將STEM教育理念引入教學

◇戴碧容（福建：仙游縣實驗小學）

一、STEM教育理念對小學科學教學的要求

（一）設計工程挑戰項目

隨著課程改革的推進，出現了許多教學理念的變化。在小學科學教學中，教師關注本學科的教學課程標準改革的動向和趨勢至關重要。2022 年版課標強化了對STEM 教學理念的引入。按照這一要求，教師要針對學生的思維特征，探究工程設計挑戰項目。在課堂上，為了幫助學生進一步理解概念，教師和學生需要借助真實的場景設計，共同完成概念探討和實驗摸索，加強師生的實驗交流，學生小組共同完成實驗操作，改變以往教師口述、學生聽講的低效教學模式。在真實場景的設計過程中，教師首先需要向學生介紹問題背景，設置高難度的挑戰，接著準備材料、建立模型、公示教學目標，并安排學生小組明確各自任務，最終按照記錄單來檢驗設計的約束條件。

（二）基于項目化的課堂展開STEM學習

在STEM 教育理念下，對學生進行小學科學教育，需要展開以項目為主要索引方向的學習。在具體教學過程中，需要改變原始課堂的教師中心模式，結合項目主題內容開展豐富多彩的活動。在STEM 教育理念引導下，結合學生的基本特征，以學生為中心開展教學活動，實現多學科的融合教學。通過項目式教學，讓學生以課堂上的工程設計為基礎，在情景教學中深化對科學、技術、工程、數學等領域的認識，進一步培養批判性思維。

二、將STEM教育理念引入小學科學課堂

（一）運用STEM項目學習課堂模式

在STEM 教育理念引導下，在小學科學教學的過程中，首先需要利用主題項目來開展STEM 項目式教學。這種模式要求模糊定義學習任務，通過小組合作學習和教師的協助，實現多學科交融和豐富的動手實踐，最終通過小組合作得出更加明確的學習結果，提高多方面思維能力。首先，項目式教學要突出任務和現實生活的聯系，還要不斷驅動學生完成任務。任務需要有一定難度并體現科學、技術、工程、數學的相互配合。針對不同的教學內容，需要根據單一課程、主題單元和多學科的要求，進行知識內容的交流整合和學習概念圖的設計。在對教科版五年級科學“光”單元教學時，教師可以首先考慮從科學、技術、工程、數學四個方面去詮釋這部分內容。針對光這一內容，在技術領域主要研究光伏發電技術等；在數學領域帶領學生回顧利用直線、射線的知識；在工程方面研究光信息處理工程和遙感工程；最后回到科學領域，結合其他領域融合研究光的直線傳播、反射、散射、折射等知識。教師需要充分借助項目式教學流程，讓學生觀看視頻，思考光的特征，將學生分為幾個小組，為學生準備手電筒等道具，讓學生結合數學、技術、工程等知識思考光傳播規律并作答。在學生回答完畢后，以小組為單位進行思維導圖的建立，然后在教師帶領下進行總結。緊接著，教師可以繼續設置創新實踐情境，創設創新氛圍，讓學生探究發現反射、傳播和折射三種狀態的不同呈現。通過系統的思維導圖學習方法讓學生總結出規律，進而更好地促進學生深入學習。

（二）實驗教學融入STEM教育理念

在STEM 教育理念引導下，為了培養學生科學思維，需要提高學生的課堂參與感。實驗環節的情境設計十分關鍵，尤其針對一些較為抽象的規律，更需要融合科學、技術、工程、數學知識來提高學生的思維能力。在課堂實踐環節設置的過程中，不能太過跳躍，也不能過于功利地只針對知識點，而是要注重將知識點和日常實踐巧妙聯系，讓實驗能夠循序漸進地引發學生思考并揭示規律，同時還要注重核心素養的培養，層層深入、由易到難地理解知識點。在STEM 教育理念要求下，實驗教學要基于課本知識點，融合數學知識、技術常識和工程知識，要注重學生發言的積極性、思考的維度和表現的進步等方面，還可以安排學生間互評，實現相互監督。在《運動與力》一課中，開始先確定項目主題是機械運動，主要目標是讓學生充分認識各種類型的力，并列舉這些力在現實生活中的具體應用。接著可通過分析歸納力在STEM 教育理念中的具體體現，包含數學中的大小比較與加減乘除運算、工程問題中的靜力學分析和技術領域的彈簧器材應用等等，融合到各類力的學習中。教育可基于本節課內容開展實驗，實驗材料可以選取日常生活中的玩具小車。在科學領域認識重力、拉力、彈力和摩擦力以及分析拉力大小和小車運動速度的關系，基于這些問題安排學生記錄相關數據，并進行分析；在技術領域，讓學生運用所學知識進行科技產品的列舉和小車的安裝；在工程領域，鼓勵學生通過各種方式進行滑動，并讓學生合作，利用模型組裝小車；在數學領域，則讓學生結合彈簧測力計的特征，刻畫相關數據，并比較數據之間的線性相關關系。讓實驗充分融合STEM 教學的四大維度領域，全面提高學生的思維能力。

（三）反思教學過程實現科學評價

在STEM 教育理念中，教學評價十分重要。教師在課堂結束后，應該利用思維導圖和項目式教學的整體思路框架，從科學、技術、工程和數學四方面，及時總結和反思項目式教學的一些優點和不足，最終實現科學的評價。對不足的地方，積極去尋找更好的方法來彌補。這樣有利于教師根據實際情況及時調整，使思維導圖在項目式教學評價中發揮更大的作用。同時這種方式可以使學生加深對思維導圖的理解，通過學習和反思，多次重復，學生就能熟練利用思維導圖探究問題。這樣教師的項目式教學就是成功的。在對教科版六年級《電磁鐵》進行教學時，教師在最終評價時，依據思維導圖和項目主題進行電磁鐵實驗和理論教學的總結，并找出學生在數學數據分析、工程方面電磁鐵制作、技術方面利用磁鐵原理解決實際問題等等，以及科學領域分析討論磁鐵現象四大維度中存在的疑問，繼續總結和應用電磁鐵知識，并對重難點進行著重點評，讓學生對出現的問題留下深刻印象，便于下一次利用思維導圖展開項目式學習時獲得更高的效率。

（四）利用游戲充分融合學生日常生活

小學科學與中學科學不同，它的生活化氣息很濃，與日常的一些趣味游戲息息相關。教師在教學的過程中，若能靈活利用現實中的一些游戲，運用生活中的示例，不僅可以提高課堂趣味性，啟發學生思考，還可以提高學生學以致用的能力，進而發現學習的樂趣，在日常生活中主動思考。同時，教師可以通過游戲的方式，將抽象的概念和原理更加靈動風趣地呈現。再比如，在進行教科版六年級《形形色色的植物》教學時，可以安排學生討論日常生活中的植物，利用課前準備的植物，組織學生對植物進行觀賞和澆水，探討植物的基本特征，接著引導學生結合書本知識，深入觀察和了解植物，發現大部分花的構造。針對單性花的學習，要借助植物實物組織學生進行辨別，安排“辨認植物”的游戲，讓學生對單性花進行選擇。這樣學生就能更容易發現其中的不同之處，然后教師再進行綜合講解。

（五）開展合作化教學提高趣味性

STEM 教育理念十分強調師生合作和趣味性地開展教學。在小學科學活動中，有兩個方面十分重要：其一是教學生活化，教學內容來源于生活，又在生活情境中進行學習與體驗；二是教學游戲化，融合科學、技術、工程、數學四個領域，用游戲貫穿整個活動，符合學生年齡特點，讓他們在玩中學、在學中玩，真正落實“以游戲為基本活動”的教育宗旨。在五年級上冊“聲音”單元教學中，為了突破教學難點讓學生“初步感知聲音的產生和傳播”，可以設計“與身邊同學面對面講話”的環節。首先播放探索聲音傳播的視頻，并讓學生和教師共同進行聲音的實驗，探討聲音在固體、空氣中的傳播，詢問學生其中的規律，引導學生給出答案。在這個過程中，讓學生在情境中、實驗中，感知聲音傳播的大小和相對性，之后用“為什么固體傳播聲音更大？”這一問題，讓學生進行進一步驗證，完成小組間的合作實驗。

為了鞏固所學內容，還需要設計更多的合作化教學的小游戲。首先，在工程方面，可以讓學生在教室中，借助工具如喇叭等，觀察并說出聲音在教室中各個位置的傳播特點；接著從數學方面的方位知識入手，讓學生發現聲音隨著方向的改變傳播也會不同；然后貼在桌子上聽和站起來聽，讓學生比對聲音大小并拿出測試聲音大小的儀器，讓學生觀察數值；接下來通過科學知識的探索和技術的融合，進一步總結出聲音在固體傳播中更大；最后，組織學生在桌面上玩乒乓球，充分享受課堂樂趣，同時讓學生再次進行實驗，聽三種聲音，首先是自己在桌面上聽乒乓球的聲音，接著站起來用乒乓球敲打桌面再次聽聲音，最后聽身邊同學的乒乓球聲音。這樣既可以調動學生的積極性，又可以幫助他們鞏固、加深對重點知識的理解。用游戲的教學方式，能培養學生運用所學知識解決生活中實際問題的能力，體驗科學與生活的密切聯系。活動的最后，先讓學生用自己的話對今天所學內容進行小結，再用一個簡要的視頻結束活動。學生的發展存在個體差異，活動結束后，還是有學生不太理解聲音的傳播，所以教師可以讓學生在課下繼續進行乒乓球的辨音活動，讓學生在真實的生活中去感知和體驗。

三、結語

在STEM 教育理念引導下，小學科學的課堂教學不斷優化和改善，在減輕學生負擔的同時，努力提高課堂的學習效率。但從目前的狀況來看，還存在諸多問題，主要表現在：教師難以正確處理好減負和提效的平衡關系；給學生留下的自由空間不足；過分依賴課件，缺乏情境設計。為了提高課堂效率，可以對上述問題進行優化：在課堂教學中，聯系學生日常生活，提高課堂的趣味性，讓學生的學習更輕松歡快；提高課堂提問、作業、討論的質量；平衡減負和提效的關系；課件與交流討論相結合，拉近與學生的距離。除此以外，還需要注重對趣味科學游戲和信息技術的使用，在提高課堂趣味性的同時，也能夠從不同的方面培養學生的科學思維能力。