問題導向學習與STEM教育的結合

〔摘" "要〕" 隨著全球教育理念的轉型，STEM（科學、技術、工程和數學）教育理念逐漸成為推動現代教育變革的重要力量，特別是在小學科學教育中，打破了學科壁壘，促使學生在解決實際問題的過程中，發展跨學科的綜合思維能力。本文首先對STEM教育理念的概念進行論述，進而對其應用在小學科學教學上的意義進行分析，最后結合具體教學案例分析，探討了問題導向學習與STEM教育的結合。

〔關鍵詞〕" 小學科學；STEM教育理念；跨學科項目

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）15" " 0083-03

隨著科技和社會的不斷進步，教育的目的更加注重于培養學生解決問題的能力、創新思維和終身學習的能力，STEM教育理念通過科學、技術、工程和數學的整合，可以促進學生全面發展。特別是在小學階段，STEM教育能夠激發學生對科學的興趣，還能通過實踐活動培養他們的創造性解決問題的能力，但在具體的教學實踐中，如何有效實施STEM教育并提升其教學效果，依然是許多教育工作者面臨的挑戰。本文將在深入分析STEM教育理念的基礎上，探討其在小學科學教學中的實施策略，并對其進行詳細討論。

一、STEM教育理念的概念及特征

STEM教育理念作為一種新興的教育模式，突破了傳統學科界限，倡導學科知識的融合與實踐。在這一理念中，跨學科的整合是教學的核心，更是對學生創新思維的深度培養，通過將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）相互結合，學生可以在實際問題的解決中，綜合運用各學科的知識，提升綜合分析能力與批判性思維。在傳統教育模式下，學生只能在某一學科的框架內進行學習，這種局限性導致知識的碎片化，學生無法將所學的內容與實際生活中的問題緊密連接，而STEM教育通過打破學科間的界限，構建起一種真實的、跨學科的學習體驗，能更好地滿足學生的學習需求，激發學生對知識的興趣。問題導向的學習模式為STEM教育的另一個顯著特征，它將學生的學習與實際問題緊密結合，這種學習模式關注學生對知識的記憶和掌握，更重要的是培養學生的問題解決能力和自主學習的意識。在STEM教育中，教師要充當引導者的角色，帶領學生通過探索和實驗，發現問題并尋找解決方案，通過面對真實的問題，學生必須將所學的知識運用到實踐中，體驗到知識的真正價值。

二、將STEM教育理念應用在小學科學教學中的意義

（一）促進學生綜合素養的提升

STEM教育強調科學、技術、工程和數學四個學科的交叉融合，在小學科學教學中，這一理念的應用意味著學生不再僅僅局限于單一學科的學習，而是能夠在解決實際問題的過程中，將這四個學科的知識和技能綜合運用。這種跨學科的整合不僅幫助學生建立了更全面的知識體系，還使他們能夠在實踐中深化對知識的理解，提升綜合素養。而且STEM教育鼓勵學生動手實驗，讓學生參與到科學探究活動中去學習，這種實踐導向的學習方式不僅培養了學生的動手能力和實驗技能，也讓學生在實踐中學會了如何運用所學知識來解決實際問題，提升了他們的問題解決能力。

（二）豐富教學方法和手段

將STEM教育理念應用于小學科學教學中，可以從多方面豐富教學方法和手段，提升教學質量，促進學生全面發展。STEM教育強調實踐操作，教師可以設計“搭建簡易橋梁”等實踐項目，讓學生運用一定的科學知識來理解橋梁結構原理，然后再借助技術手段選擇合適材料，通過工程思維規劃搭建步驟，利用數學知識測量和計算尺寸，在整個過程中，學生不再局限于書本知識，而是在實際操作中積極探索，充分調動多種感官，提升學習興趣與參與度。這種教學方法改變了傳統單一講授的模式，讓學生成為學習的主體，主動構建知識體系，不斷培養學生獨立思考和創新能力，使學生可以在探索中不斷豐富知識和技能。

（三）促進教育公平與均衡發展

STEM教育強調面向全體學生，提供公平的教育機會。在小學科學教學中，STEM教育理念要求教師不僅需要關注那些在科學方面表現出色的學生，更要重視那些可能對科學感到困惑或缺乏興趣的學生。STEM教育理念具備全納性，有助于打破傳統教育中存在的偏見和歧視，讓每個學生都有機會在科學領域獲得發展和成長。為了實現STEM教育的目標，學校需要投入更多的資源來建設科學實驗室、配備實驗器材和教材，以及培訓具有跨學科背景的教師。這些資源的投入不僅有助于提升科學教學的質量，還能夠促進學校內部資源的均衡分配，讓更多的學生能夠享受到優質的科學教育資源。

三、問題導向學習與STEM教育的結合

與傳統的知識傳授方式不同，問題導向學習（Problem-Based"Learning，"PBL）強調學生主動參與，在真實情境中進行自主探索，通過解決具體問題，學生能夠深化對學科知識的理解，提升批判性思維、創新能力以及團隊協作精神。特別是在STEM教育框架下，問題導向學習能夠通過跨學科的整合，使學生在面對多元化、復雜性問題時，能靈活運用不同學科的知識來分析問題、提出假設并進行驗證，此類學習方式可以強化學生的問題解決能力，幫助他們在實踐中積累經驗，進而激發他們的好奇心與學習動機。

以蘇教版科學六年級上冊《鐵釘生銹》一課為例，以“小切口深挖掘”為教學原則，讓學生理解金屬腐蝕的條件及防銹原理，通過本節課的學習，希望可以培養學生科學探究能力、跨學科思維及環保意識。在實際生活中，讓學生能夠利用多種方法來研究比較鐵銹與鐵的不同，可以持續觀察鐵釘生銹的過程，認真記錄實驗現象，表達分析結果，提出防銹建議。

（一）創設情境，導入新課

首先，教師需要利用正式上課前的黃金五分鐘，讓學生快速進入學習氛圍，激發學生的學習熱情。教師可以先從生活情境入手引入本節課的主題，先給學生展示一張生銹鐵釘的圖片，并提問：“同學們，你們在生活中見過這樣的鐵釘嗎？你們知道它為什么會變成這樣嗎？”由學生自由發言，分享自己見過的生銹鐵制品及其經歷。其次，教師可以利用多媒體技術，播放一段關于鐵釘生銹的短視頻，引導學生觀察鐵釘生銹的過程，并思考生銹的原因。看完視頻后，提出問題：“鐵釘為什么會生銹？生銹的條件是什么？我們如何防止鐵生銹？”引導學生對本節課的學習展開思考。

（二）進行科學探究與實驗設計

1.科學方面：探究鐵釘生銹的原理與條件

首先，教師需要引導學生理解鐵釘生銹的科學原理。由于學生還是處于小學階段，教師可以給學生科普鐵銹是鐵與空氣中的氧氣和水蒸氣發生化學反應，而生成鐵的氧化物。由于這是一個典型的氧化還原反應，教師可以給學生找該反應下電子的轉移和化學鍵形成的動畫圖，幫助學生更好地理解鐵釘生銹的科學原理。

在實驗設計環節，教師可以設計鐵釘生銹實驗，讓學生更直觀地觀察這一現象。在課前準備鐵釘、試管、蒸餾水、植物油、干燥劑、橡皮塞等實驗材料，同時準備三支試管，分別標記為A，B，C。將學生分為A，B，C三組分別觀察試管的變化情況。A組學生在試管A中加入適量蒸餾水，使鐵釘一半浸沒在水中，一半暴露在空氣中；B組學生在試管B中加入蒸餾水，完全浸沒鐵釘，并用植物油封住水面，隔絕空氣；C組學生在試管C中放入干燥劑，放入鐵釘，并用橡皮塞密封，隔絕空氣和水。讓三組學生分別觀察并記錄每支試管中鐵釘的生銹情況，通過一段時間的觀察，A組學生會發現試管A中鐵釘生銹最快，而且在水面與空氣接觸的地方，生銹速度更快；B組學生會發現，在空氣被隔絕的情況下，試管B中鐵釘生銹速度較慢；C組學生會發現試管C中鐵釘幾乎不生銹，因為既無水也無空氣。由此通過三組學生的對照試驗可以得出結論：鐵釘生銹需要水和空氣的共同作用。

2.技術方面：應用技術手段觀察與分析

教師可以引入一定的技術手段，利用顯微鏡、電子天平等實驗儀器，讓學生更深入地觀察鐵釘生銹前后的微觀變化和質量變化。可以讓學生親自動手操作并分析實驗現象，讓學生使用顯微鏡觀察鐵釘生銹前后的表面形貌，記錄并比較差異，同時使用電子天平測量鐵釘生銹前后的質量，計算質量變化，分析鐵銹的生成量。通過這些技術手段的觀察與分析，學生可以更直觀地了解鐵釘生銹的過程和結果，加深對科學原理的理解。

3.工程方面：設計防銹方案與實際應用

教師可以展開逆向教學，設計防銹方案的實驗，讓學生可以將生銹和防銹的知識應用到實際生活中。首先，教師可以引導學生思考并設計防銹方案，給學生介紹涂油漆、電鍍、噴砂等防銹方法，并給學生介紹為什么這些方法可以做到防銹，為什么可以保護鐵制品不受腐蝕。其次，教師可以讓學生選擇一種或多種防銹方案進行實驗驗證，觀察并記錄防銹效果。然后再根據實驗結果，讓學生對自己的防銹方案進行改進和優化。最后，教師可以鼓勵學生將設計的防銹方案應用到實際生活中，如為家中的鐵制品設計防銹措施。課后組織學生進行成果展示和交流，分享防銹經驗和創新思路，幫助學生鞏固本節課的知識。

4.數學方面：量化分析與數據處理

在數學方面，教師主要的教學任務就是數據的處理。首先，在實驗過程中，教師需要和學生一起收集并記錄相關數據，如鐵釘生銹的時間、質量變化、表面積變化等。其次，幫助學生利用數學工具繪制圖表、計算相關系數等處理和分析，再通過建立數學模型，更準確地描述鐵釘生銹的過程和規律。通過量化分析和數據處理，學生不僅能提高數學思維和邏輯推理能力，還能學會用數學方法解決問題，提高問題解決能力和科學素養。

利用STEM整合教學活動，對小學科學《鐵釘生銹》一課進行科學探究與實驗設計，可以讓學生全面理解鐵釘生銹的原理、條件及其在實際生活中的應用。同時，通過跨學科的學習和實踐，能夠進一步培養學生的創新思維、問題解決能力和科學素養，為他們的未來發展打下堅實的基礎。

四、結語

綜上所述，STEM教育理念在小學科學教學中的應用為教育改革提供了新的方向，它突破了傳統教育的單一學科界限，促使學生的思維方式和學習方法發生了根本性的轉變，通過問題導向學習與STEM教育的結合，可以實現知識的深度融合和學生能力的多維發展。然而，要想使STEM教育在小學科學教學中真正取得長遠的效果，依然需要在教學設計、評價機制和教師專業素養等方面做出更多的探索與改進。未來，隨著教育理念的不斷發展，STEM教育必將成為培養創新型人才、推動社會進步的重要基石。

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