面向STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)課堂的實(shí)踐與思考

張夢(mèng)巖

摘 要 進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)家綜合實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)主要是人才的競(jìng)爭(zhēng)，新時(shí)代所需要的人才絕不再是過(guò)去的單一人才，而是需要兼具創(chuàng)新能力及實(shí)踐能力強(qiáng)的復(fù)合型人才。當(dāng)前國(guó)際上興起的STEM教育理念就是一種強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)復(fù)合型人才的全新的教育理念。本文主要通過(guò)介紹STEM教育理念，結(jié)合具體小學(xué)科學(xué)自編STEM課程《學(xué)做小火箭》的課堂教學(xué)實(shí)踐，將STEM這種先進(jìn)的教育理念實(shí)踐融入到小學(xué)科學(xué)的教育教學(xué)課堂實(shí)踐中來(lái)。

關(guān)鍵詞 STEM 小學(xué)科學(xué) 素質(zhì)教育

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.10.064

Abstract In the 21st century， the competition for comprehensive national strength is mainly the competition of talents. The talents needed in the new era are no longer the single talents in the past， but the composite talents with both innovative ability and practical ability. The current international STEM education concept is a new educational concept that emphasizes the cultivation of compound talents. This paper mainly introduces the STEM education concept， combined with the specific primary school science self-editing STEM course "learning to do small rocket" classroom teaching practice， the STEM this advanced educational concept practice into the primary school science education teaching classroom practice.

Keywords STEM； primary science； quality education

0 背景

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Math）4門學(xué)科英文首字母的縮寫?？茖W(xué)的最大作用就是對(duì)我們生存的物質(zhì)世界進(jìn)行認(rèn)知并加以解釋以得到最終的客觀世界的規(guī)律；技術(shù)與工程在科學(xué)正確認(rèn)知的基礎(chǔ)上對(duì)物質(zhì)世界進(jìn)行加工與改造，促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展以及人類的進(jìn)步；數(shù)學(xué)更為技術(shù)與工程改造提供了技術(shù)工具。STEM教育最先由美國(guó)的布什總統(tǒng)在2006年最先提出，此后，美國(guó)的歷任總統(tǒng)政府對(duì)于STEM教育的投入逐年增加。最近美國(guó)特朗普總統(tǒng)簽署一份備忘錄，撥款2億美元經(jīng)費(fèi)加大對(duì)STEM相關(guān)教育領(lǐng)域的投入，培養(yǎng)學(xué)生的科技理工素養(yǎng)。科技創(chuàng)新對(duì)于促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展在21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代顯得尤為重要，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。STEM教育作為一種全新的跨學(xué)科整合的教育方式，通過(guò)綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的知識(shí)，促使學(xué)生將相關(guān)的理論知識(shí)和生活實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相緊密結(jié)合起來(lái)，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力以及增強(qiáng)國(guó)家的綜合競(jìng)爭(zhēng)力將有重大的積極意義。

當(dāng)代教育對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，與此同時(shí)，提升國(guó)家在國(guó)際舞臺(tái)上的綜合競(jìng)爭(zhēng)力是實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興和偉大中國(guó)夢(mèng)的關(guān)鍵，中國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)需要文化、科技和產(chǎn)業(yè)等相關(guān)多方面力量的緊密結(jié)合，勞動(dòng)者的素質(zhì)和水平將對(duì)這一力量起關(guān)鍵性作用。STEM教育，是一種著眼于復(fù)合創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)和提高勞動(dòng)力水平的全新教育理念，STEM教育將成為教育興國(guó)的一個(gè)全新的重要落腳點(diǎn)。面向STEM的全新教育理念將會(huì)對(duì)中小學(xué)教育產(chǎn)生系統(tǒng)性的影響?，F(xiàn)階段，發(fā)展STEM教育已不再是簡(jiǎn)單的學(xué)科的事情，更多的將是代表一種全新的教育發(fā)展戰(zhàn)略，甚至也可以說(shuō)是種國(guó)家的戰(zhàn)略。[1]

小學(xué)科學(xué)，作為一門涵蓋面廣，綜合性強(qiáng)的學(xué)科，旨在培養(yǎng)小學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力以及創(chuàng)新探究能力。在小學(xué)科學(xué)課堂中合理的引入 STEM相關(guān)教育理念與開展 STEM教育方式，對(duì)于學(xué)生綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)與提高以及學(xué)生的綜合實(shí)踐探究能力的發(fā)展將起到一種積極的促進(jìn)與推動(dòng)。STEM教育是一種建立在學(xué)科融合基礎(chǔ)上的教育，主要是以設(shè)計(jì)和探索為目的，對(duì)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的解決進(jìn)行有效的科學(xué)探索。[2]

STEM倡導(dǎo)的是一種基于具體問(wèn)題解決的的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，因此在課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)整合與具體實(shí)施時(shí)，需要從如下幾方面進(jìn)行操作。

1 創(chuàng)設(shè)情境，合理導(dǎo)入

情境的設(shè)計(jì)，要給學(xué)生一種真實(shí)性，并同時(shí)提出相關(guān)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題。教師首要要知道學(xué)生學(xué)習(xí)完成之后得到的最終學(xué)習(xí)成果是什么，知道學(xué)生在獲得學(xué)習(xí)成果的同時(shí)對(duì)于個(gè)人的知識(shí)提高以及核心素養(yǎng)形成所具有的促進(jìn)作用。對(duì)于教師個(gè)體而言，在一個(gè)完整的STEM項(xiàng)目教育中，教師扮演的角色應(yīng)該是一個(gè)對(duì)教學(xué)目標(biāo)的制定者、信息發(fā)布者以及對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的監(jiān)督者。

案例：在《學(xué)做小火箭》一課中，給學(xué)生模擬創(chuàng)設(shè)一種情境：學(xué)校即將開展校園創(chuàng)造節(jié)，創(chuàng)造節(jié)中有一個(gè)項(xiàng)目是通過(guò)利用普通 A4紙?jiān)O(shè)計(jì)既定規(guī)格的火箭，在其它條件相同的情況下，保證發(fā)射的推力相同，火箭彈射的高度越高，最終的成績(jī)也將越高。在這一目標(biāo)環(huán)境下，師生首先明確目標(biāo)——我們所要?jiǎng)?chuàng)造怎樣的作品，然后就此目標(biāo)共識(shí)，之后老師在專業(yè)化的角度上對(duì)同學(xué)在進(jìn)行引導(dǎo)，使他們明白相對(duì)驅(qū)動(dòng)性的原理以能夠進(jìn)行下一步驟。如果在創(chuàng)設(shè)情境之初對(duì)于小火箭的規(guī)格，動(dòng)力大小等缺乏具體明確的要求，將會(huì)直接導(dǎo)致最終學(xué)生所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品缺乏對(duì)比性，也不利于最終教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

2 從對(duì)教材課程的執(zhí)行者轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)目標(biāo)課程的研究者

在融合 STEM教育理念下的項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，教師將不再是簡(jiǎn)單的課程執(zhí)行者，教師的著眼點(diǎn)不應(yīng)該只關(guān)注既定課程內(nèi)容的教學(xué)任務(wù)，應(yīng)該轉(zhuǎn)換自己的角色，以一種課程研究者的角色，投入到相關(guān)課程的制定、研發(fā)、實(shí)施和評(píng)價(jià)的全過(guò)程，將個(gè)人的學(xué)科思維轉(zhuǎn)變成課程思維。教師作為課程設(shè)置的主體，應(yīng)該充分解讀本學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)，分析教學(xué)對(duì)象的詳細(xì)學(xué)情，從而最終完成對(duì)所開展的項(xiàng)目學(xué)習(xí)的主體，教學(xué)內(nèi)容以及活動(dòng)的組織與評(píng)價(jià)等相關(guān)內(nèi)容。

案例：將上面情景導(dǎo)入后，首先引導(dǎo)學(xué)生思考在哪種情況下，底部推力以及外界環(huán)境不變可以使得火箭所上升的高度有所差別。逐步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于“箭頭”、“箭身”、以及“箭尾”三部分的分析思考，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究。實(shí)驗(yàn)開展材料：普通A4紙，美工刀，雙面膠帶，米尺、橡皮筋和三腳架。同時(shí)，出示火箭的制作規(guī)格：火箭長(zhǎng)度20cm，箭筒直徑10cm。讓學(xué)生自由以小組為單位合作共同完成對(duì)火箭的制作。在制作過(guò)程中，提醒學(xué)生對(duì)火箭長(zhǎng)度以及箭筒等具體尺寸的關(guān)注。

3 從教學(xué)內(nèi)容的權(quán)威者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的陪伴者

學(xué)生作為STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的核心，在學(xué)生面對(duì)問(wèn)題時(shí)老師所扮演的角色應(yīng)該是陪伴者，而不是權(quán)威者，不要一昧直接去告訴學(xué)生所謂的正確答案或者去評(píng)判對(duì)與錯(cuò)。

案例：當(dāng)學(xué)生在分組制作“小火箭”的時(shí)候，在材料裁剪，粘合箭頭、箭身和尾翼以及測(cè)量尺寸等涉及數(shù)學(xué)與工程方面的環(huán)節(jié)遇到問(wèn)題時(shí)，作為學(xué)生學(xué)習(xí)的陪伴者，應(yīng)該時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，適時(shí)提供必要的幫助，引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)所遇到的相關(guān)問(wèn)題的解決。當(dāng)學(xué)生小組合作完成對(duì)火箭的制作以后，在火箭的測(cè)試環(huán)節(jié)，學(xué)生往往會(huì)忽略 “保證火箭尾部動(dòng)力相同”的這個(gè)已定條件，此時(shí)應(yīng)該及時(shí)提醒學(xué)生。通過(guò)不同小組在相同推動(dòng)力的條件下測(cè)試每個(gè)火箭的最大升空高度，組織學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。

4 從傳統(tǒng)的知識(shí)的傳遞者變成知識(shí)的建構(gòu)者

在STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，教師將不再是傳統(tǒng)單純的知識(shí)擁有者的角色，而應(yīng)該根據(jù)學(xué)生在相關(guān)的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中所遇到的問(wèn)題和需要，扮演傳遞知識(shí)的媒介的作用，提供豐富的學(xué)習(xí)資源。在STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，教師不僅作為知識(shí)的建構(gòu)者，同時(shí)也是知識(shí)的學(xué)習(xí)者。

案例：當(dāng)小組學(xué)生完成作品的設(shè)計(jì)制作并進(jìn)行測(cè)試時(shí)，教師和學(xué)生一起觀察研究火箭的外形特征對(duì)在相同動(dòng)力下火箭升空高度的影響。總結(jié)、對(duì)比和討論，研究總結(jié)出外形特征：（1）火箭頂部：火箭頂部要尖銳，箭頭和箭身形成一種流線型，減少飛行時(shí)的空氣阻力；（2）火箭箭身：箭身長(zhǎng)度和底部直徑比10：1；（3）火箭尾翼：數(shù)量精簡(jiǎn)，且分部均勻，較少氣流以及維持飛行的穩(wěn)定。符合以上特點(diǎn)，飛行高度才會(huì)越高。

STEM教育是將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科放在一起的簡(jiǎn)稱，是一種強(qiáng)調(diào)多學(xué)科進(jìn)行交叉融合的新興教育方式，倡導(dǎo)將多學(xué)科進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的一種全新教育方式理念，旨在提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐、科技創(chuàng)新以及綜合素質(zhì)能力?，F(xiàn)有相關(guān)數(shù)據(jù)研究表明，當(dāng)前很多地方實(shí)施的 STEM教學(xué)過(guò)程中不同程度的都出現(xiàn)了將不同學(xué)科知識(shí)以割裂（分學(xué)科）的方式進(jìn)行教學(xué)的現(xiàn)象，[3]甚至有些 STEM教學(xué)只是簡(jiǎn)單地將多門學(xué)科進(jìn)行拼湊組合，并沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)性的交叉融合，使其成為一個(gè)有機(jī)的整體。關(guān)于 STEM教師隊(duì)伍建設(shè)方面，目前普遍存在 STEM教師素質(zhì)不足和STEM教師隊(duì)伍不穩(wěn)[4]的情況，小學(xué)科學(xué)作為術(shù)科，在學(xué)校中的地位沒(méi)有語(yǔ)文、數(shù)學(xué)以及外語(yǔ)重要，因此并沒(méi)有得到相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的應(yīng)有重視。很多學(xué)校缺乏專職科學(xué)教師也是開展STEM教育面臨的另外一個(gè)困境。由于缺少足夠的專職科學(xué)教師，有些學(xué)校的科學(xué)課采取由語(yǔ)文或者數(shù)學(xué)老師代課的形式進(jìn)行開展，教師的科學(xué)素質(zhì)良莠不齊。此外，受中國(guó)傳統(tǒng)教育理念以及當(dāng)前應(yīng)試教育的束縛與影響，家長(zhǎng)普遍重視語(yǔ)文、數(shù)學(xué)以及外語(yǔ)科目的教學(xué)，對(duì)于小學(xué)科學(xué)等增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)的術(shù)科家長(zhǎng)給予的關(guān)注度普遍不高，不太重視 STEM[4]教學(xué)，如何轉(zhuǎn)變學(xué)生及家長(zhǎng)的傳統(tǒng)的教育觀念也是當(dāng)前教育所亟需解決的問(wèn)題之一。

STEM作為一種當(dāng)前新興的國(guó)際流行教育理念，當(dāng)前還沒(méi)有達(dá)到一個(gè)在全國(guó)范圍內(nèi)推廣的程度，缺乏相關(guān)高層教育管理部門的重視與推廣，需要有關(guān)教育管理部門組織一系列相對(duì)應(yīng)的大規(guī)模全國(guó)推廣活動(dòng)。目前來(lái)看，在全國(guó)進(jìn)行大規(guī)模推進(jìn)STEAM教育現(xiàn)階段還比較困難，還無(wú)法讓我們更多的學(xué)生從STEM教學(xué)中受益。盡管困難，但是我相信只要我們廣大一線的科學(xué)教師都做點(diǎn)努力，貢獻(xiàn)自己的一份力量，在日常的科學(xué)課堂進(jìn)行STEM教育教學(xué)，推廣STEM教育理念，一切都將有所好轉(zhuǎn)。

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