STEM教育理念在教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

〔摘 要〕 在小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中，STEM教育理念已經(jīng)逐漸得到廣泛應(yīng)用。本文旨在探索STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐研究，通過(guò)分析STEM教育理念及其在小學(xué)科學(xué)教育中的應(yīng)用價(jià)值，以案例分析、實(shí)證研究等方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其跨學(xué)科思維和問題解決能力，為小學(xué)科學(xué)教育注入新的活力。本文探討了STEM教育的具體實(shí)踐策略和效果，以期為小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和STEM教育的發(fā)展提供參考。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；STEM教育理念；教學(xué)設(shè)計(jì)；跨學(xué)科思維

〔中圖分類號(hào)〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 A 〔文章編號(hào)〕 1674-6317 （2024） 23 097-099

一、STEM教育

自20世紀(jì)80年代起，STEM教育理念逐漸嶄露頭角，至今已成為全球教育革新的重要方向。STEM即科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)四大學(xué)科的英文首字母縮寫，它代表著一種全新的跨學(xué)科教育模式。STEM教育理念不僅僅是四門學(xué)科的簡(jiǎn)單相加，更是強(qiáng)調(diào)它們之間的深度融合，以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力、創(chuàng)新思維和跨學(xué)科合作的精神。

STEM教育理念的核心理念在于打破傳統(tǒng)學(xué)科之間的壁壘，通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、問題解決等實(shí)踐性強(qiáng)的教學(xué)方式，讓學(xué)生在真實(shí)情境中探索、發(fā)現(xiàn)和學(xué)習(xí)。它鼓勵(lì)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考、像工程師一樣設(shè)計(jì)、像數(shù)學(xué)家一樣分析，從而全面提升他們的科學(xué)素養(yǎng)和技術(shù)能力。

在小學(xué)科學(xué)教育中，STEM教育理念的應(yīng)用價(jià)值尤為突出。小學(xué)科學(xué)課程本身就具有跨學(xué)科性，涉及物理、化學(xué)、地理、生物等多個(gè)學(xué)科。將STEM教育理念融入小學(xué)科學(xué)課程，不僅可以加深學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，還能培養(yǎng)他們運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。此外，STEM教育還能激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和批判性思維，為他們的終身學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

小學(xué)科學(xué)課程，作為基礎(chǔ)教育階段的重要組成部分，旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)其對(duì)自然世界的好奇心和探究欲。課程內(nèi)容廣泛，涵蓋物理、化學(xué)、生物學(xué)、地球與宇宙等多個(gè)領(lǐng)域，注重知識(shí)與技能的結(jié)合，以及科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)。然而，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，小學(xué)科學(xué)課程面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，由于傳統(tǒng)教育觀念的影響，科學(xué)課程往往被視為輔助學(xué)科，得不到足夠的重視；另一方面，教學(xué)資源的不均衡、教師專業(yè)素養(yǎng)的參差不齊、教學(xué)方法的單一等問題，也制約了科學(xué)課程的教學(xué)效果。這些因素共同導(dǎo)致小學(xué)科學(xué)課程在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的作用未能充分發(fā)揮。

小學(xué)科學(xué)課程與STEM教育理念之間還是存在天然的契合點(diǎn)。STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科學(xué)習(xí)、問題解決和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這與小學(xué)科學(xué)課程的目標(biāo)不謀而合；小學(xué)科學(xué)課程中的實(shí)驗(yàn)、探究和實(shí)踐活動(dòng)，為學(xué)生提供了親身體驗(yàn)科學(xué)的機(jī)會(huì)，這正是STEM教育所倡導(dǎo)的。因此，將STEM教育理念融入小學(xué)科學(xué)課程，有望解決當(dāng)前科學(xué)教育所面臨的問題，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

三、STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的特點(diǎn)

項(xiàng)目背景與設(shè)計(jì)：該校位于城市郊區(qū)，學(xué)生多數(shù)來(lái)自周邊社區(qū)，對(duì)科學(xué)知識(shí)和實(shí)踐操作有著濃厚的興趣。然而，傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)方式無(wú)法滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求，因此學(xué)校決定引入STEM教育理念，對(duì)現(xiàn)有科學(xué)課程進(jìn)行改造升級(jí)?！靶⌒」こ處煛表?xiàng)目，旨在通過(guò)模擬真實(shí)工程環(huán)境，讓學(xué)生以工程師的身份參與科學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施。項(xiàng)目?jī)?nèi)容圍繞環(huán)保、能源、交通等與學(xué)生生活息息相關(guān)的主題展開，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程：在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，教師首先將學(xué)生進(jìn)行分組，每組由不同學(xué)習(xí)背景和能力的學(xué)生組成，以保證團(tuán)隊(duì)的多樣性。接著，教師為每個(gè)小組分配一個(gè)具體的工程項(xiàng)目，如“設(shè)計(jì)并制作一個(gè)太陽(yáng)能小車”或“制作一個(gè)簡(jiǎn)易的凈水器”。在項(xiàng)目執(zhí)行階段，學(xué)生需要運(yùn)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，制訂詳細(xì)的實(shí)施計(jì)劃，并在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)踐操作。在這一過(guò)程中，學(xué)生不僅需要掌握相關(guān)的科學(xué)知識(shí)，還需要學(xué)習(xí)如何與他人合作、如何解決問題以及如何進(jìn)行批判性思考。此外，教師還可定期組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目展示和交流活動(dòng)，讓學(xué)生分享彼此的經(jīng)驗(yàn)和成果，從而培養(yǎng)他們的溝通能力和自信心。同時(shí)，教師還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生將項(xiàng)目成果應(yīng)用于實(shí)際生活中，以檢驗(yàn)其可行性和實(shí)用性。

項(xiàng)目效果與反思：經(jīng)過(guò)一學(xué)期的實(shí)施，“小小工程師”項(xiàng)目取得顯著的效果。學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力得到明顯提升，團(tuán)隊(duì)合作和問題解決能力也得到鍛煉。同時(shí)，學(xué)生對(duì)科學(xué)課程的興趣和參與度大幅提高。然而，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中也暴露出一些問題。

例如，部分學(xué)生在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作環(huán)節(jié)存在困難，需要更多的指導(dǎo)和幫助；另外，由于項(xiàng)目周期較長(zhǎng)，部分學(xué)生在項(xiàng)目后期出現(xiàn)了疲勞和懈怠的情況。針對(duì)這些問題，教師采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施。如加強(qiáng)對(duì)學(xué)生個(gè)體差異的關(guān)注，為不同層次的學(xué)生提供個(gè)性化的輔導(dǎo)；同時(shí)，調(diào)整項(xiàng)目周期和節(jié)奏，保持學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。

四、STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的方法

（一）問題引領(lǐng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

小學(xué)科學(xué)教學(xué)中STEM教育理念的應(yīng)用策略可以通過(guò)問題引領(lǐng)的方式，注重問題解決能力的培養(yǎng)。具體來(lái)說(shuō)，教師可以在教學(xué)中以問題為導(dǎo)向，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)其批判性思維和解決問題的能力。例如，在教學(xué)中可以提出一個(gè)“用氣球驅(qū)動(dòng)小車”的問題，引導(dǎo)學(xué)生探究與氣球驅(qū)動(dòng)小車的相關(guān)原理，以及氣球里的氣體噴出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和噴出方向相反的推力，這個(gè)力叫反沖力。反沖力越大，小車行駛得越遠(yuǎn)。通過(guò)這樣的問題引領(lǐng)，學(xué)生可以在探究過(guò)程中逐步理解氣球驅(qū)動(dòng)小車的原理，同時(shí)也能夠培養(yǎng)其解決問題的能力和創(chuàng)造力。因此，問題引領(lǐng)是一種有效的STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略，可以幫助學(xué)生發(fā)展批判性思維和提高解決問題的能力。

（二）合作探究，促進(jìn)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，可結(jié)合合作學(xué)習(xí)方法，通過(guò)小組活動(dòng)進(jìn)行問題探究和解決，讓學(xué)生在合作中互相協(xié)作、互相學(xué)習(xí)，共同完成任務(wù)。教師可以安排小組活動(dòng)，讓學(xué)生分工合作，共同完成探究項(xiàng)目。例如，在“用氣球驅(qū)動(dòng)小車”的過(guò)程中，可以將學(xué)生分為幾個(gè)小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)探究不同的因素，如反沖力等。然后再將各小組的探究結(jié)果進(jìn)行匯總和交流，讓學(xué)生彼此了解和補(bǔ)充對(duì)方的發(fā)現(xiàn)，最終完成對(duì)用氣球驅(qū)動(dòng)小車原理的全面解析。在這個(gè)過(guò)程中，教師可以扮演引導(dǎo)者和監(jiān)督者的角色，指導(dǎo)學(xué)生如何協(xié)作合作，保證學(xué)生在合作中的參與度和學(xué)習(xí)效果。此外，可以結(jié)合家庭作業(yè)的要求，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)互相討論來(lái)完成作業(yè)，增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)。

例如，在《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》的課堂教學(xué)中，教師可組織學(xué)生進(jìn)行“運(yùn)動(dòng)與摩擦力”的實(shí)驗(yàn)?zāi)M演示。該實(shí)驗(yàn)對(duì)于小學(xué)生來(lái)講具有一定的難度，所涉及的材料及步驟也相對(duì)煩瑣，同時(shí)需要學(xué)生將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及時(shí)記錄下來(lái)，利用分組實(shí)驗(yàn)法掌握知識(shí)內(nèi)容。通過(guò)這樣一個(gè)合作探究的過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)的提升，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。因此，通過(guò)合作學(xué)習(xí)的方式，可以讓學(xué)生在探究中共同分享知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)其協(xié)作能力和團(tuán)隊(duì)精神，促進(jìn)STEM教育理念的全面發(fā)展。

（三）強(qiáng)化實(shí)踐操作，培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力

STEM教育理念的核心在于通過(guò)實(shí)踐操作來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和問題解決能力。因此，在融合STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)課程時(shí)，需要注重實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和實(shí)施?？梢酝ㄟ^(guò)開展實(shí)驗(yàn)、制作、調(diào)查等多樣化的實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生親身參與科學(xué)問題的解決過(guò)程。例如，在學(xué)習(xí)“電路的連接”這一主題時(shí)，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行小組合作實(shí)驗(yàn)，讓他們親手搭建簡(jiǎn)單的電路并觀察電流的變化。通過(guò)這樣的實(shí)踐操作，學(xué)生不僅能夠深入理解電路的基本原理和連接方式，還能在實(shí)踐中培養(yǎng)動(dòng)手能力_{jINf/q65/G82s0Lkm45XQw==}和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。同時(shí)，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于日常生活中遇到的實(shí)際問題，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)和問題解決能力。

（四）選取生活化的學(xué)習(xí)材料

STEM教育理念重視通過(guò)生活化的學(xué)習(xí)材料激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和成就感。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，選擇生活化的學(xué)習(xí)材料有以下幾種方法。

關(guān)注學(xué)生的興趣：選取與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的話題，如生物多樣性、自然景觀、環(huán)境污染等，能夠引起學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

引入實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：將學(xué)生日常生活中遇到的問題或現(xiàn)象融入授課過(guò)程，幫助學(xué)生將理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，加深對(duì)知識(shí)的理解和記憶。

利用多媒體資源：生活化的材料不僅可以通過(guò)文本來(lái)呈現(xiàn)，還可以利用圖片、視頻、游戲等多種方式呈現(xiàn)，豐富學(xué)生學(xué)習(xí)資源，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力：通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)讓學(xué)生更好地理解概念和原理，例如通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察化學(xué)物質(zhì)的變化、種子發(fā)芽等。

強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科性：STEM課程不僅涉及科學(xué)領(lǐng)域，還涉及技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域。在選擇材料時(shí)，可以將多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)相互交融，幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用科學(xué)知識(shí)。

例如，在學(xué)習(xí)《種子發(fā)芽了》這節(jié)課時(shí)，教師可根據(jù)STEM教育理念設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的生活化材料幫助學(xué)生進(jìn)一步探索科學(xué)知識(shí)。教師可讓學(xué)生在課前尋找一些自己喜歡的花的種子，并在不同環(huán)境下種植，認(rèn)真觀察整個(gè)發(fā)芽的過(guò)程，使學(xué)生對(duì)種植發(fā)芽的環(huán)境有更深入的了解。

（五）開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

將STEM知識(shí)點(diǎn)融合至項(xiàng)目中開展教學(xué)，促使學(xué)生跨學(xué)科整合思考和合作完成任務(wù)。應(yīng)用STEM教育理念開展的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，可以采用以下步驟。

明確學(xué)生的興趣、能力和學(xué)科知識(shí)水平，確定項(xiàng)目主題，并制訂項(xiàng)目計(jì)劃。

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目研究和設(shè)計(jì)，搜集相關(guān)資料，制訂項(xiàng)目細(xì)節(jié)和實(shí)施方案。

組織學(xué)生分組實(shí)施項(xiàng)目工作，讓學(xué)生負(fù)責(zé)各自的具體任務(wù)。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，教師應(yīng)該給予必要的指導(dǎo)和幫助，確保學(xué)生逐漸獨(dú)立完成任務(wù)。

學(xué)生完成項(xiàng)目后，應(yīng)該進(jìn)行總結(jié)和評(píng)估，分析項(xiàng)目實(shí)施的情況、成果和不足，提出改進(jìn)方案和反思。

通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在實(shí)踐操作中掌握科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，增強(qiáng)科學(xué)思維和實(shí)踐能力，提高學(xué)生對(duì)于STEM領(lǐng)域的興趣和探索欲望。

STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的深度融合，能啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，使學(xué)生能夠結(jié)合所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際生活中的科學(xué)問題，學(xué)以致用，得到更加全面的發(fā)展。通過(guò)實(shí)施跨學(xué)科教學(xué)策略、創(chuàng)新教學(xué)方法及強(qiáng)化實(shí)踐操作，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力得到顯著提升。展望未來(lái)，教師應(yīng)繼續(xù)深化STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)課程中的應(yīng)用，為培養(yǎng)新時(shí)代的科技人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

【本文系建甌市2022年度教育科研立項(xiàng)課題“STEM在小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究”階段研究成果，課題立項(xiàng)批準(zhǔn)號(hào)B22002】

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