STEM教育與小學(xué)科學(xué)有效融合的嘗試

陳漢杰

摘? 要：“STEM”教育強調(diào)將分散著的科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科內(nèi)容自然組合、有機結(jié)合，形成相輔相成、缺一不可的整體，從而幫助學(xué)生更全面、深入、靈活地認知世界，突出綜合分析和解決問題的能力以及創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。五年級上冊第四單元第一課《我們的小纜車》是科學(xué)教材中為數(shù)不多的可與工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)想結(jié)合的課例，結(jié)合此理念，本人對該課例的教學(xué)進行了探索。

關(guān)鍵詞：STEM教育;有效融合;嘗試

在很長一段時間里，學(xué)校教育的主要功能是傳播知識，“科學(xué)”課也被稱之為“自然”課、“常識”課。隨著科技的飛速發(fā)展，尤其是互聯(lián)網(wǎng)、智能手機等工具的普及化，使學(xué)生獲得知識變得非常容易。人們逐漸認識到學(xué)校的功能正在慢慢改變，教育的重點要把從知識傳遞轉(zhuǎn)到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上來，多學(xué)科交叉和合作越來越重要。

為此，在我國小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面，可借鑒STEM教育的理念提出切實可行的教學(xué)策略：正如STEM教育所提的倡那樣，學(xué)生在科學(xué)知識、科學(xué)思維、科學(xué)能力、科學(xué)精神等方面的發(fā)展依賴于實踐探究、學(xué)科融合、思維訓(xùn)練、情感滲透等多維度、立體化、開放式的學(xué)習(xí)體驗。

筆者在《我們的小纜車》課堂教學(xué)中，試著結(jié)合以上四個方面進行了探索。

一、培養(yǎng)學(xué)生“搜集實證給出結(jié)論”的意識

STEM是一種教育理念，有別于傳統(tǒng)的單學(xué)科、重書本知識的教育方式。STEM是一種重實踐的超學(xué)科教育概念。本課就是讓學(xué)生經(jīng)歷這樣的一個過程，發(fā)現(xiàn)“墊圈越多，運動越快”的現(xiàn)象，并得出“重力越大，速度越快”的結(jié)論。

為此，我在上課前，精心準(zhǔn)備了實驗器材。上課前，起碼得準(zhǔn)備小車和鐵墊圈，可是學(xué)具袋里只有小車，沒有鐵墊圈，怎么辦？我請人幫忙，找齊了100個鐵墊圈，卻發(fā)現(xiàn)實驗并非想象中那么簡單，如果操作不當(dāng)，很容易使小車飛出實驗桌。經(jīng)過多次改進，我在實驗桌的邊上加了擋板，實驗終于可以開展了。然而緊跟其后的是教學(xué)過程如何設(shè)計、課堂如何開展又是擺在面前的一個難題?！拔覀儾荒軐⒖茖W(xué)教材當(dāng)作圣經(jīng)一樣去教學(xué)，應(yīng)提倡‘用教材教”而不是‘教教材 ”這句話我時刻記在心中，但教學(xué)時我們又必須理解編者這樣設(shè)計的意圖，如果連編者的意圖都沒有理解，而隨意去更改教材，去追求創(chuàng)新，那也是不適當(dāng)?shù)?。?jīng)過初步的思索，我把本課時安排了三個實驗：一是安裝小纜車;二是研究用幾個墊圈剛好可以拉動小車;三是研究小車運動速度與拉力大小關(guān)系的實驗?？墒?，這樣的設(shè)計在試教時就被否定了，因為本課中要考慮的細節(jié)實在太多，再加上三次活動，時間根本來不及，最后，我將三個實驗并成了兩個實驗，這樣大大提高了課堂效率。

只有讓學(xué)生經(jīng)歷實際的實驗操作過程，得出的結(jié)論才是經(jīng)得起推敲的。

二、培養(yǎng)學(xué)生“利用工具進行操作”的動手能力

STEM非常重視學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，因為我們的生活需要設(shè)計，需要改造自然，來滿足人類需求。本課中，讓學(xué)生分組進行“組裝小纜車、做阻擋板、做鉤子、擰螺栓”等操作，正是一個技術(shù)活，老師應(yīng)該留有充分的時間讓學(xué)生操作，體驗工具的使用，學(xué)會基本的設(shè)計和操作。

在課堂教學(xué)中，我們總是在不經(jīng)意中給學(xué)生太多的限制：讓學(xué)生介紹實驗方案及注意點，總是擔(dān)心學(xué)生不會答而把實驗要求講得盡量詳細清楚，沒有留給學(xué)生充分的思考和交流時間;讓學(xué)生匯報，總是盡攬對結(jié)論有效的信息等等。其實，在科學(xué)課堂教學(xué)中，教師的語言應(yīng)該簡潔科學(xué)，如果簡潔性不強，對問題的重復(fù)敘述較多，實際上就是占用了學(xué)生的探究時間，因此，只有 “無言”或“少言”才能換得學(xué)生自主實驗后的“多言”，從而使學(xué)生主體性得以充分發(fā)揮。學(xué)生才能真正成為課堂的主人，才能用自己的思維、想法指導(dǎo)行動。

另外，在動手操作方面，我們總是喜歡將所有的學(xué)具都準(zhǔn)備好，學(xué)生只要操作即可，這其實是一個誤區(qū)。因此，我在課前專門騰出了一個時間，讓學(xué)生自由組裝小纜車，所有實驗中用到的纜車都是自己組裝的，學(xué)生在這個過程中，學(xué)會了如何使用螺絲刀、如何做阻擋版、如何做鉤子、如何使用老虎鉗等等，大大提高了學(xué)生的動手操作能力。

三、培養(yǎng)學(xué)生“用實驗數(shù)據(jù)驗證推測得出結(jié)論”的能力

為了培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識，我在課堂上是這樣教學(xué)的：

1.教師直接出示一輛小纜車，提問學(xué)生“你用什么方法，讓它動起來？”

生回答：拉、推……

2.老師這里有幾個鐵墊圈（手里多拿幾個墊圈），你能用這個，讓小車動起來嗎？可以用幾個？

生猜測：1個、2個……

3.師演示實驗（為了節(jié)約時間），學(xué)生觀察。

4.請你們思考一下是什么力量使小纜車運動起來的呢？

生回答：墊圈的重力。

5.介紹重力，出示概念：物體這種向下的力，我們把它叫做重力。我們的小纜車是墊圈所受到的重力通過繩的牽引轉(zhuǎn)化為拉力，才使我們的小車運動起來的。

6.引導(dǎo)學(xué)生閱讀資料庫“重力和萬有引力”。重力這一科學(xué)概念的理解和掌握是教學(xué)目標(biāo)之一，教師讓學(xué)生在充分體驗的基礎(chǔ)上逐步建立重力這個科學(xué)概念。另外，教師還以開放的教學(xué)，引領(lǐng)學(xué)生對重力這一科學(xué)概念的學(xué)習(xí)進行拓展閱讀。）

7.推測，剛才的實驗我們用拉力已經(jīng)讓小車運動起來了，那怎樣做才能讓小車運動的更快呢？請同學(xué)們猜測一下：拉力大小與小車的運動快慢有什么關(guān)系？ 生猜測：拉力大，速度快;拉力小，速度慢。

8.制定研究計劃，為了保證實驗順利進行，在實驗前制定實驗計劃。（小組合作）

9.將實驗數(shù)據(jù)記錄到表格中

10. 請結(jié)合數(shù)據(jù)，來得出你的結(jié)論。

讓學(xué)生在實驗之前進行研究計劃的制定，是為了后面更好的進行實驗，有序高效地完成實驗。讓學(xué)生知道做任何事情如果提前做好計劃合理分配時間，就會事半功倍。而讓數(shù)據(jù)來說話，得出結(jié)論需要配合精密的計算能力，表格的數(shù)據(jù)要符合邏輯證明，應(yīng)有數(shù)據(jù)支持，這更是STEM教學(xué)的重要理念之一。

四、帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷一個完整的“探究式學(xué)習(xí)過程”

如今，輔導(dǎo)機構(gòu)遍地開花，如果去絕大部分機器人培訓(xùn)機構(gòu)問他們的課程對孩子有什么作用，標(biāo)準(zhǔn)的回答是動手能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力等，你再問，是如何培訓(xùn)這些能力，到底有沒有效果？基本上得到的反饋就是茫然了。如果去絕大部分的科學(xué)實驗類的機構(gòu)問同樣的問題，他們會說啟蒙孩子對科學(xué)的興趣。事實上，孩子對科學(xué)的興趣是天生的，他們對孩子保持興趣是有些作用，但是也僅僅如此。他們之所以強調(diào)興趣的重要性，其實本質(zhì)上是因為他們自己沒有更深入的思考，更談不上教學(xué)體系。

真正的STEM教育，是遵循科學(xué)探究的流程或工程實踐的流程的，這是一個項目化的課程設(shè)，教學(xué)方式以項目為周期，帶著孩子去探究或?qū)嵺`，在這個過程中讓孩子自己建構(gòu)知識和技能，達到培養(yǎng)內(nèi)內(nèi)在的綜合能力的的目標(biāo)。

這個過程中，孩子要能自己描述問題，找出解決這個問題的限制條件;接著通過各種渠道收集資料，找出前人的方法;在已獲得的資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己擁有的知識提出所有能想到的解決方法;在這些方法中篩選出最好的一個，建立模型;利用材料，創(chuàng)造出實物，實現(xiàn)自己的想法;測試作品;為作品作出評估，并進一步完善設(shè)計。

本課是單元的起始課，是為了最后一課《設(shè)計制作小賽車》鋪墊的。本單元從介紹適合人類使用的不同動力（彈力、風(fēng)力等）的纜車開始，引導(dǎo)研究測量力的大小，分析滾動和滑動摩擦的區(qū)別，從課內(nèi)不斷拓展到課外……貫徹了“大國復(fù)興需要偉大工程”的理念。只有讓學(xué)生經(jīng)歷這樣一個完整的探究過程，孩子們自己建構(gòu)知識和技能，才能使學(xué)生得以從一個更全面的視角來理解科學(xué)、技術(shù)、宇宙、自然現(xiàn)象、生命形式、現(xiàn)代文明的價值和意義，從而激發(fā)多元、靈活而深刻的思考。

參考文獻

[1]? （美）羅伯特·M·卡普拉羅，（美）瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅，（美）詹姆斯·R·摩根，《基于項目的STEM學(xué)習(xí)：一種整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)方式》，上海，科技教育出版社，2016年01月。

[2]? 北京市第五中學(xué)分校，《STEAM課程項目手冊》，北京：電子工業(yè)出版社，2017年8月。

[3]? 張悅穎，沈祖蕓，《小學(xué)STEM教育實踐路徑與方法——上海市世界外國語小學(xué)的探索 》，上海，科技教育出版社，2017年11月。