滲透STEM教育理念 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

〔摘" "要〕" 隨著教育理念的不斷革新，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)已成為教育的核心目標(biāo)。小學(xué)科學(xué)作為啟蒙學(xué)生科學(xué)思維的重要學(xué)科，其教學(xué)模式的創(chuàng)新至關(guān)重要。傳統(tǒng)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程多局限于單一學(xué)科知識(shí)傳授，難以滿足學(xué)生日益增長(zhǎng)的探索欲望和多元化發(fā)展需求。而STEM教育理念的出現(xiàn)，為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程帶來了新的契機(jī)。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；STEM教育理念；實(shí)驗(yàn)課程

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）24" " 0082-03

在現(xiàn)今科技大幅發(fā)展的階段，社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的需求正變得越發(fā)迫切。傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)教育模式漸漸顯露出自身的局限性，知識(shí)既零碎又單一，難以滿足學(xué)生全面發(fā)展的期望。而STEM教育理念凸顯科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的跨學(xué)科聚合，為小學(xué)科學(xué)教育增添了新的靈動(dòng)活力。把STEM教育理念引入小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)與實(shí)施工作，成為培育學(xué)生綜合素養(yǎng)、契合未來社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵手段。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)滲透STEM教育理念的意義

（一）有利于促進(jìn)跨學(xué)科融合

傳統(tǒng)教育模式下，學(xué)科之間界限分明，學(xué)生所學(xué)知識(shí)碎片化，難以建立起知識(shí)的整體框架和內(nèi)在聯(lián)系。而STEM教育理念強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的跨學(xué)科融合。在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中融入STEM教育理念，能夠打破學(xué)科壁壘。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)里，學(xué)生不僅要掌握科學(xué)原理，還需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)去測(cè)量、計(jì)算與分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以量化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具科學(xué)性和說服力。同時(shí)，技術(shù)和工程知識(shí)則幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)儀器的原理與操作方法，以及如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程、搭建實(shí)驗(yàn)裝置等。這種跨學(xué)科融合的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生明白各學(xué)科知識(shí)并非孤立存在，而是相互關(guān)聯(lián)、相互支撐的，有助于他們構(gòu)建完整的知識(shí)體系，提升綜合知識(shí)運(yùn)用能力。

（二）有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力

小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程本身就注重實(shí)踐操作，而STEM教育理念的融入進(jìn)一步強(qiáng)化了這一特性。在基于STEM教育理念的科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生不再僅僅是被動(dòng)地接受知識(shí)，而是積極主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)探究過程中。從提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，到進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐。在這個(gè)過程中，學(xué)生的動(dòng)手能力得到充分鍛煉，他們學(xué)會(huì)正確使用各種實(shí)驗(yàn)器材，掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能，如儀器的組裝、調(diào)試、測(cè)量、記錄等。并且，面對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題，學(xué)生需要運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析、解決，這有助于培養(yǎng)他們解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提升綜合素質(zhì)，為未來的學(xué)習(xí)和生活奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）有利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步與科技發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力，在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中引入STEM教育理念，為學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)開拓了廣闊的空間。在跨學(xué)科的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)期間，學(xué)生要采用多種學(xué)科的知識(shí)與方法解決復(fù)雜難題，這促使他們從不同的角度去思索問題，掙脫傳統(tǒng)思維模式的羈絆。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)期間可按照自己的想法和創(chuàng)意對(duì)實(shí)驗(yàn)予以改進(jìn)和創(chuàng)新。這種既開放又有探索性的學(xué)習(xí)環(huán)境，可喚起學(xué)生對(duì)未知的好奇和求知欲，鼓勵(lì)他們勇敢地質(zhì)疑、大膽去試驗(yàn)，培育學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新魄力，讓學(xué)生在未來學(xué)習(xí)和工作中擁有更強(qiáng)的創(chuàng)新能力與競(jìng)爭(zhēng)力。

（四）有利于學(xué)生適應(yīng)未來社會(huì)需求

伴隨科技迅猛發(fā)展與社會(huì)的不斷演進(jìn)，未來社會(huì)對(duì)人才的要求不斷拔高，不僅要求掌握扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，更需要擁有跨學(xué)科綜合素養(yǎng)、實(shí)踐本領(lǐng)和創(chuàng)新精神。把STEM教育理念融入小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課，可讓學(xué)生從幼年起就接觸多學(xué)科融合的知識(shí)以及實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)他們契合未來社會(huì)需求的能力。依靠STEM教育，學(xué)生能更有效地把握科技和社會(huì)的關(guān)系，懂得科技在解決實(shí)際問題當(dāng)中的作用，以此喚起他們對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣和鐘愛，為將來投身相關(guān)領(lǐng)域打下基礎(chǔ)。學(xué)生在STEM課程里所鍛煉出的團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力、問題處理能力等綜合素養(yǎng)，也是未來社會(huì)需要必須具備的，讓他們能更出色地適應(yīng)未來多樣、創(chuàng)新的社會(huì)環(huán)境。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)滲透STEM教育理念的策略

（一）融合科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證思維

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中深入融合 STEM教育理念，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究的重要性，教師需采取一系列有效措施。教師要深刻理解科學(xué)探究的內(nèi)涵與流程，以便在教學(xué)中準(zhǔn)確引導(dǎo)學(xué)生。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要精心創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生從細(xì)致觀察生活中的自然現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)演示現(xiàn)象等出發(fā)，逐步培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力。鼓勵(lì)學(xué)生自主思考，挖掘現(xiàn)象背后隱藏的科學(xué)原理，從而提出具有探究?jī)r(jià)值的問題。

以教科版科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)第一章“植物的生長(zhǎng)變化”為例，教師先帶領(lǐng)學(xué)生在學(xué)校花園或者教室窗臺(tái)種植幾種常見植物，如綠豆、向日葵等植物。在實(shí)施種植的過程中，引導(dǎo)學(xué)生全面觀察植物生長(zhǎng)的各個(gè)階段，學(xué)生大概會(huì)發(fā)現(xiàn)綠豆種子在不同濕度情形下，發(fā)芽時(shí)間以及生長(zhǎng)速度不一樣。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行梳理，提出類似“濕度對(duì)綠豆種子發(fā)芽時(shí)間和生長(zhǎng)速度到底有怎樣的影響？”這樣的問題。引導(dǎo)學(xué)生借助數(shù)學(xué)知識(shí)，籌備數(shù)據(jù)記錄表格，記錄不同濕度環(huán)境中種子發(fā)芽所需天數(shù)、幼苗高度等數(shù)據(jù)，在開展種植裝置搭建活動(dòng)時(shí)，涉及工程相關(guān)知識(shí)，如怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的保濕裝置，保證不同濕度環(huán)境穩(wěn)定地維持。在進(jìn)行探究的過程里，學(xué)生也許還會(huì)采用技術(shù)手段，比如借助電子秤準(zhǔn)確度量種子重量，通過放大鏡觀察種子發(fā)芽的具體情況，借助這樣的實(shí)驗(yàn)探索，學(xué)生不僅領(lǐng)悟了植物生長(zhǎng)跟環(huán)境因素的關(guān)聯(lián)，也在進(jìn)行科學(xué)探究的進(jìn)程里，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，提高了科學(xué)素養(yǎng)及綜合能力。

（二）整合數(shù)學(xué)應(yīng)用，提升學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力

數(shù)學(xué)作為STEM教育理念的重要支柱，在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程里發(fā)揮著關(guān)鍵作用。教師要注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)解決科學(xué)問題的意識(shí)，在實(shí)驗(yàn)開展前，就向?qū)W生強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)方法對(duì)于實(shí)驗(yàn)分析的重要性。在實(shí)驗(yàn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)收集數(shù)據(jù)，明確數(shù)據(jù)收集的目的、范圍和方法，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在數(shù)據(jù)收集完成后，教師要逐步引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用圖表、統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。先教會(huì)學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)類型選擇合適的圖表，如柱狀圖適合比較數(shù)據(jù)大小，折線圖能清晰展示數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)等；再指導(dǎo)學(xué)生掌握基本的統(tǒng)計(jì)方法，如計(jì)算平均數(shù)、中位數(shù)、眾數(shù)等，挖掘數(shù)據(jù)背后隱藏的信息。

以教科版科學(xué)三年級(jí)下冊(cè)第一章“物體的運(yùn)動(dòng)”為例，教師可帶領(lǐng)學(xué)生開展“比較不同物體在斜面上運(yùn)動(dòng)速度”的實(shí)驗(yàn)。在做實(shí)驗(yàn)之前，教師指導(dǎo)學(xué)生把測(cè)量工具準(zhǔn)備好，諸如秒表、直尺之類，同時(shí)講明白怎樣準(zhǔn)確測(cè)量物體在斜面上運(yùn)動(dòng)的距離和時(shí)間。開展實(shí)驗(yàn)期間，學(xué)生分組實(shí)施操作，記錄不同物體從斜面頂部滑落到底端所用的時(shí)間，以及移動(dòng)的距離。實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束，教師引導(dǎo)學(xué)生把數(shù)據(jù)整理好，將各個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與距離記錄進(jìn)表格中，引導(dǎo)學(xué)生憑借數(shù)據(jù)繪制柱狀圖，依靠柱狀圖直觀地對(duì)不同物體運(yùn)動(dòng)速度快慢做比較。教師繼續(xù)進(jìn)一步拋出問題，帶領(lǐng)學(xué)生思考怎樣更精準(zhǔn)地比較物體運(yùn)動(dòng)快慢，引導(dǎo)算出平均速度的方法，讓學(xué)生采用數(shù)學(xué)公式算出每個(gè)物體平均速度，在該過程中，學(xué)生不僅掌握了跟物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的科學(xué)知識(shí)，還在教師的點(diǎn)撥引導(dǎo)下，熟練運(yùn)用數(shù)學(xué)手段開展數(shù)據(jù)的收集、整理與分析，有效提升了數(shù)據(jù)分析水平，切實(shí)領(lǐng)悟到數(shù)學(xué)在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的強(qiáng)大作用。

（三）引入信息技術(shù)，拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)視野

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程里融入信息技術(shù)，教師要積極探索多種方式。一方面，教師要熟練掌握各類信息技術(shù)工具，比如多媒體軟件、在線學(xué)習(xí)平臺(tái)等，以便在教學(xué)中靈活運(yùn)用。在實(shí)驗(yàn)課程開展前，教師可以利用網(wǎng)絡(luò)資源，收集與實(shí)驗(yàn)主題相關(guān)的前沿資料、科普視頻等，提前為學(xué)生營(yíng)造豐富的學(xué)習(xí)氛圍。實(shí)驗(yàn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生借助信息技術(shù)工具，如利用傳感器采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，鼓勵(lì)學(xué)生通過在線平臺(tái)分享實(shí)驗(yàn)心得與成果，拓寬交流渠道。

以教科版四年級(jí)上冊(cè)科學(xué)課本第二章“呼吸與消化”教學(xué)為例，在課程起始之際，教師可以先從網(wǎng)絡(luò)上搜集有關(guān)呼吸系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的3D動(dòng)畫，使學(xué)生直觀地看清人體內(nèi)部器官的結(jié)構(gòu)及運(yùn)作流程，協(xié)助學(xué)生初步構(gòu)建知識(shí)框架。在講解呼吸階段氣體交換原理的時(shí)候，教師借助多媒體軟件出示動(dòng)態(tài)演示圖，把微觀角度的氣體交換過程進(jìn)行形象展示，協(xié)助學(xué)生領(lǐng)會(huì)抽象內(nèi)容。教師引導(dǎo)學(xué)生借助肺活量測(cè)試儀收集肺活量的數(shù)據(jù)，同時(shí)借助配套的數(shù)據(jù)處理程序，迅速生成個(gè)人及全班學(xué)生肺活量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表，清楚呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分布的狀態(tài)。在探索食物于消化系統(tǒng)內(nèi)的消化情況之際，學(xué)生可以憑借在線模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，自行進(jìn)行不同食物在虛擬消化系統(tǒng)里的消化流程操作，留意消化時(shí)間和消化產(chǎn)物的具體變化，強(qiáng)化對(duì)消化原理的把握。課程結(jié)束后，教師可以囑托學(xué)生在班級(jí)獨(dú)屬的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)上，分享自己創(chuàng)作的有關(guān)“呼吸與消化”的知識(shí)思維導(dǎo)圖，相互交換學(xué)習(xí)心得，進(jìn)一步鞏固知識(shí)基礎(chǔ)。在這個(gè)活動(dòng)過程中，學(xué)生不斷接觸、運(yùn)用信息技術(shù)手段，開闊了學(xué)習(xí)范圍，信息素養(yǎng)也獲得了明顯提升。

（四）跨學(xué)科整合，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程里落實(shí)STEM教育理念的跨學(xué)科整合，教師要積極作為。在課程設(shè)計(jì)階段，教師需深入鉆研各學(xué)科知識(shí)，挖掘與科學(xué)實(shí)驗(yàn)主題相關(guān)的交叉點(diǎn)。在教學(xué)過程中，巧妙引導(dǎo)學(xué)生將不同學(xué)科知識(shí)串聯(lián)起來。比如在科學(xué)實(shí)驗(yàn)講解中，適時(shí)引入數(shù)學(xué)的計(jì)算方法、物理的原理概念，以及技術(shù)和工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)思路。同時(shí)，教師可以組織小組合作學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生分享不同學(xué)科視角下對(duì)實(shí)驗(yàn)問題的看法，促進(jìn)知識(shí)的交流與融合。

以教科版科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)第二章“船的研究”為例，教師先引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)角度思考船的浮力原理，讓學(xué)生明白船能漂浮在水面的原因是阿基米德原理。在設(shè)計(jì)船的結(jié)構(gòu)時(shí)，融入工程知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣的形狀和構(gòu)造能讓船更穩(wěn)定、承載量更大。學(xué)生分組討論，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)計(jì)算不同船型的體積、排水量，以及材料的用量和成本。在制作小船模型的過程中，涉及技術(shù)層面，如使用何種工具切割材料、如何進(jìn)行拼接組裝等，教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)學(xué)生掌握這些技能。此外，還可以讓學(xué)生從歷史學(xué)科的角度了解船的發(fā)展演變，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。完成小船制作后，組織學(xué)生進(jìn)行載重測(cè)試，要求學(xué)生記錄數(shù)據(jù)并繪制圖表，分析船的承載量與船型、材料之間的關(guān)系，這又運(yùn)用到了數(shù)學(xué)的數(shù)據(jù)分析方法。通過這樣的教學(xué)，學(xué)生在“船的研究”中，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建起完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)船的相關(guān)知識(shí)有了更深入、全面的理解。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，在促進(jìn)跨學(xué)科融合、培養(yǎng)實(shí)踐與創(chuàng)新能力以及提升學(xué)生適應(yīng)未來社會(huì)的能力等方面成效顯著。但要持續(xù)發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，仍需教育工作者不斷探索創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)與實(shí)施策略，整合各方資源，為學(xué)生提供更優(yōu)質(zhì)的教育環(huán)境，助力學(xué)生在科學(xué)探索的道路上不斷前行，成長(zhǎng)為社會(huì)所需的創(chuàng)新人才。

參考文獻(xiàn)

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