STEM理念下的初中科學課堂教學探究

王飛云

摘要：在初中科學課教學中，教師根據STEM理念展開教學實踐，對激發學生科學學習興趣，培養學生動手實踐能力，提高學生邏輯思維、創造力，以及分析解決問題的能力等都具有重要意義。文章從STEM理念與初中科學課程概述入手，指出STEM理念下的初中科學課程人才培養目標和意義，并從創設情境、激發學生學習興趣，實施任務、促使學生自主探究，拓展教學、引導學生應用知識，做好評價，培養學生綜合素養等方面，對STEM理念下的初中科學課程教學策略進行探究。

關鍵詞：STEM理念；初中教學；科學課程；教學策略

中圖分類號：G633.98文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2023）04-0101-04

初中科學是一門綜合性的理科課程，將STEM理念融入初中科學教學中已成為科學課程教學改革的重要內容。基于STEM理念展開的教育是一種融合科學、技術、工程、數學等學科的跨學科教育，它強調問題的真實性，強調以社會為中心的課程取向，強調從整體的角度認識和學習科學與技術、社會的密切聯系，這對提升科學課程的教育價值具有重要意義。因此，初中科學教師應結合課程改革要求優化教學設計，讓學生在實踐中實現科學、技術、工程、數學等素養的綜合提升。

一、STEM理念與初中科學課程概述

1.STEM理念的含義

STEM理念起源于美國，是跨學科融合的教育形式，包括科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）。STEM理念側重于培養學生的溝通協作能力、批判性思維、問題解決能力、創新能力等。

2.初中科學課程概述

科學課是初中階段培養學生科學素養的主要課程。根據新課標的要求，學生科學素養的培養內容主要包括：科學探究———科學知識與技能，科學態度———情感與價值觀，科學、技術、社會環境的關系。

二、STEM理念下的初中科學課程人才培養目標

初中科學課程的教學目標與STEM理念十分契合，將STEM理念融入初中科學課程教學有助于培養學生的科學精神，提升學生的科學素養。

（1）豐富學生的科學知識，培養學生的科學技能。通過STEM理念下科學課程的學習，學生能夠從理論層面上掌握科學、技術、工程、數學等相關知識，也能初步進行實踐探索，如完成數學建模、科學實驗、工程設計等，從而實現理論與實踐的融合。

（2）培養學生科學探究精神，提高學生工程設計能力。在進行STEM理念下科學課程教學時，教師應為學生提供科學探究的機會，并結合現代工程學的知識指導學生進行相應設計，以培養學生的科學精神，提高學生解決實際問題的能力，從而為學生以后的工科學習奠定基礎。

（3）激發學生創新意識，培養學生科學態度。在進行STEM理念下科學課程教學時，教師應調動學生對科學的好奇心和求知欲，讓學生對生活中的各種科學現象的發生原因、過程和條件產生探究熱情，并引導學生運用所學知識解釋生活現象、解決實際問題，以促進學生創新能力的發展。

（4）引導學生認識科學技術，培養學生知識應用能力。當前，科學技術已被充分運用到各行各業中，已成為人們創造美好生活的便捷“利器”。在科學課程教學中，教師應設法將科學技術、工程技術等與現實生活建立聯系，以激發學生利用科學技術解決現實問題的意識，鍛煉學生科學思維，提高學生運用科學知識的能力，同時也讓學生在科學技術的運用中充分認識人與社會、人與自然環境之間的關系。

三、初中科學課堂教學融入STEM理念的意義

在STEM理念指導下，教師通過合理設計教學活動，為學生提供了探究學習的機會，也豐富了學生在科學、技術、工程、數學等方面的知識，促進學生綜合素養的提升。

1.激發學生學習動機

從教學實踐來看，學生在STEM科學課堂上比在傳統科學課堂上表現得更為積極活躍。在STEM科學課堂上，學生能在教師的指導下相互討論、集思廣益，從而共同營造出輕松、有趣的課堂學習氛圍。而且，趣味科學活動、開放的實踐探究、豐富的科學知識，以及自由的團隊合作會讓學生產生強烈的學習興趣。在興趣的驅動下，學生會對科學知識產生強烈的好奇心，進而自主進行探究學習。由此可見，STEM理念對激發學生的內在學習動機有著積極作用。

2.培養學生動手能力

相較于傳統的科學課堂，在STEM科學課堂上，學生能獲得更多的自主思考和動手操作的機會，這有助于學生在嘗試過程中逐漸克服困難，提高動手能力。筆者通過觀察發現，在STEM理念下的科學課程教學中，學生可通過親自動手操作切實感知科學現象，體驗從難到易、從失敗到成功的科學探究過程，從而逐漸掌握實踐操作方法，并懂得動手實踐的重要性。

3.促進學生自主發展

STEM理念下的科學課程可以促使學生立足具體問題情境，根據教師提供的器材進行小組合作，從而有效探索出問題答案。在實際教學中，每個學生都可以圍繞問題積極表達自己的想法，與團隊成員進行討論和溝通，并通過理性分析、對比找到最佳方案，從而有效完成任務。這一過程可以促使學生以問題為導向展開深入探究，可以有效鍛煉學生自主分析問題、解決問題的能力，促進學生自主發展，從而為學生未來融入社會奠定基礎。

四、STEM理念下的初中科學課程教學策略

1.創設情境，激發學生學習興趣

興趣是引導學生進行科學探索的內在動力，在STEM理念下的初中科學課程教學中，教師可通過創設情境激發學生學習興趣。根據STEM理念的指導，在初中科學課程教學中，教師可圍繞教學目標創設現實情境，提出具有趣味性和啟發性的問題，以此激發學生對生活中科學現象的好奇心，促使學生對科學探究產生興趣，從而為學生綜合素養提升做好鋪墊。例如，在教學“杠桿”相關知識時，首先，教師可以為學生設計“自制簡易秤”的活動，并根據STEM理念確定如下教學目標。1）科學目標：利用杠桿平衡的原理，確定秤桿上提紐的位置。2）技術目標：利用簡易秤測量物體的重量，找出提高簡易秤精確度的方法。3）工程目標：結合簡易秤制作過程初步掌握工程方案的設計方法，了解桿秤的構造原理，提升實施工程方案的能力。4）數學目標：通過計算完善簡易秤的刻度，分析刻度設計的原理。其次，教師可以在上述目標的引導下，利用多種材料為學生構建學習情境。如教師可以利用歷史知識讓學生認識到人類社會早期對杠桿原理的運用，可以借助秤桿、秤盤、提繩、砝碼等出土文物加以佐證，以增強學生對測量工具重要性的認識。最后，教師可以讓學生觀察買賣過程中常用的桿秤，引導學生思考其中的原理。通過上述學習情境的創設，學生可以在當前電子秤廣泛應用的環境下，從歷史的角度了解桿秤的發展過程，并產生探究興趣。又如，在設計“制作花青素指示劑”科學活動時，教師可以先根據STEM理念設定如下學習目標。1）科學層面：要求學生能夠說出pH值所表示的意義，根據pH試紙原理檢測物質的酸堿性，能規范實驗操作，并做出簡單評價。2）技術層面：能夠找到保存花青素的有效方法，掌握制作花青素試紙的技術。3）工程層面：要求學生能夠對花青素試紙進行美化設計。4）數學層面：要求學生計算制作花青素試紙需要的濾紙數量，并滲透綠色環保理念。然后結合一些生活現象設計相關的學習情境，引導學生思考廚房中各種呈酸性或堿性的物質，并提出問題：如何判定廚房里物質的酸堿性？最后，在學生的互動討論中，教師進行點撥，引導學生利用植物中的花青素制作酸堿指示劑。由上述案例可以看出，教師可以根據STEM理念的指導設定教學目標，并圍繞目標構建教學情境，提出探究問題，然后在學生遇到困難時及時點撥，引出話題，以保證探究活動的有效開展。

2.設置任務，促使學生自主探究

設置任務是STEM理念下科學課堂教學的核心內容，學生對學習任務的探究結果在一定程度上決定了教學目標的實現情況。在STEM理念下的科學課程教學中，教師應明確課堂探究任務，明確自己的角色定位，并引導學生通過合作學習進行工程設計，以此有效培養學生的科學、技術、工程、數學等素養。例如，在教學“自制簡易秤”時，首先，教師可基于學生的探究活動提出問題，并引導學生對這些問題進行思考和討論。問題如下。1）你選擇了哪些材料制作簡易秤？為什么選擇這些材料？它們的用途是什么？2）簡易秤是不是我們科學課上所說的杠桿？如果是，是什么類型的杠桿？你的依據是什么？其次，教師可引導學生根據活動設計明確各種材料的用途，通過互動討論明確簡易秤中的杠桿原理，并進一步明確提紐的位置是杠桿支點，重物所懸掛的點是阻力點，秤砣懸掛的地方是動力點，再根據動力臂與阻力臂之間的比較確定簡易秤是省力杠桿。最后，教師可指導學生展開團隊合作，完成簡易秤的制作。簡易秤的制作過程主要包括以下幾方面內容。第一，在秤桿上掛上秤盤。取一根筷子作為秤桿，在塑料小圓盤的邊上均勻地打上三個小孔，再將棉線穿過這三個小孔作為秤盤，把秤盤上的棉線系到秤桿上，并用膠帶固定位置。在這一過程中，教師可提出問題：系秤盤時要注意什么？如果使用筷子作為秤桿，秤盤要系在哪一端？學生通過小組討論和不斷嘗試后答道：一方面，系秤盤時要注意保持重心的穩定，否則放在秤盤上的被測物體容易出現傾斜和滑落的問題。另一方面，由于筷子兩端的粗細不同，秤盤需要系在筷子較粗的一端，以保持秤桿的穩定。第二，在秤桿上掛上提紐。取一段棉線，將其系在秤桿上作為提紐，移動提紐靠近秤盤，以此找尋支點的位置，然后用膠帶固定位置。在這一過程中，教師可提出問題：如何選擇提紐的位置？提紐的位置對于桿秤的使用有什么影響？學生通過操作可以發現，提紐位置的選擇會影響秤桿和秤盤之間的平衡。教師可針對學生的這一發現，適時引入杠桿原理。通過教師的啟發和點撥，學生發現在簡易秤這個省力杠桿中，提紐的位置就是杠桿支點，提紐位置不同會帶來動力臂和阻力臂長短的不同，因此桿秤所稱量物體的重量就會受到影響，具體表現為：提紐位置越靠近秤盤，阻力臂越小，動力臂越大，杠桿就越省力，杠桿所稱的物體就越重。提紐的位置越遠離秤盤，阻力臂就越大，動力臂就越小，杠桿就越費力，所稱物體就越輕。第三，在秤桿上掛上秤砣，并在秤桿上確定0刻度。把螺母用棉線系上，掛到秤桿上作為秤砣，然后一只手拿提紐，一只手移動秤砣位置，直至桿秤保持平衡，再用鉛筆在此時秤砣棉線所在位置畫上0刻度。因為秤盤里未放置物體，所以此時確定的0刻度是去掉秤盤的重量。在這一環節，教師要提醒學生對0刻度的位置進行反復檢測，不斷精確，以提高簡易秤的精準度。第四，在秤桿上確定其他重量的刻度。在秤盤上放置一個5g的砝碼，拿住提紐，移動秤砣位置使桿秤再次保持平衡，用鉛筆在這個位置畫上刻度線并標注5，然后換上10g的砝碼，運用相同的方法在秤桿上畫上刻度10。其他刻度確定方法等同，最后用刻度尺量出二者之間的間隔并平分成5段，以此來確定每一克的位置。在這一環節，教師不僅要指導學生運用杠桿原理進行設計，還應運用數學知識進行探索，解釋計算的原理，精確計算，提高設計成果質量。在上述案例中，教師重點對學生的動手操作進行指導，讓學生一方面可以根據工程方案完成設計，另一方面可以學習、理解每一步驟中蘊含的科學知識，從而達到理論與實踐相結合的效果。教師除了采用這種循序漸進的方法指導學生學習，還可以通過設計實踐活動為學生設置探究任務。例如，在“制作花青素指示劑”的活動中，教師可以設計如下任務。1）提取酸堿指示劑———花青素。在活動中，教師可以為學生提供紫甘藍、黃色萬壽菊、串紅、粉色玫瑰花等花卉的花瓣，并為學生提供實驗探究方案，引導學生展開合作探究學習，以找出“酸能使溶液中的花青素變成什么顏色？堿能使溶液中的花青素變成什么顏色”問題的答案。2）對洗滌劑、肥皂水、純堿溶液、檸檬汁、食用醋、清水等進行酸堿測試，并將觀察到的現象以及花青素指示劑的原理填入事先準備好的表格中。在這一案例中，教師以兩個相對簡單的活動引導學生進行科學探究，為保證探究效果，教師為學生提供了實驗方案，引導學生通過動手操作探究其中的原理，完成學習任務。

3.拓展教學，引導學生遷移知識

在科學課堂上，在學生完成任務后，教師要指導學生對任務結果進行檢驗，以實現學生對相應理論知識的深入探究和靈活運用。在拓展應用階段，教師要在STEM理念的指導下，針對科學、技術、工程、數學等不同的學科提出問題，以提升學生的探究、應用等綜合素養。例如，在“自制簡易秤”的活動中，在學生完成制作后，教師可引導學生運用其測量不同砝碼的重量，以檢驗秤桿上刻度設計得是否準確。在這一過程中，教師可提出問題：秤桿的量程與什么有關？如何加大秤桿的量程？如何精確秤桿的刻度？在問題的驅動下，學生會進一步探究簡易秤中蘊含的杠桿原理，并通過動手操作調整秤桿上的支點、阻力點、動力點的位置，完成精確測量。又如，在“制作花青素指示劑”的活動中，教師可要求學生利用給出的材料和工具制作便攜式試紙。學生通過合作實驗，將圓形濾紙放置于潔凈的培養皿中，向濾紙上滴上適量的花青素提取液，充分浸濕圓形濾紙并風干，便形成了便于攜帶且使用方便的花青素試紙。然后，教師可以為學生提供廚房中的常見用品，并要求學生檢驗其酸堿性。在上述活動中，教師為學生拓展應用知識創造了條件，讓學生能夠運用科學知識檢驗實踐成果，也可以運用工程思維、數學方法優化成果，以生成新知，提升素養。

4.做好評價，培養學生綜合素養

教學評價是教學實踐中不可或缺的一個環節，客觀有效的評價不僅能檢驗學習活動的成果，還能作為實踐教學優化的依據促進師生反思。在STEM理念的指導下，教師構建初中科學課堂時應重視評價環節的設計，以充分發揮教學評價對教學的促進作用。例如，在“自制簡易秤”的活動中，教師可組織學生在小組內展開互評，評價各成員在活動中的表現。在小組互評中，每個小組成員都要對其他成員在制作簡易秤時的表現進行評價，并相互交流討論改進方案。教師則要根據STEM理念指導的目標要求對每個小組的整體學習情況進行教學判斷和評價。又如，在“制作花青素指示劑”的活動中，教師可以采用教師評價、小組互評、學生自評的方式對學生的學習結果進行綜合評價，并結合評價結果引導學生改進自己制作的花青素試紙。上述案例可以展現出教師對于評價主體和評價方式的選擇，即根據不同主體采取差異化的評價方式，以獲得更加客觀、準確的評價反饋。另外，教師還應在STEM理念指導下，結合課程要求優化教學評價標準，以此為教學改進提供有效參考。

五、結語

綜上所述，隨著教育改革的深入，STEM理念逐漸被融入到初中科學課程教學中，并對學生綜合素養培養起到了重要的作用。初中科學課教師要深入研究STEM理念，并在其指導下優化自己的教學設計，以調動學生的學習興趣，使學生在合作、探究、動手操作以及獨立思考中豐富科學知識、提高探索能力，實現科學、技術、工程、數學等綜合素養的提升。

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Exploration of Science Classroom Teaching in Junior Middle School under STEM Concept

Wang Feiyun

（Tangqi No. 3 Middle School， Linping District， Zhejiang Province， Hangzhou 310000， China）

Abstract： In the science teaching of junior middle school， teachers carry out teaching practice according to STEM concept， which is of great significance to stimulate students interest in scientific learning， cultivate students practical ability， improve students logical thinking， creativity， and ability to analyze and solve problems. Starting from the overview of STEM concept and junior middle school science curriculum， the article points out the goal and significance of junior middle school science curriculum talent training under STEM concept， and explores the teaching strategy of junior middle school science curriculum under STEM concept from the aspects of creating situations， stimulating students interest in learning， implementing tasks， promoting students independent inquiry， expanding teaching， guiding students to apply knowledge， doing well in evaluation， and cultivating students comprehensive quality.

Key words： STEMconcept；junior middle schoolteaching；sciencecourses； teachingstrategies