速度越來越快、飛行的時間越來越長、飛行的花樣越來越豐富等。在科學STEM課程開發的過程中，教師不是“無心插柳”，而應當是“有心為之”。在創新設計過程中，教師要引導學生開展有根據、有思考的設計、研發，進而讓學生進行有針對性、實效性的工程設計。在這個過程中，教師要引導學生聚焦問題、突破桎梏，并引導學生積極找尋STEM實踐方案，力避形式主義。通過STEM科學學習，培育學生真正的科學思維模式、設計模式、實踐模式等。

STEM理論視角下的小學科學教學，不僅要立足于學科立場，更要立足于學生的發展立場，要站在學生綜合素養、創新力發展的高度來實施。STEM理念下科學課程開發，真正落實了“學生中心”[4]，真正實現了科學學習從“他育”到“自育”的轉變。通過跨學科整合，更好地利用數學、科學、工程、技術等知識分析、解決問題。STEM科學課程研發促進了教師的專業發展，促進了學生科學綜合素養的提升。

參考文獻：

[1]董宏建，白敏.中國理工科STEM教育發展探究[J].現代教育技術，2016，26（7）.

[2]王旭卿.面向STEM教育的創客教育模式研究[J].中國電化教育，2015（8）.

[3]陳曉.基于STEM教育視角的小學科學課例分析[J].基礎教育研究，2017（13）.

[4]丁杰，蔡蘇，江豐光，等.科學、技術、工程與數學教育創新與跨學科研究——第二屆STEM國際教育大會述評[J].開放教育研究，2013，19（2）.

課題項目：江蘇省十三五規劃課題“基于兒童視角的鄉村小學STEM課程開發的研究”（XC-b/2020/24）