踐行STEM教育理念面臨的挑戰

王文啟

〔摘? ? 要〕? STEM教育是跨學科的整合，融科學、技術、工程、數學于一體。《義務教育科學課程標準（2022年版）》指出：小學科學致力于培養學生的核心素養及科學探究能力。將STEM教育理念融入小學科學教學，有助于促進學生科學素養的全面發展。本文通過小學科學教育中STEM教育理念的實踐研究，嘗試分析小學科學教學應用STEM教育理念的現狀、價值所在和未來挑戰，并有針對性地提出了小學科學教學中STEM教育理念的應用策略。

〔關鍵詞〕? 小學科學；STEM教育理念；踐行

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 02? ? 070-072

STEM教育以學生為中心、以工程設計為主導、以任務驅動的方式實施教育，教學過程中注重創設教學情境解決實際問題，非常有利于學生科學素養的培養和解決實際問題能力的提高。如果將STEM教育和小學科學教學有機結合起來，加強小學科學教學中STEM教育理念的應用，將有助于培養學生的科學探索精神，提高學生分析問題、解決問題的能力。

一、STEM教育與小學科學教學的現狀

（一）STEM教育概述

STEM教育，是融科學、技術、工程、數學四門學科知識于一體，強調多學科知識整合應用的一種教學方式。其中，“科學”指科學素養，即應用科學知識認識世界發展規律的能力；“技術”指技術素養，即應用各種操作技術解決實際生活問題的能力；“工程”指工程素養，即工程技術開發和設計的能力；“數學”指數學素養，即解決數學問題過程中的思維能力。

STEM教育的主要特點體現在以下幾個方面：一是開放性。STEM教育弱化了相關知識內容記憶部分，強化了運用相關知識解決實際問題的能力，有助于引導學生實現從知識向能力的轉化。二是綜合性。STEM教育融科學、技術、工程、數學于一體，實現了相關學科知識的整合，將原本分散的知識按照課程邏輯重新架構，形成了一個有機整體。三是實踐性。STEM教育理念旨在提高學生解決實際問題的能力，而不單單是學會具體的知識，所以，非常強調要讓學生在實踐活動中學習新知識，掌握新技能。四是豐富性。STEM教育實現了不同學科的交叉聯系，豐富了教學的層次和深度，從而為不同能力和素質水平的學生提供了多元化的目標追求。

（二）小學科學教學的現狀

小學科學課程主要是通過探究式學習，幫助學生端正科學態度、學習科學知識、掌握科學方法，并實現提高學生科學素養的目的。通過小學科學課程的教學，可以最大限度地為每一位學生提供公平的學習機會，滿足不同背景學生學習科學的需要，并培養學生的科學探究精神及科學實踐能力，促進學生核心素養的發展。

從目前來看，小學科學課程資源開發和利用程度還不到位，與西方發達國家相比，還存在比較大的差距。之所以會出現這種情況，關鍵原因在于教育模式和教育理念的落后。教師在枯燥的課堂上講授抽象的科學知識，會在一定程度上削弱學生學習科學知識的積極性。因此，為了進一步促進小學科學課程資源的開發和利用，有必要引入先進的STEM教育理念，改革創新小學科學教學模式。把STEM教育理念應用到小學科學教學中，是小學科學課程教學改革創新的有益探索。

二、STEM教育理念在小學科學教學中的價值體現

STEM教育與小學科學課程都強調實踐性，教學過程中強調動手實驗、調查研究、小組合作學習等教學實踐活動。這些特點為STEM教育理念在小學科學教學的應用提供了有利的條件，其價值主要體現在以下幾方面。

（一）有助于激發學生對科學的學習興趣

在小學階段，學生相對年紀較小，剛開始對科學產生認知，學生學習科學的興趣培養尤顯重要。而如果小學科學教學大多采用教師講、學生聽的固有教學模式，容易使學生對科學課程產生枯燥、乏味的印象，不利于其學習興趣的培養。STEM教育理念注重在教學過程中融入學生感興趣的元素，利用科技、動畫甚至游戲來激發學生學習的動力。將STEM教育理念有機融入小學科學教學，更有利于激發學生學習科學的興趣，培養學生熱愛科學的思想情感，使學生在解決問題時由被動地聽教師講，轉變為產生自主探究的渴望與學習動力。

教師請兩組學生來做這個游戲，Ａ組學生模擬物質“微粒”，緊挨在一起站立。Ｂ組同學手拉手盡量緊地將Ａ組同學圍在中間。

教師發號施令：“物體熱起來了，請Ａ組同學走動起來，讓‘微粒’加速運動起來。”

隨著Ａ組學生的走動，Ｂ組學生不得不擴大圍起來的圈子，給Ａ組學生提供運動的空間，這正模擬了“微粒”運動加速物質膨脹的原理。

教師再發號施令：“物體溫度更高了，‘微粒’高速運動，請Ａ組同學盡情快樂舞動起來，跳吧，歡樂地跳起舞吧！”

Ａ組學生個個興高采烈地扭動起來，在歡樂的氛圍中，Ｂ組學生不得不拉直了雙手給A組學生提供盡可能大的空間。學生在氣氛歡樂的情境表演中非常直觀地探究了“熱脹冷縮”的原理。

（二）有助于提高學生解決實際問題的能力

STEM教育以任務驅動方式實施教育，注重引導學生自主發現問題后開展探索式研究性學習，在實踐中探究解決問題的途徑，并且在研究過程中利用多門學科知識，綜合分析和解決實際問題，促進學生溝通、合作、組織、發散性思維能力、綜合能力得到發展。因此，在小學科學教學中融入STEM教育理念，有助于培養學生的綜合能力，提高學生綜合應用知識技能解決實際問題的能力。

例如，教學《用紙造一座橋》，為提高學生學習動力，教師可以設計一次“紙橋”制作的比賽，比一比哪個小組造的“紙橋”承重力最好。學生需要分小組合作，應用學過的物理原理認真研討“紙橋”造型上采用哪些形狀能提高承重力。為達到一定的跨度要求，學生要應用數學知識，還要應用美術繪圖技巧畫出設計圖。然后，再根據設計方案圖紙，動手用紙張來制作構件，分工合作制作出拱形橋、雙層瓦楞橋、紙管板橋等。所以，“紙橋”看似簡單，而其中包含科技、工程技術以及數學甚至美術知識。在任務驅動下，學生串聯了各學科知識，不僅造出了形態美觀而且能夠承載較大重量的“紙橋”，更鍛煉了他們綜合應用所學知識解決實際問題的能力。

（三）有助于培養學生的科學探究精神

無論是小學科學課程，還是STEM教育，其教學目的都是培養學生的科學探究精神。而STEM教育理念更加注重以項目式學習以及問題解決為導向的課堂學習方式，更加注重學生解決問題的方法。讓學生在自主發現問題后，利用科學、技術、工程和數學等知識一步步地解決問題，并采用理性的方法來驗證解決效果。從而不斷提高學生的觀察能力、動手能力，最終實現培養學生科學探究精神的目的。

例如，《擺的快慢》教學，教師可以引導學生大膽猜測，擺的快慢與哪些因素可能有關聯？并根據自己掌握的知識經驗大膽猜測這些因素如何影響擺的快慢，寫下自己的猜測，小組合作實驗驗證自己的猜測，通過實驗數據分析影響擺的快慢的因素并得出結論。物理學家牛頓說過：沒有大膽的猜測就沒有偉大的發現。猜測、實驗驗證的科學探究方法，有利于發展學生的思維，培養學生的科學探究精神。

三、小學科學教學踐行STEM教育理念面臨的挑戰

STEM教育理念與小學科學教學的融合，能夠有效地轉變應試教育模式下“重知識、輕能力”的狀況。但是，實現STEM教育理念與小學科學教學的融合也面臨著諸多挑戰，主要體現在以下幾方面。

一是師資力量匱乏。應該看到，我國現有教師資源大多是在傳統教育模式下培養出來的，甚至許多學校科學課都是其他學科教師兼任的。再加上STEM教育理念引入我國實施的時間比較短，有能力進行STEM教育實踐的教師數量非常有限，師資力量相對匱乏。

二是課程支持不足。STEM教育注重解決實際問題，教學過程以任務驅動方式進行，現有相關支持STEM課程的教材比較少，相關試驗環境比較有限，而鑒于國情不同，直接采用國外相關教材也并不完全合適。

三是教學手段單一、模式僵化。STEM教育理念強調以學生為中心，但受傳統教學理念的影響和束縛，很多科學教師在教學過程中仍舊以教為主，更有甚者，臨近考試時，要求學生死記硬背。教學手段單一、教學模式僵化，忽視學生自主探究能力的培養，因而產生教學效果差、學生喪失學習興趣等問題。

以上問題的存在，在一定程度上影響和制約了小學科學教學中STEM教育理念應用的改革步伐。

四、小學科學教學踐行STEM教育理念的方法

（一）加強對教師的培養

要在小學教育階段有效開展STEM教育，關鍵在于要有充足的師資力量。從這個角度看，要實現小學科學教學中對STEM教育理念的應用，首先就需要加強對教師的培養力度。筆者認為，可以從以下幾個方面著手。一是教育管理部門要制定STEM課程教師資格認證制度，確保相應的上崗教師的教學能力能夠實現教學的基本要求；二是學校要針對STEM教育的要求制訂相應的教師培養方案，讓單科教師掌握STEM教育理念的綜合知識體系，提升跨學科教學能力；三是教師要樹立STEM教育理念，勇于沖破傳統教育模式的束縛，不斷推進課程教學創新，成為STEM教育理念的實踐者。

（二）優化小學科學課程的教學目標

盡管小學科學課程與STEM教育的教學目的都是培養學生的科學探究精神，但相較而言，STEM教育理念強調知識和技能的應用。從這個角度看，還需要持續優化小學科學課程的教學目標。

為此，可以從以下幾個方面著手。一是教學過程中要以任務項目為導向。在具體教學實踐中，教師不應再以具體的知識講授為教學重點，而應以具體的任務項目為中心，讓學生在實踐中學習知識。二是注重任務項目的實踐性。STEM教育理念強調解決實際問題，因此，在具體教學實踐中，相關任務項目的設計，要注重實踐性，強調貼近生活實際，以便更好地激發學生的學習興趣。三是建立科學的教學評價體系。STEM教育的重點是培養學生解決實際問題的能力，因此，傳統的教學評價方式不再適用，這就需要建立科學的教學評價體系，對教師的教學效果進行科學評價。

（三）創新小學科學教學方式

STEM教育理念強調在教學過程中通過學生自主探究來解決實際問題，從這個角度看，要實現STEM教育理念與小學科學教學的有機結合，還應積極創新教學方式和手段。具體而言，可以從以下幾個方面著手。一是增加可行的科學實驗。通過增加科學實驗，既可以讓學生通過自己動手來加強對相關科學知識的理解和記憶，也可以培養學生的動手能力和探究精神。二是學科之間的相互融合。很多實際問題都涉及多門學科的相關知識，因此，在教學過程中，教師要有意識地將科學、技術、工程和數學等多門學科的相關知識融合在一起，從而更有利于學生理解。三是運用學生身邊的資源進行教學。教師在教學過程中要拓寬思路，有意識地運用學生身邊的教學資源，這樣，既能激發學生的好奇心，也能調動學生的積極性和主動性，還有利于培養學生的觀察能力。

科技是第一生產力，國家的發展與國家的科技水平密切相關。從這個角度出發，將STEM教育與小學科學教學有機結合起來，在小學科學教學中踐行STEM教育理念，更有利于培養學生的科學探索精神，提高學生分析問題、解決問題的能力，培養實施科技強國戰略的新生力量，這正是科學教育的使命所在。

參考文獻

[1]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究，2015（4）：13-22.

[2]田曉妍.STEM教育與小學科學課程資源整合的必要性[J].學苑教育，2017（16）：90.