STEM教育 在小學(xué)科學(xué)中的應(yīng)用

陳美香

一、科學(xué)教育理念的發(fā)展

在科學(xué)教育的發(fā)展過程中，由斯賓塞提出的“科學(xué)知識(shí)最有價(jià)值”，到赫胥黎強(qiáng)調(diào)人文科學(xué)、自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)的同等地位，到杜威的經(jīng)驗(yàn)主義，到“STS教育”、建構(gòu)主義科學(xué)教育觀、有中國特色的“科學(xué)精神與人文精神”相統(tǒng)一的綠色教育?？茖W(xué)教育理念在前人的基礎(chǔ)上不斷地演變與更新，以適應(yīng)科技飛速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)。20世紀(jì)80年代美國意識(shí)到國際競(jìng)爭(zhēng)力在慢慢地下降，首次提出“科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)教育集成”的綱領(lǐng)性文件，后被簡(jiǎn)稱為“STEM”教育。“STEM”教育理念一時(shí)間風(fēng)靡各國，德國、日本等國家紛紛根據(jù)本國的實(shí)際教育情況對(duì)“STEM”教育加以探索與實(shí)踐。

二、STEM教育與新課標(biāo)“技術(shù)與工程”的契合點(diǎn)

STEM代表科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學(xué)（Mathematics）。STEM教育并不是將科學(xué)、技術(shù)、工程這四個(gè)學(xué)科簡(jiǎn)單地混合在一起，而是強(qiáng)調(diào)這四個(gè)領(lǐng)域之間的關(guān)聯(lián)性與系統(tǒng)性。小學(xué)科學(xué)新課標(biāo)將“技術(shù)與工程”歸為單獨(dú)一大類，適應(yīng)了科技發(fā)展的時(shí)代需求，符合小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，這與STEM教育有了某種程度上的契合。有利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)、設(shè)計(jì)、工程相互關(guān)系的理解，也培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際生活問題的能力。這是一個(gè)很大的突破，把技術(shù)教育作為科學(xué)教育的一個(gè)組成部分，是當(dāng)前科學(xué)教育的發(fā)展方向。同時(shí)彌補(bǔ)了我國小學(xué)缺乏技術(shù)教育的不足，可以以此為契機(jī)提高學(xué)生綜合應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的能力。

三、STEM教育滲透小學(xué)科學(xué)“形狀與結(jié)構(gòu)”的教學(xué)中

（一）小學(xué)科學(xué)“形狀與結(jié)構(gòu)”的教學(xué)現(xiàn)狀

“形狀與結(jié)構(gòu)”單元是蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)第二單元的內(nèi)容。本單元在學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了常見的材料的基礎(chǔ)上，通過各種制作活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生了解形狀與結(jié)構(gòu)的初步知識(shí)，激發(fā)學(xué)生科學(xué)制作的熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)每一課都有設(shè)計(jì)相關(guān)科學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，體現(xiàn)了“STS”教育理念。而在教學(xué)過程中，只重視單純的“提出問題-做出猜測(cè)-實(shí)驗(yàn)探究-得出結(jié)論”這樣的常規(guī)的科學(xué)探究過程。實(shí)際上，在大部分科學(xué)探究課當(dāng)中，科學(xué)探究可以說是一個(gè)有起點(diǎn)和終點(diǎn)的“馬拉松”。

（二）STEM教育的特征應(yīng)用于“形狀與結(jié)構(gòu)”

1.STEM教育的開放性與動(dòng)態(tài)性

《折形狀》本課重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生探究物體形狀和承受力的關(guān)系。學(xué)生在課堂上在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究并得出圓形紙筒的承受力最大，并得出結(jié)論。傳統(tǒng)的課堂一般只是在教室或者學(xué)校里面，而STEM課堂不再局限在教室和學(xué)校，使得學(xué)生獲得更多接觸生活和社會(huì)的機(jī)會(huì)，將科學(xué)探究真正地應(yīng)用在實(shí)踐當(dāng)中。實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生對(duì)于蛋殼的承重力有多大產(chǎn)生了濃厚的興趣。甚至有學(xué)生提出生雞蛋和熟雞蛋的承重力哪個(gè)大？針對(duì)學(xué)生的這些感興趣問題，我允許學(xué)生以小組為單位選擇一個(gè)主題，自行設(shè)計(jì)方案，并在課后進(jìn)行探究。在這個(gè)過程當(dāng)中把遇到的問題一一列出來，在班級(jí)討論或者咨詢校外科普工作者。其實(shí)這就是課堂延伸出來的更有趣的科學(xué)，也符合了STEM教育的開放與動(dòng)態(tài)特征。

2.STEM教育的綜合性與實(shí)踐性

《搭支架》主要是引導(dǎo)學(xué)生探究各種支架的穩(wěn)固性，向?qū)W生滲透淺顯的結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)，使學(xué)生能夠解釋各種建筑結(jié)構(gòu)的道理。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生對(duì)于三角形支架是最穩(wěn)定的已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)。在科學(xué)上，會(huì)接著提出“不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)要如何才能變得穩(wěn)定？”這樣的問題。學(xué)生則對(duì)問題進(jìn)行思考并試驗(yàn)。緊接著，就是技術(shù)層面的事情了。學(xué)生會(huì)根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)通過一定的技術(shù)讓不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)變得更穩(wěn)定。隨后，教師對(duì)學(xué)生的技術(shù)加以評(píng)價(jià)，這種方式叫作“架梁”。接下來的“搭建高塔”才能真正體驗(yàn)到STEM教育的實(shí)踐性。學(xué)生以小組為單位進(jìn)行合作學(xué)習(xí)：利用已有知識(shí)（數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)）——做出高塔設(shè)計(jì)圖——討論設(shè)計(jì)圖的可行性——做出預(yù)算（需要的材料）——建造高塔工程——展示成果——評(píng)價(jià)（互評(píng)與自評(píng)）——改進(jìn)設(shè)計(jì)方案——繼續(xù)改造高塔工程。在整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生對(duì)自己的設(shè)計(jì)方案和作品津津樂道，并對(duì)課程本身產(chǎn)生濃厚的興趣，其綜合技能也得到提升與發(fā)展。

3.STEM教育的設(shè)計(jì)性與合作性

《建橋梁》與《造房子》都是在前面兩節(jié)課內(nèi)容的基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生真正地參與一次較為龐大的工程設(shè)計(jì)與建造。在《搭高塔》這節(jié)課中，學(xué)生已經(jīng)有了一定的經(jīng)驗(yàn)。所以在這兩節(jié)課中，我更重視學(xué)生的自主設(shè)計(jì)與團(tuán)體合作能力。《建橋梁》教材的重點(diǎn)只放在比較三種不同形狀（平板橋、拱橋、斜拉橋）的承重力大小。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)會(huì)限定學(xué)生的思維模式，學(xué)生會(huì)認(rèn)為橋就是只有這幾種形狀。實(shí)驗(yàn)探究過后，得出相同的結(jié)論：拱橋最穩(wěn)固，平板橋最不穩(wěn)固。STEM教育強(qiáng)調(diào)自主設(shè)計(jì)，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)橋梁模型，通過小組合作完成，更能充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新性與課堂的開放性。教師可以請(qǐng)相關(guān)專業(yè)人員或大學(xué)橋梁專業(yè)人員做適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)與建議。整個(gè)教學(xué)過程中，團(tuán)隊(duì)合作滲透到多個(gè)環(huán)節(jié)中。STEM教育體現(xiàn)的合作不僅是課堂內(nèi)學(xué)生與學(xué)生之間的合作，還包括學(xué)生與教師、實(shí)驗(yàn)員、家長(zhǎng)、科學(xué)家、工程師的交流，學(xué)生在各種適合研究的場(chǎng)所如：實(shí)驗(yàn)室、科技館、工廠、科研中心等地方的合作。

三、結(jié)語

以上是我對(duì)STEM教育在小學(xué)科學(xué)課“形狀與結(jié)構(gòu)”中的應(yīng)用的一些粗淺見解，STEM教育在我國從理念走向?qū)嵺`勢(shì)在必行，其中的難度可想而知。為了培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力，更好地將STEM教育融入小學(xué)科學(xué)課程當(dāng)中，傳統(tǒng)教學(xué)的固有模式已經(jīng)不再適用。STEM教育理念的融會(huì)貫通迫在眉睫。因此，將理論融入實(shí)際教學(xué)中，逐漸發(fā)揮教育新理念的作用是大勢(shì)所趨。