基于STEM理念的初中科學教學策略

伍海龍

STEM是Science、Technology、Engineering、Mathematics四個單詞的首字母，主要理念指的是將科學、技術、工程、數學四個方面的內容綜合搭建在一起開展教學的理念。將這一理念融合在初中科學教學中，旨在豐富學生的科學學習方式，推動學生綜合學習能力的提升?；诖?，初中科學教學可以首先從幫助學生搭建系統學習思維、提升學生搭建綜合學習能力、提升學生初中科學內驅力等方面出發，探究搭建以STEM理念為基礎的初中科學教學必要性，其次，從搭建教學情境、思維導圖搭建知識支架、模型推動教學、實驗實踐教學、拓展教學資源、搭建評價體系出發對初中科學教學策略進行闡釋。

一、基于STEM理念初中科學教學的必要性

（一）幫助學生搭建系統學習思維

基于STEM教學理念能夠幫助學生搭建系統學習思維。這一學習思維的搭建主要表現在初中科學基礎理論知識的分析、搭建信息技術學習認知、搭建實驗工程實踐的學習思維、推動數學邏輯思維四個方面。其中，初中科學基礎知識是開展STEM教學的基礎，能夠為學生搭建完整的初中科學思維提供幫助。而信息技術的應用能夠讓學生創新初中科學學習思維，這一思維主要包括結合多媒體、互聯網搜索、線上實驗、虛擬模型等信息技術幫助學生加深初中科學的理論知識認知。線上示范實驗和模擬實驗視頻為學生搭建了實驗步驟，引導學生完善實驗思維。實驗工程讓學生在現實課程實踐中為學生做示范，引導學生實踐，推動學生科學認知，能夠讓學生在實踐中了解實驗的詳細過程、注意事項和知識遷移。數學思維的搭建可以從秤的刻度、分析刻度原理等方面出發。邏輯思維、數學原理、知識應用也為學生量感的培養提供了幫助。

（二）提升學生搭建綜合學習能力

STEM理念是推動學生在初中科學中培養知識學習、遷移、抽象、創新、實踐、合作、交流等綜合能力的基礎科學教學理念。在新的理念引導下，學生的初中科學學習不再僅局限于課堂教學，而是能夠突破時空限制，從線上去學習個性化的內容。在初中科學應用題和實踐中培養初中生科學知識理論遷移應用能力。學生的抽象能力可以通過觀察教師準備的初中科學模型和自己實踐中初中科學理論知識模型中得到培養。在合作探討的過程中，學生會打破之前慣有的認知，在彼此交流中產生新的想法和認知。從某種程度上來說，學生將這種新的思維認知轉變為躬行實踐，他們的創新能力、合作能力、交流能力便可以得到有效發展。

（三）提升學生科學學習的內驅力

其實，STEM理念下的教學從新的角度來說是對初中科學教學的創新，這種創新改變了傳統教學中單一知識輸出、單一試題練習等枯燥無味的教學內容和教學形式，讓學生在一個框架知識比較完整的體系中有了新的體驗和感受。這些體驗主要包括線上和線下一體化、課內外完整聯系、實踐和理論融合等多元的內容，這些內容能夠讓學生逐漸搭建新的學習思維。此外，內驅力的提升也表現在新理念下個性化的教學。每個學生都能在自己的認知范圍內接受對應的知識，這些知識符合學生的科學學習基礎，能夠減輕學生因為能力不符而造成的學習壓力。情境化的教學為學生提供了形象的教學內容展現形式，為學生理解抽象的科學知識提供了幫助。

二、基于STEM理念的初中科學教學策略

（一）搭建STEM理念下的初中科學教學情境

學生的內驅力是初中科學課程有序開展的重要因素。因此，教師要探究能夠調動學生科學學習動力的合適的方法。情境教學作為必不可少的教學方式之一，一般用于導入教學階段或者幫助學生將抽象的知識轉化為形象的內容。STEM理念下，初中科學教學情境主要包括圖片、視頻、故事、生活化工具等。圖片情境主要是指包括科學教學內容的形象化展示，如漫畫、生活化圖片等。視頻情境主要是指結合科學教學內容的形象化的生活情境、實驗情境、短視頻、動畫視頻等。故事情境則是將科學知識故事化的，一般通過講解科學知識對應名人的故事進行。生活化工具主要是將與科學知識聯系在一起的工具直接展示在學生面前，幫助學生結合生活中日常相關內容進行詳細分析。以上多元化的教學方式能夠推動學生在情境教學中增強內驅力。

以浙教版七年級下冊第一章《代代相傳的生命》中的“植物的一生”內容為例，教師可以在STEM理念下搭建合適的初中科學教學情境。本節教學重點是引導學生了解植物的一生中的變化過程。以菜豆種子為例，教師展示種子原形、幼苗發芽、根系、長葉、結果、成熟的完整生長狀態圖片。其中每一個圖片應該標志日期，以此讓學生更加清晰地了解種子發芽的周期、所需溫度、水 、土壤等。這一情境能夠讓學生在知識的學習過程中形象了解植物的一生。結合這一過程，學生便能夠了解種子的萌芽發育、生長周期等科學知識內容。結合STEM教學理念，教師能夠在信息技術的指導下，為學生展示以上圖片中種子生長的詳細過程，包括種子什么時候從土里冒芽、長了幾片葉子、果實的大小變化等內容。在這一視頻情境中，學生能夠在初中科學與計算機、種子實驗工程融合教學中了解，植物生長檔案如何構建以及植物生長變化的主要特征。結合生活化情境，教師事先準備好自養植物種子實驗的盆栽，并詳細記錄種子發芽的高度和葉子數量等數據。如此，學生便能夠在真實的情境中了解植物生長變化知識對應的科學知識。

（二）利用導圖搭建STEM理念下的知識支架

STEM理念下的知識支架讓學生在預習知識和回顧復習知識的時候都能搭建更完整的知識體系。在完整體系的引領下，學生便可以為后續實踐的完成和落實做好準備。這一知識體系以初中科學知識為基礎，以網絡信息化的補充知識為要求，以科學知識的實驗工程步驟和注意事項為補充，以數學化的圖形和數據進行分析。而思維導圖的搭建能夠將這些知識聯系在一起，推動學生從知識學習、內化、實踐應用、反思出發。其中，知識體系的搭建主要從章、節和詳細知識點出發，在這些知識基礎上，學生便可以根據教師的教學信息內容搭建拓展思維體系。

以浙教版七年級下冊第三章《運動與力》為例，教師可以利用思維導圖搭建STEM理念下的初中科學理論知識支架。這一章節知識包括機械運動、力的存在、重力、牛頓第一定律、二力平衡的條件、 摩擦力、壓強等，因此，思維導圖的第一層為運動與力，而第二節包括以上小節基礎內容，第三層就可以從每一小節的知識出發。其中，機械運動下的第三字節為參照物、機械運動的分類、速度、速度公式的應用。力的存在下的字節包括力的作用效果、力的作用是相互的、力的測量、力的三要素、力的示意圖。重力的第三字節主要包括重力及其方向、大小。牛頓第一定律的第三字節主要包括牛頓第一定律、力和運動的關系、慣性。摩擦力的第三字節主要包括摩擦力的存在、影響摩擦力大小的因素、增大或減小摩擦的方法。壓強的第三字節包括壓力的作用效果、增加或減小壓強的方法、液體壓強。這些知識內容包括初中科學知識、數學公式和實驗知識。在這一知識支架下，學生便能夠搭建知識體系，這樣的知識體系能夠推動學生思維搭建、提升綜合學習能力。

（三）以合適的初中科學教學模型推動教學

初中科學教學模型是符合STEM理念要求的，能夠推動學生跨學科整合知識，也可以促進學生在這一過程中活躍思路，拓寬學習視野。教學模型能夠讓學生在理論知識的基礎上提升動手能力?；诖?，教師需要以合適的初中科學教學模型推動學生掌握綜合知識。了解知識基礎、設置問題引導、簡單設計教學模型、結合設計制作展示模型都是推動初中科學搭建、促進學生學習科學知識的有效方式。

以浙教版八年級上冊第四章《電路探秘》中的第1節“電荷和電流”為例，教師便能夠以STEM理念為基礎，結合教學內容，引導學生以合適的初中科學教學模型推動教學。結合之前搭建的科學理論知識，學生能夠了解到本節知識包括摩擦起電、電荷間的相互作用、電流與電路、電路圖的科學知識內容。從技術出發，在教師的引導下，學生搭建電流方向和電子運動方向的電子模型。這些模型能夠讓學生在線上了解電子移動方向和電流方向，幫助學生了解電源的正極和負極等科學知識。在實踐模型的制作中，學生從干電池、小燈泡開關、導線的線上模型準備資料設計教學模型方案，以這些方案為基礎，就可以制作出簡單的電路模型。接著，學生將模型展示在班級中，探究如何搭建電路，如注意電源的左端和正極。這些知識主要包括開燈和關燈的展示，以避免電路短路。這樣的模型教學能夠幫助學生發展實踐思維、提升綜合能力。

（四）開展STEM理念下的初中科學實驗

STEM理念中包括工程這一內容，而這一內容一般以實驗展示出來。實驗是又一個科學知識實踐化和綜合化的形象思維。此外，實驗教學還能夠讓學生在掌握科學知識的過程中喚醒知識網絡，并對這些內容進行深度思考。示范實驗、引導學生思考實驗步驟、學生實踐、實驗反思能夠推動STEM理念在初中科學實驗中的落實。

以浙教版八年級上冊第四章第5節“電壓的測量”為例，教師便可以開展STEM理念下的初中科學實驗，以推動學生掌握實驗內容。結合本節知識，教師可以利用銅片、稀硫酸、鋅片、電線、小燈泡等進行電池實驗步驟，這一步驟主要包括將一個銅片和一塊鋅片同時插入稀硫酸。結合教師示范，引導學生思考以下問題：

1.這一實驗包括哪些步驟？

2.結合這一實驗，你是否能夠進行水果電池使二極管發光實驗？

結合以上兩個問題，學生小組合作進行實驗。實驗步驟包括以下幾個方面：

1.準備材料：水果、銅片、鋅片、二極管、碳棒、二氧化錳、氯化銨、導線、剝線鉗等。

2.將水果切成兩部分，特別選擇酸度高的檸檬。

3.在水果中插入銅片和鋅片。

4.連接二極管。一個導線端口連接銅線，一個連接鋅片。

5.將幾塊水果電池連接起來，觀察二極管。

結合這一實驗，學生便能反思得出這一實驗與干電池原理之間的相似性。在實驗過程中，學生可以通過數學的統計圖等方式分析實驗數據，并通過拍攝視頻的方式完整記錄實驗步驟，為后續評價和反思提供依據。這樣的實驗教學方式便能夠讓學生在實驗過程中感受到科學知識，理解知識體系。

（五）拓展教學資源，促進學生知識遷移

科學知識所包含的內容是豐富多樣的。因此，僅僅局限于課內知識體系是完全不夠的，還需要拓展課外知識。拓展教學資源能夠推動學生知識遷移，激發學生思維和潛力。通過教材知識發散、課外線上搜索展示、生活化觀察的方法便能夠拓展教學資源。

以浙教版八年級上冊第二章《天氣與氣候》中的第5課“天氣預報”為例，教師便需要在STEM理念下拓展教學資源，以促進學生知識遷移。本課包括怎樣獲得天氣預報信息和天氣圖兩個部分。天氣預報的信息包括專業用語等綜合內容。以教材為基礎，學生自主搜索天氣預報視頻等內容，這些內容能夠讓學生了解不同城市的實際天氣預報知識。結合教材中的天氣情況，展示不同天氣圖的具體情況，學生便能夠從理論知識遷移到實際應用。此外，學生結合生活觀察了解天氣預報中等壓線、鋒等知識。接著，學生結合知識之間的聯系，對天氣預報與農業等內容拓展教學資源。通過課外習題，學生能夠了解我國的天氣，了解運用哪些方式獲得天氣預報。通過這樣的教學方式，學生便能夠在從理論到實踐、從知識到綜合、從課內到課外的知識中拓展初中科學資源，完成對科學知識的遷移應用。

結合以上豐富的學習方式，教師能夠搭建評價體系，推動學生綜合反思。這一過程結合學生的實踐、知識遷移、信息技術拓展等，給予學生科學反思。例如，結合學生的作業數據分析，教師便可以給予學生A以下評價：“根據線上作業數據老師了解到，你對天氣預報的鋒、天氣圖等知識的掌握非常好，但是對天氣圖的運用理解不足?！苯Y合教師評價，學生便能夠選擇合適的學習方式進行知識的遷移，落實STEM教學理念。

三、結語

綜上所述，以STEM理念為基礎開展初中科學教學是符合當下學生綜合性學習和全面發展的有效教學方式。這樣的教學方式不僅能夠讓學生在學習過程中了解初中科學理論知識，還能夠推動學生在綜合學習理念下強化學習思維，提升學習能力。基于此，教師首先要搭建STEM理念下初中科學教學情境，以調動學生學習的內驅力，其次要利用思維導圖搭建對應理念下的知識支架，再次以合適的初中科學教學模型推動教學實踐，拓展教學資源，以豐富學生的認知，最后搭建評價體系，推動學生綜合反思，最終促進學生科學素養的發展。