踐行STEM教育理念的《把它們分離》教學(xué)設(shè)計(jì)

〔摘" "要〕" 《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)和工程相關(guān)內(nèi)容納入小學(xué)科學(xué)教學(xué)，倡導(dǎo)以跨學(xué)科教學(xué)的方式開(kāi)展STEM教育。要求教師在課堂教學(xué)中突出實(shí)踐引導(dǎo)，強(qiáng)化理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)。本研究以青島版（五四制）三年級(jí)上冊(cè)第四單元“混合與分離”第15課《把它們分離》為例，以STEM教育理念為指導(dǎo)，從科學(xué)的角度讓學(xué)生了解物質(zhì)特征的差異，從技術(shù)的角度使學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用常見(jiàn)的分離工具和技術(shù)，從工程方面引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)物質(zhì)分離方案，從數(shù)學(xué)的角度讓學(xué)生學(xué)會(huì)數(shù)學(xué)記錄和分析等數(shù)學(xué)方法。在以上教學(xué)理念及教學(xué)邏輯導(dǎo)向下，詳細(xì)探討基于STEM理念開(kāi)展小學(xué)科學(xué)整合式、多元化教學(xué)的實(shí)施策略。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；STEM教育理念；跨學(xué)科

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " "〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）" 10" " 095-097

STEM教育理念倡導(dǎo)將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四大領(lǐng)域的知識(shí)與思維融于一體，形成整合性、系統(tǒng)性的教學(xué)新模式。在小學(xué)階段，學(xué)生的科學(xué)思維正處于啟蒙和發(fā)展時(shí)期，且小學(xué)生對(duì)動(dòng)手操作和獨(dú)立探究更感興趣。新課標(biāo)下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)應(yīng)以調(diào)動(dòng)學(xué)生自主探究能力科學(xué)思維為主要目標(biāo)、以學(xué)思結(jié)合為主要教學(xué)手段，發(fā)展學(xué)生的思維水平和創(chuàng)造能力。因此，如何利用STEM教育理念優(yōu)化小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)值得探討的話題。

一、提出問(wèn)題

在具體的教學(xué)實(shí)踐中，將STEM教育理念融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)，能促進(jìn)學(xué)生提高科學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

第一，STEM教育理念整合多學(xué)科知識(shí)，有助于學(xué)生整合碎片化科學(xué)知識(shí)。相較于傳統(tǒng)的知識(shí)講解而言，在STEM教育理念整合下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)更能幫助學(xué)生將科學(xué)概念與真實(shí)問(wèn)題相結(jié)合，進(jìn)而形成有價(jià)值的科學(xué)思考與科學(xué)觀念。

第二，STEM教育理念指向?qū)W科思維及學(xué)科知識(shí)的整合遷移，因此能使學(xué)生形成的科學(xué)素養(yǎng)具有遷移性和實(shí)用性。STEM教育理念統(tǒng)整的教學(xué)資源通常具有綜合性、復(fù)雜性和多元性，學(xué)生需要在課堂學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的學(xué)科思維，由此所形成的科學(xué)素養(yǎng)更具穩(wěn)定性和遷移性。

《把它們分離》是小學(xué)科學(xué)教學(xué)體系中典型的實(shí)驗(yàn)類課程，重在發(fā)展小學(xué)生的思維分析能力和實(shí)驗(yàn)操作能力。在本課學(xué)習(xí)之前，大多數(shù)學(xué)生對(duì)混合物分離的粒子有著廣泛了解，在日常生活中對(duì)物質(zhì)顏色、大小及形狀的認(rèn)知也有豐富經(jīng)驗(yàn)。但是對(duì)于如何根據(jù)不同物質(zhì)的性質(zhì)分離混合物這一問(wèn)題還不夠熟練。因此在教學(xué)設(shè)計(jì)中，以STEM教育理念為指導(dǎo)，能夠在強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)知識(shí)理解和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力及人文素養(yǎng)。同時(shí)，利用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境提升課堂教學(xué)質(zhì)量。

二、分析問(wèn)題

（一）提供系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料，搭建實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)支架

系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)材料既符合小學(xué)生的認(rèn)知特征及學(xué)情規(guī)律，又貼近學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活，幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的一系列現(xiàn)象。因此，在正式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，教師應(yīng)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容及教育理念，整合一系列可供學(xué)生參考和應(yīng)用的學(xué)習(xí)材料。確保學(xué)生能夠在材料的輔助下有效解決問(wèn)題，并探知更有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)成果。

《把它們分離》一課需要小學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)物質(zhì)的不同特性選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ㄍ瓿煞蛛x實(shí)驗(yàn)，并且教材也在聚焦板塊設(shè)置了貼近學(xué)生生活的實(shí)驗(yàn)情境：食鹽灑落在了沙子里，我們應(yīng)該如何將它們分離？因此，教師應(yīng)著重引導(dǎo)學(xué)生觀察混合物，并嘗試從大小、顏色和溶解性等物質(zhì)特征的角度出發(fā)區(qū)分混合物并進(jìn)行歸納匯總，由此引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)不同物質(zhì)的基本特征?；谝陨峡剂浚谡竭M(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)前準(zhǔn)備如下系統(tǒng)化學(xué)習(xí)材料，為學(xué)生正式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

實(shí)驗(yàn)器材與基本材料：水杯、攪拌棒、濾紙、漏斗、燒杯、食鹽和沙子混合物、適量的水、酒精燈。

輔助材料：介紹實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟的視頻PPT，并在各項(xiàng)材料中標(biāo)注實(shí)驗(yàn)裝備的示意圖以及各儀器的名稱與作用。

延伸材料：現(xiàn)實(shí)生活中常見(jiàn)的混合物分離案例，比如海水淡化等。讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活案例的輔助下進(jìn)入實(shí)驗(yàn)探究。

（二）創(chuàng)設(shè)真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境，喚醒學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)

搭建真實(shí)情境的目的是為學(xué)生預(yù)設(shè)日后生活中可見(jiàn)的真實(shí)問(wèn)題，為學(xué)生綜合應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題做好準(zhǔn)備。因此在正式進(jìn)入《把它們分離》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，為學(xué)生設(shè)置生活情境：在準(zhǔn)備淘米做飯的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)大米里混入了雜質(zhì)。仔細(xì)觀察才發(fā)現(xiàn)這些雜質(zhì)原來(lái)是食鹽和細(xì)沙子。要想完成晚餐，就必須將大米當(dāng)中的食鹽和細(xì)沙分離出來(lái)，那么應(yīng)該如何以最便捷的方式分離這三種物質(zhì)呢？這一生活情境在教材現(xiàn)有內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加“大米”這一物質(zhì)，更貼近學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活，同時(shí)也為學(xué)生提供了更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，學(xué)生需要經(jīng)歷從固體混合物分離到固液混合物分離的過(guò)程，并逐步參與問(wèn)題的解決。

（三）設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，完成素養(yǎng)提升目標(biāo)

為了幫助學(xué)生展開(kāi)更深的思考和探究，教師可以將實(shí)驗(yàn)活動(dòng)設(shè)置為三個(gè)環(huán)節(jié)：觀察食鹽、大米和沙子混合物、用水分離食鹽和沙子、完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)?；顒?dòng)中，層層遞進(jìn)，帶領(lǐng)學(xué)生逐步展開(kāi)深入探究和思考。

環(huán)節(jié)一：聚焦生活情境，觀察混合物，鼓勵(lì)自主思考。

教師為學(xué)生提供裝有食鹽和沙子混合物的燒杯，邀請(qǐng)學(xué)生深入觀察，并設(shè)置問(wèn)題：昨天老師煮米飯之前發(fā)現(xiàn)大米里摻雜了沙子和食鹽。請(qǐng)問(wèn)有沒(méi)有同學(xué)能夠幫老師將這三種物質(zhì)完全分離開(kāi)來(lái)？借此問(wèn)題，邀請(qǐng)學(xué)生以小組合作的方式觀察這份大米、食鹽和沙子的混合物，展開(kāi)思考。

設(shè)計(jì)意圖：教師在這一環(huán)節(jié)將抽象的物理概念以具體的生活案例加以呈現(xiàn)，在幫助學(xué)生更好地理解核心概念的基礎(chǔ)上，為學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備并提供理論支撐。同時(shí)，通過(guò)直觀展示生活情境當(dāng)中的混合物，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的好奇心和探究欲。讓學(xué)生在觀察的過(guò)程中思考物質(zhì)分離的可能性，并為后續(xù)正式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作做好準(zhǔn)備。

環(huán)節(jié)二：提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，組織小組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

教師與學(xué)生共同回顧沙子食鹽和大米的物理性質(zhì)，比如食鹽易溶于水，沙子不易溶于水且顆粒較小，大米不易溶于水且顆粒較大。此時(shí)，教師重點(diǎn)向?qū)W生講解過(guò)濾與蒸發(fā)兩種分離技術(shù)的原理和操作方法。比如，過(guò)濾是利用濾紙分離不溶性固體和液體，而蒸發(fā)則是通過(guò)加熱使溶劑揮發(fā)從而得到溶質(zhì)。

隨后，教師將學(xué)生隨機(jī)分組，并向?qū)W生提問(wèn)：要以最高的效率分離大米、食鹽和沙子，我們應(yīng)該從哪個(gè)角度入手？由此，讓學(xué)生以小組為單位討論并設(shè)計(jì)分離沙子、食鹽和大米混合物的操作方案，要求各個(gè)小組利用思維導(dǎo)圖、流程圖等形式，詳細(xì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟所需材料以及預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在學(xué)生已經(jīng)找到分離鹽和沙子混合物的方法之后，結(jié)合各小組的操作情況，教師再次追問(wèn)：在利用水分離鹽和沙子的混合物時(shí)，水有什么作用？借此，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)水溶解這一知識(shí)的理解和應(yīng)用，使學(xué)生掌握溶解和過(guò)濾的方法。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生以小組為單位展開(kāi)合作探究，結(jié)合現(xiàn)有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，能讓學(xué)生在小組討論的過(guò)程中獲得思維啟發(fā)并嘗試應(yīng)用所學(xué)知識(shí)制定解決方案。由此，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力和工程設(shè)計(jì)思維。

環(huán)節(jié)三：親自參與實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手解決問(wèn)題，整合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在完成概念解析和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)后，學(xué)生需要嘗試?yán)脼V紙分離鹽溶液中的沙子和大米。各個(gè)小組需要選擇合適大小的濾網(wǎng)，將大米從混合物當(dāng)中分離出來(lái)。此時(shí)學(xué)生需要按照大米顆粒大小選擇合適孔徑的篩子，向沙子和食鹽混合物中加入適量的水并快速攪拌。在食鹽完全融化后進(jìn)行過(guò)濾操作，將沙子分離出來(lái)。

隨后，學(xué)生便要以蒸發(fā)的方式分離鹽溶液當(dāng)中的鹽，這是本次課堂教學(xué)的難點(diǎn)部分。此時(shí)，教師可以以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考：在過(guò)濾之后的鹽溶液中，如果將鹽溶液當(dāng)中的水全部蒸發(fā)，那么食鹽會(huì)有怎樣的變化？有沒(méi)有更好的方法能夠?qū)Ⅺ}溶液當(dāng)中的鹽快速分離出來(lái)？利用這一問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生嘗試思考“如何以加熱的方式加速蒸發(fā)過(guò)程，進(jìn)而以更短的時(shí)間分離鹽溶液當(dāng)中的食鹽”。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要詳細(xì)記錄各個(gè)步驟分離出的物質(zhì)質(zhì)量，并在實(shí)驗(yàn)完成后計(jì)算混合物各個(gè)成分的回收率。最后，各小組派出代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題與解決方法。

設(shè)計(jì)意圖：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作應(yīng)用所學(xué)知識(shí)并掌握分離技術(shù)的實(shí)踐操作，在提升學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力和科學(xué)思維。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中要求學(xué)生詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算回收率，也能進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析和數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)從數(shù)據(jù)的角度出發(fā)評(píng)估實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并在數(shù)據(jù)當(dāng)中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，理解實(shí)驗(yàn)原理及操作要點(diǎn)。

環(huán)節(jié)四：完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)，啟發(fā)深層思考，延伸認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)。

在課堂的最后，教師以追問(wèn)的方式幫助學(xué)生升華總結(jié)：在這個(gè)蒸發(fā)的過(guò)程中，鹽溶液當(dāng)中的水變成了什么？通過(guò)這一問(wèn)題，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到以蒸發(fā)的方式分離鹽和水，整個(gè)變化過(guò)程不可逆。

隨后，教師再次向?qū)W生提問(wèn)：在分離鹽水時(shí)，蒸發(fā)的過(guò)程中是否會(huì)出現(xiàn)鹽損失的情況？在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的食鹽大米和沙子的克數(shù)之和是否與混合物的質(zhì)量相同。利用這一問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程并完成數(shù)據(jù)分析。比如某小組反饋在分離鹽水時(shí)，因?yàn)檎舭l(fā)操作不當(dāng)，液體濺出導(dǎo)致鹽損失的狀況。在各個(gè)小組經(jīng)過(guò)詳細(xì)討論之后，學(xué)生提出可以用小火加熱和持續(xù)攪拌等改進(jìn)措施，避免在蒸發(fā)過(guò)程中導(dǎo)致大量的鹽損失。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)小組匯報(bào)討論和提問(wèn)引導(dǎo)反思，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和反思能力。學(xué)生也能在小組互動(dòng)交流的過(guò)程中學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題。同時(shí)，這一反思總結(jié)環(huán)節(jié)也能加深學(xué)生對(duì)跨學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用與理解。

三、問(wèn)題總結(jié)

在《把它們分離》教學(xué)中，教師通過(guò)一系列的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生逐漸深入思考，通過(guò)聯(lián)系生活情境和實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生對(duì)混合物分離的概念、原理、操作有了更直觀且深入的理解。在多學(xué)科知識(shí)和思維融合方面，學(xué)生能綜合應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題完成操作，但學(xué)生對(duì)多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用的深度和廣度還有待提高，因此在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還可以融入更復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)科知識(shí)和思維的整合。

總的來(lái)說(shuō)，小學(xué)科學(xué)教學(xué)與教育理念的目標(biāo)具有一致性，均在于培養(yǎng)學(xué)生的探究精神、科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力等綜合素質(zhì)。在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)積極探索小學(xué)科學(xué)與STEM教育理念融合的有效方法，緊密圍繞學(xué)生生活實(shí)際和認(rèn)知基礎(chǔ)，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)、直觀展示、實(shí)驗(yàn)操作和項(xiàng)目教學(xué)等方法，在推動(dòng)學(xué)生主動(dòng)探究和親自操作的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

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