融入STEM教育理念的小學科學實踐研究

【摘 要】文章以STEM教育理念為基礎，將科學教育與實踐活動相結合，探索在科學課程中融入工程、技術、數(shù)學等跨學科知識的教學方式。研究發(fā)現(xiàn)，STEM教育有助于改變課程結構，促進教育改革，拓寬教師視野，同時能夠發(fā)散學生思維，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

【關鍵詞】STEM 小學科學 實踐研究

一、STEM的概念與背景

（一）STEM的概念

STEM代表科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）這四個領域的英文縮寫。STEM教育是一個跨學科的整體，它融合了多門學科的知識和過程，它并不僅僅是科學、技術、工程和數(shù)學素養(yǎng)的簡單結合，而是把這些學科的知識和過程整合起來，以探究世界中相互關聯(lián)的不同方面。

在課程實施方面，新課程改革改變了以往重視被動學習、機械記憶和死板練習的方式，倡導學生積極參與、熱愛探究和勤于實踐，以培養(yǎng)學生搜集和處理信息、獲取新知識、分析和解決問題，以及進行有效交流和合作的能力。STEM課程將四門學科進行融合，讓學生親自動手嘗試，運用多門學科的知識解決生活中的實際問題，很好地落實了新課程改革的要求。

（二）STEM的背景

STEM打破各學科之間原有的界限，將它們融為一體，促使學生綜合運用多門學科的知識來解決一個共同問題。教育部發(fā)布的《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中特別強調了充分利用信息技術來推動“眾創(chuàng)空間”的建設，同時提出了將STEAM教育作為新型教育方式。這是STEM教育的進階版本，其中加入了藝術（Art）。這種教育方式有助于學習者提高對信息的認識和創(chuàng)新能力。STEAM教育不僅涵蓋了科學、技術、工程和數(shù)學的知識，還注重藝術方面的培養(yǎng)，使學習者的視野更加開闊、更具創(chuàng)造力。

二、STEM教育的優(yōu)勢

（一）改變課程結構，促進教育改革

新課程改革強調改變課程的結構，要適應時代發(fā)展的要求和不同地區(qū)的學生及其發(fā)展的要求，要體現(xiàn)課程設置的科學性、均衡性、綜合性和選擇性。而STEM課程的設置就很好地體現(xiàn)了新課程改革所提出的要求，特別指出了一種跨學科的教學和學習方法的形成，綜合了科學、技術、工程、數(shù)學四門學科的知識，改變了以往課程結構中缺乏整合的現(xiàn)狀。

（二）學習新型理念，拓寬教師視野

教師的職業(yè)道德要求每位教師能夠做到終身學習。STEM教育理念是一種新型的教育理念。科學教師有必要去研究STEM理念，并將其運用在實際的教學活動中。

在南京市的教師培訓中，便有讓科學教師體驗STEM課程的活動。內容是在規(guī)定的時間內畫出設計圖，利用木塊、小車、吹風機、彈珠、尺子等材料形成一種連鎖反應，并且其中至少涉及四種能量的轉換，最終讓鈴鐺響起即為成功。在小組內，大家分工合作，商討小組的設計中需要哪四種乃至更多種能量的轉換，如何利用現(xiàn)有材料實現(xiàn)這些能量的轉換，如何將每種能量轉換的四個部分拼接為一個整體。在商討出這三個核心問題的結果之后，大家便開始制作設計圖，根據設計圖拼搭出作品并進行驗證，經歷失敗、修改設計、再次實驗的過程，最終取得了滿意的結果。

作為一名科學教師，筆者親身體驗了STEM課程后，更加深刻地認識到了STEM理念為我們帶來的好處。小組內各個成員充分調動自己在各學科所獲取的知識，來共同解決一個問題，體驗到知識的融合以及知識為我們在解決實際問題時帶來的用處。教師對于STEM理念更深入的理解與認可，能夠讓其更加有針對性、科學性地在實際教學過程中運用。

（三）發(fā)散學生思維，培養(yǎng)創(chuàng)新人才

STEM教育能夠推動科技進步，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型科技人才。從幼兒園到高中覆蓋STEM教育體系，能夠極大地培養(yǎng)學生運用多種知識分析問題、解決問題的能力，發(fā)散學生的思維。而國家的發(fā)展正需要這種能夠運用知識去解決未知難題、復雜難題的科技人才。在強調“核心素養(yǎng)”的當下，像STEM教育這種具有綜合性、實踐性的科學教育對于提升學生的綜合素養(yǎng)具有非同小可的意義。

三、融入STEM教育理念的科學課程設計

（一）6E學習模式

所謂“6E學習模式”是指以項目工程為核心的學習方法，涵蓋了六個主要階段：參與（Engage）、探索（Explore）、解釋（Explain）、工程（Engineer）、深化（Enrich）和評價（Evaluate）。（表1）這種模式能夠充分調動學生的主動性和創(chuàng)造力，讓他們在解決實際問題的過程中，體驗到知識的應用和學科的融合。

（二）基于6E學習模式的科學課程設計

STEM鼓勵采用跨學科學習方式，以項目為學習核心，促使學生通過解決問題來學習。它將科學、技術、工程和數(shù)學有機地融合在一起，鼓勵學生綜合運用這些領域的知識和技能解決問題。在科學學習中，教師可以依托6E學習模式，基于STEM教育進行科學課程設計。

本研究依托蘇教版科學六年級下冊“節(jié)能小屋”一課進行分析、研究。通過模擬工程師的實踐方式，“節(jié)能小屋”項目促使學生沉浸在STEM項目學習的流程中，使學生的高階思維在實際應用場景中得到激發(fā)，進而增強學生解決問題的能力。

筆者將基于6E學習模式進行STEM課程設計。STEM知識分解如圖1所示。

本次STEM項目學習按照工程實踐的步驟進行。

學生需要綜合運用各學科知識，如自然規(guī)律、材料選擇、建筑形態(tài)和建造方式等，以完成整個工程實踐過程。這樣的學習方式有助于提升學生的問題解決能力。本主題與6E學習模式的具體融合方式見表2。

通過以上基于6E學習模式的STEM課程設計，學生能夠充分參與到“節(jié)能小屋”的項目學習中，感受到知識的融合和實踐的重要性。這樣的教學方式有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、團隊合作精神以及解決實際問題的能力，為我國培養(yǎng)更多具備STEM素養(yǎng)的創(chuàng)新人才。

展望未來，融入STEM教育理念的小學科學實踐研究還有待進一步深入。首先，如何將STEM教育與我國的教育體制和課程設置更好地結合起來，需要教師進一步探索。其次，教師在STEM教育中的角色和能力要求有待進一步提高。最后，如何評價STEM效果，建立合理的評價體系，是教師需要關注的問題。

總的來說，STEM教育為我國小學科學教育提供了新的思路和方法，但如何在實際教學中更好地落實和實踐STEM教育，還需要教師不斷努力和探索。我們有理由相信，隨著STEM教育的深入推廣和實踐，我國的小學科學教育將煥發(fā)出新的活力，培養(yǎng)出更多具備創(chuàng)新精神和實踐能力的科技人才。

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