設計“做一頂帽子”的STEM教學活動

〔摘" "要〕" 當前小學科學課堂教學存在諸多問題，尤其是過分注重理論知識的傳授而缺少對學生實踐能力的培養。而新課標對小學科學教學方式提出更高要求，更加注重對學生工程思維與創新能力的培養。教師若能在小學科學教學中滲透STEM理念，創建與STEM相關的科學實踐活動，則有利于提高小學科學課堂教學的質效，進而提升學生的科學能力素養。本文以“做一頂帽子”活動為例，就STEM在小學科學教學的呈現形式、實踐意義及應用流程進行探析，并對STEM項目式學習進行反思，為STEM理念改善科學課例教學提供一個參考方向。

〔關鍵詞〕" 小學科學；STEM；教學；實踐

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2024）" 20" " 076-078

小學科學課堂教學是培養學生創新思維的重要載體。但小學科學課堂仍存在過分注重理論知識的灌輸而忽視實踐能力的培養等問題。2022年版《義務教育科學課程標準》首次提出小學科學跨學科概念，對課堂教學方式有了更新的要求。 新課標要求小學科學教師應創建豐富的科學教育活動，促使學生從多重角度出發，結合不同學科的知識原理進行高效的跨學科學習。而STEM教育理念強調小學科學跨學科綜合性的特點，對于該學科的課堂實踐教學提出更新的要求。教師需要更加注重培養學生的創新思維和綜合實踐能力，從而使其逐漸形成較強的科學綜合素養。新課程標準與STEM教育理念相契合，這就要求跨學科教學的設計與實施需要在課堂教學過程中不斷構建。因此，在新課標指導下，教師應努力找準小學科學課堂教學與STEM教育相融合的生長點，用STEM理念為小學科學課例開發研究賦能。

一、STEM在小學科學課堂的呈現形式

在我國小學科學課堂教學中廣泛應用STEM教育理念，各個地區對其應用和探討存在一定的差異，但其呈現出來的表現形式主要有以下三種：

一是創建問題情境。教師在實際教學過程中，帶著相關目的創建具有問題情境的真實場景，增強學生參與教學活動的體驗，從而幫助學生深刻理解教材的內容，促進他們科學素養能力的發展。

二是項目式學習。教師通過規劃驅動任務，將學生作為項目式學習和操作的主體，把學習知識和解決問題有機結合起來，實現某個目標或解決某個問題。教師作為引導者，根據項目情況給學生提供適切的學習支架，促使學生知識遷移，高效地完成項目任務。

三是工程設計學習。工程設計主要是依據工程的要求，全面分析和探討工程設計中涉及的相關技術、工藝參數、經濟支持等條件之后，編制與之相符合的技術文件。對于工程設計學習，教師應結合教材內容，將課堂所涉及的相關科學知識或方法，通過有效構建，制訂相匹配的教學方案，靈活地開展與之相關聯的學習活動。

二、STEM在小學科學課堂教學的意義

STEM教育理念應用于科學課堂教學，可使課堂更富有趣味性、學生的參與度更高。學生在實踐中學會自主思考，有利于激發學生的創新靈感。教師巧妙地應用STEM創建多樣化的科學活動，促使學生結合多學科知識進行跨學科學習，有意識地培養學生的跨學科探究意識，進而鍛煉學生的動手實踐能力。因此，教師若能借鑒優秀的STEM教學案例，合理設計課程活動流程，對于小學科學課堂教學具有以下實踐價值。

（一）體現新課程標準的要求

傳統的小學科學教學多數以教師講授為主，教學活動缺少學生的探究過程。新課程標準指出，小學科學是一門綜合性較強的學科，具有很強的實踐操作性。課堂教學要以學生為主體，發揮學生的主觀能動性。而STEM教育是一種新型的教學模式，要求引導學生進行實驗探究活動，增強學生參與探究的體驗感，進而提升學生的探究能力。這與新課程標準的要求不謀而合，很好地順應了新課標的發展趨勢。

（二）增強學生的合作意識

在教學過程中，教師通過整合STEM教學應用模式，創設有目的的情境，采用任務驅動，引導學生通過小組合作的方式，不斷交流討論，碰撞思維的火花，運用所學的科學知識解決實際問題，進而增強學生的合作意識，提升學生自主探索的能力，逐漸形成良好的科學素養。

（三）提升教師的專業素養與能力

課堂教學是否高效與教師的專業素養與能力息息相關。傳統的教學理念與模式，極大地限制了科學課堂的有效開展。STEM理念提倡在教學過程中有效融合多學科教學，這就無形中鞭策教師不斷更新教學理念，努力突破自身存在的短板。教師除了要不斷提高自身科學專業知識以外，還要不斷創新教學手段，優化教學過程，提升教學實踐能力，進而提升專業素養。

三、STEM在小學科學課例教學中的應用流程

STEM 理念下的教學設計是依據建構主義學習理論的一種教學實踐，需要創設真實的學習環境，在課堂實踐中不斷吸收新的知識并有效消化，從而促進知識的應用。以小組合作的方式來進行項目式學習，更有利于項目的整合與優化。在項目設計過程中，教師應明確整個項目流程以及每個環節的具體教學內容，通過清晰的流程設計更好地開展教學活動，具體包括創設問題情境、開展項目探究、小組交流討論、修正優化方案和多元有效評價五個階段。下面以教科版二年級上冊“做一頂帽子”項目活動為例。

（一）創設問題情境，激發創新靈感

小學生雖有著濃厚的科學興趣，具有較豐富的科學知識儲備，但實際的科學課堂缺少動手實踐的環節，學生操作能力欠佳。而在STEM理念下，教師應當在課堂教學中提出有效的科學問題，創設形式多樣的體驗情境，激發學生積極地思考，在實踐過程中培養學生創造性發散思維。

教師在教學目標設計時，要體現不同學科在本課教學活動中的具體學習目標（如表），然后向學生提出相關的科學問題：（1）你知道生活中常見的材料有哪些？材料有哪些性能與用途？（2）如何選用合適的材料設計制作一頂帽子？同時鼓勵學生對于問題大膽發表自己的見解。教師拋出問題之后，激起學生的好奇心與思考欲，促使學生積極地融入課堂，為后續探究活動的開展做好鋪墊。

（二）明確項目任務，開展制作探究

小學生對科學知識的理解大多停留在表面，很少有學生能用所學知識恰如其分地解釋生活中的科學現象。STEM理念提倡教師在教學過程中，引導學生積極參與活動中去，動手設計實驗方案，并開展制作，進而使學生在具體的實踐操作中真正掌握科學知識，培養其設計實驗的能力。

在制作帽子前，教師應當先讓學生充分了解不同材料的性能與用途，知道不同材料能制作出功能、造型各異的帽子。在明確任務后，根據實驗要求，分小組合作制訂實驗方案，自主設計帽子草圖，動手制作材質、形狀、大小等不同的帽子模型。引導學生在制作過程中，認真觀察，用心記錄，對比制作出帽子的不同效果。學生親自參與整個設計制作的過程，是學生運用工程設計思想解決問題的過程。

（三）提出問題推測，小組交流討論

新課程標準要求學生敢于提出問題，大膽推測，對實驗現象與結果進行有效交流與討論。因此，教師在學生實驗過程中，要適時引導學生提出問題，在實驗結束后無須馬上揭曉最終結果，而應組織學生通過小組合作的方式進行思維碰撞，集思廣益，收集組員的意見和看法。

教師在實驗過程中，要適時引導，由扶到放，實時關注學生的實驗過程。實驗結束時，不必急于給出結果，應組織學生在小組內，對不同材質、形狀、大小的帽子進行對比分析，并記錄小組的合作成果。最后，每個小組派一名代表展示本組作品，并對制作流程及效果進行詳細闡述。其他小組在認真聽取匯報的同時，也可積極提問，發表自己的意見。通過分小組合作的方式，能增強學生的團隊協作意識及表達交流能力。

（四）不斷評估修正，得出最優方案

科學課堂活動中應以學生為主體，讓學生多動手動腦、親自參與實驗探究的過程。STEM理念提出“提出問題—設計方案—實施計劃—評估修正—再次實施”的工程技術流程，且實施與修正環節可進行多次，直至得出最優化的方案。

學生親歷了“選擇做什么樣的帽子—分析帽子的制作材料與方法—動手制作帽子—測試優化制作方案—展示小組作品”這一完整的體驗過程。在作品展示交流環節中，通過汲取各小組有效的意見，不斷修正改進設計方案，力求用最經濟環保的材料，實現做一頂既實用又美觀的帽子這一目標。

（五）多元有效評價，促進知識遷移

傳統的小學科學課堂片面地注重實驗結果，而忽視了對實驗過程的評價。STEM提倡多元有效性評價，既要注重創造力的評價，也要關注學生過程性和表現性的評價，還要鼓勵學生自我反思，注重知識的拓展延伸，學會利用科學理論知識分析并解決實際問題，學以致用。

應用STEM評價體系，結合工程、技術和數學領域方面的內容，將各小組的評價標準細化到材料是否環保、成本、穩固性及制作可行性等方面，來綜合評價誰做的帽子最實用。評價后引導學生進行知識遷移，利用本課學習的工程思維解決生活中遇到的類似問題。

四、STEM教學設計實施后的反思

STEM項目實施是學生利用所學的相關理論知識解決具體的工程技術問題。通過“做一頂帽子”項目式學習活動的設計與實施，總結反思如下。

（一）STEM教學設計無須強調完全整合

在實際的工程設計過程中，可能與學科內容不完全一致，也沒有全部涉及STEM相關四門學科的知識。因此，設計STEM課程時，并不是四門學科的知識都要兼顧。

（二）STEM教學切忌預設方案

教師在STEM課堂上應創設具有啟發性的問題，引導學生在課堂上大膽提問與發言，整個課堂應該是開放的。學生積極主動參與實踐探究活動，在解決實際問題過程中，挖掘學生的發散思維，進一步發展學生的個性。

（三）像科學家和工程師一樣思考

STEM課堂上，教師應引導學生像科學家、工程師那樣，經歷“提出問題—設計方案—實施計劃—測試優化—溝通反思”的一系列過程。

科學新課程標準倡導將STEM教育理念融入課例教學實踐，特別要在1～2年級科學課堂上巧妙應用STEM教學模式，開展項目式學習，引入工程化流程，培養學生動手實踐能力和創新思維能力。本課將STEM理念與設計型教學模式融合，構建了STEM理念下小學科學設計型教學模式，提高了學生學習科學、探究科學、應用科學的興趣與動機，培養學生工程化思維模式。因此，作為一線小學科學教師，應當以教材為依托，不斷開發STEM跨學科實踐課程，啟發學生今后遇到問題的時候，也能自主規劃、設計實施、探索反思，使STEM課程教學成為培養學生應用科學能力的重要載體。

【本文系建甌市2022年度教育科研立項課題“STEM在小學科學教學設計中的應用研究”階段研究成果，課題立項批準號B22002】

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