STEM理念下的小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)初探

翁釗曄

【摘 要】隨著時代的發(fā)展，小學(xué)階段的科學(xué)教育越來越受到國家的重視，傳統(tǒng)的教學(xué)觀念與教學(xué)方法已難以滿足師生之間教與學(xué)的需求。近年來，STEM教育理念的興起為小學(xué)科學(xué)教學(xué)的研究打開了一扇嶄新的窗戶。STEM教育理念將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)這四者有機地結(jié)合起來，是一種跨學(xué)科的、應(yīng)用型的方法。它結(jié)合了動手做和基于問題的學(xué)習(xí)，強調(diào)學(xué)生對知識的應(yīng)用能力的提升，引導(dǎo)學(xué)生動手動腦去學(xué)科學(xué)。如何將STEM理念融入小學(xué)科學(xué)課堂，更好地促進學(xué)生的發(fā)展，值得我們?nèi)ニ伎?。筆者將以《用紙造一座橋》為例，談?wù)凷TEM理念在科學(xué)課堂中的運用。

【關(guān)鍵詞】STEM教育；科學(xué)課堂；工程

STEM 教育旨在以跨學(xué)科課程知識融合的方式培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和解決問題能力，幫助學(xué)生形成 STEM 素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)毅力，促進學(xué)生知識的內(nèi)化遷移和創(chuàng)造力的進階發(fā)展[1]。

經(jīng)過設(shè)計、實施，并且嘗試改進，筆者認(rèn)為《用紙造一座橋》是一節(jié)能夠較好融入STEM理念的科學(xué)課。這節(jié)課需要學(xué)生聯(lián)系已有的關(guān)于結(jié)構(gòu)形狀的相關(guān)知識，并且運用工程、數(shù)學(xué)有關(guān)內(nèi)容去設(shè)計一個造紙橋的方案，嘗試去做，并且經(jīng)歷交流反思、再次改進方案。整節(jié)課是聯(lián)系生活以及已有知識的過程，能夠激發(fā)學(xué)生的探究欲望，也是學(xué)生動手動腦相結(jié)合的過程。同時整節(jié)課是圍繞“設(shè)計”進行的，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和思維能力；

一、《用紙造一座橋》中科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Maths）應(yīng)用的體現(xiàn)

S：增強材料抗彎曲能力的方法；橋的結(jié)構(gòu)和特點；

T：制作紙橋所需的各種材料、工具、方法的應(yīng)用；

E：紙橋結(jié)構(gòu)的規(guī)劃與調(diào)整；作品實用性思考；

M：設(shè)計圖的制作； 紙橋各部分所需材料多少的計算；

二、整節(jié)課的實施

筆者將整節(jié)課的實施分為：明確問題、制定合理的解決方案、實施方案、交流反思、優(yōu)化方案再實施這五部分。

（一）明確問題

每節(jié)課都是根據(jù)一個主題或是項目進行的，在開始之前學(xué)生需要明確課程內(nèi)容和要求，這樣才能夠為更好地完成探究任務(wù)打下基礎(chǔ)。

筆者先展示一組生活中橋梁的圖片以及本節(jié)課需要用到的實驗材料。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生會意識到課堂上所學(xué)的科學(xué)知識與實際生活中工程技術(shù)領(lǐng)域的建筑有著重要的聯(lián)系，甚至可以被自己利用起來去設(shè)計、創(chuàng)造屬于自己的紙橋，這是一個能夠激起學(xué)生主動去探究、去創(chuàng)新的過程，也是一個將技術(shù)、工程領(lǐng)域產(chǎn)品跟科學(xué)課結(jié)合起來的過程。接著出示任務(wù)：利用一張長77cm，寬55cm的報紙，制作長>25cm、寬>8cm、能夠承受大于200克重物的紙橋，引發(fā)學(xué)生思考。

（二）制定合理的解決方案

在這一階段，需要學(xué)生利用自身掌握的知識和思維能力進行分析，尋求解決問題的方法。當(dāng)碰到較為復(fù)雜的問題時，就需要將問題細(xì)化分解成多個小問題，對這些小問題進行分析來尋求最終的解決方案。在這個環(huán)節(jié)中，教師先引導(dǎo)學(xué)生去探討制作紙橋需要注意哪些問題，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)要想按要求制作紙橋需要考慮很多的問題。既要考慮所提供材料的特點，還要考慮橋的結(jié)構(gòu)以及如何能夠承受200克的重量等，這些都需要解決。之后讓學(xué)生在組內(nèi)討論橋的制作方案。

學(xué)生相互討論、質(zhì)疑的過程也是產(chǎn)生思維沖突的過程，潛移默化地鍛煉了其思維的創(chuàng)造性。在這個過程中第一個難題是如何充分利用一張長77cm，寬55cm的報紙，制作長25cm寬8cm的紙橋；這個過程就需要學(xué)生去設(shè)計，利用數(shù)學(xué)知識去計算怎么裁剪才能利用好這張報紙；在設(shè)計的過程中體現(xiàn)了數(shù)學(xué)知識在科學(xué)探究中應(yīng)用，用好數(shù)學(xué)知識更能夠幫助學(xué)生解決科學(xué)問題，也在科學(xué)課中強化了數(shù)學(xué)知識的運用。此外，在設(shè)計時又要考慮到橋的承重能力，也就需要學(xué)生去提取工程方面的知識來解決這個問題；在學(xué)生畫草圖中，再次將幾何的知識提取運用；在學(xué)生動手制作的過程中，又一次將理論的知識服務(wù)于實踐。

（三）方案的實施

在科學(xué)課堂中實踐是檢驗研究計劃的最好的方法。在這個過程中學(xué)生會碰到各種理想狀態(tài)下難以發(fā)現(xiàn)的問題，學(xué)生會意識到真正動手操作的難度，一定程度上也考驗了學(xué)生動手動腦相結(jié)合的能力，這跟STEM教育理念所傳達(dá)的內(nèi)容相互吻合。同時也促進了學(xué)生的反思，為完善實施方案提供可能。

（四）交流反思

事實上，每個環(huán)節(jié)都應(yīng)考慮到學(xué)生之間的交流，給予其機會表達(dá)自己的觀點、想法。但方案實施后的交流反饋顯得更加重要。在方案實施后的交流中，應(yīng)該讓學(xué)生分享制作測試結(jié)果、改進設(shè)計方案的想法，以及支撐這些想法的依據(jù)等。

（五）優(yōu)化方案再實施

筆者在拓展延伸環(huán)節(jié)再次布置任務(wù)，讓學(xué)生在反思的基礎(chǔ)上再按要求去重新設(shè)計制作一座紙橋。經(jīng)歷這個過程，學(xué)生將再次建立系統(tǒng)的研究思路、并再次運用數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)相關(guān)知識去解決科學(xué)問題。 三、總結(jié)

STEM教育是基于項目、 問題和設(shè)計的學(xué)習(xí)與操作過程，在這樣的過程中建立知識與生活之間的聯(lián)系，從而在學(xué)生腦中進行強化，深入潛意識，為創(chuàng)新提供了直覺基礎(chǔ)[2]。在《用紙造一座橋》這節(jié)課中，學(xué)生根據(jù)提出的紙橋要求，進行討論，分析，在分析問題的過程中，運用科學(xué)知識和工程思想設(shè)計解決方案。在學(xué)生親自動手制作的過程中，明白方案的可行性及需要解決的問題，在經(jīng)歷交流反饋后，再對制作紙橋方案進行完善并再次動手實踐。整節(jié)課的教學(xué)過程中，體現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間的整合，潛移默化地培養(yǎng)著學(xué)生分析問題，解決問題的能力，及小組合作探究和語言表達(dá)的能力。

處在小學(xué)階段的兒童對外界事物充滿著好奇，有一顆探索世界的童心，他們?nèi)狈Φ氖侵R和經(jīng)驗。筆者認(rèn)為，如果能夠在科學(xué)課堂教學(xué)中融入STEM教育理念，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的實踐探究能力和創(chuàng)造性思維與批判性思維等，將對其科學(xué)素養(yǎng)的形成以及個體的發(fā)展起到舉足輕重的作用；也將為小學(xué)科學(xué)的發(fā)展插上翱翔的翅膀。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔立，劉良貴.淺談美國STEM教育的建議及啟示[J].中國校外教育，2015，（01）：15.

[2]蔣志輝，趙呈領(lǐng)，周鳳伶，梁云真，黃琰. STEM教育背景下中小學(xué)生學(xué)習(xí)力培養(yǎng)策略研[J].中國電化教育，2017，（02）：25-32+41.