整合+拓展：基于STEM理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐探索

王小梅

[摘 要]小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提倡跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式，提倡科學(xué)教師將STEM教育理念運(yùn)用于自己的教學(xué)實(shí)踐。教師可通過(guò)“整合+拓展”的方法，在單課、單元、學(xué)科拓展的教學(xué)活動(dòng)中開展基于STEM理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞]小學(xué)科學(xué)；整合；拓展；STEM

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：小學(xué)科學(xué)課程是一門綜合性課程。其倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，提倡科學(xué)教師嘗試將STEM運(yùn)用于自己的教學(xué)實(shí)踐[1]。STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的統(tǒng)稱，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式。我國(guó)對(duì)STEM教育的研究雖然處于起步階段，但已經(jīng)引起教育專家和研究人員的廣泛關(guān)注，中小學(xué)校正在陸續(xù)引入STEM教育，以尋求課程改革新的生長(zhǎng)點(diǎn)。筆者作為一線小學(xué)科學(xué)教師，在以STEM理念引領(lǐng)科學(xué)教學(xué)方面進(jìn)行了積極的探索。

一、單課學(xué)習(xí)：

以基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)整合多學(xué)科教學(xué)

基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)是指一種讓學(xué)生通過(guò)不一定有正確答案的真實(shí)性問(wèn)題而獲取知識(shí)的教學(xué)，是由理解和解決問(wèn)題的活動(dòng)構(gòu)成的一種新的教學(xué)方式。在科學(xué)課中引入基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)能促進(jìn)學(xué)生在真實(shí)情境中對(duì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題展開探究，使學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的過(guò)程類似“像科學(xué)家那樣研究”的過(guò)程，從而使科學(xué)學(xué)習(xí)更接近對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

以教科版六年級(jí)下冊(cè)第三單元為例。這一單元是在學(xué)生在五年級(jí)時(shí)學(xué)過(guò)了“地球運(yùn)動(dòng)”之后，繼續(xù)引領(lǐng)他們探索宇宙的奧秘，拓寬對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)并建立初步的宇宙觀。單元內(nèi)容設(shè)置包括“天體概況”“天體運(yùn)動(dòng)”和“天體現(xiàn)象”。而“地球的衛(wèi)星——月球”作為單元起始課，編排了“人類對(duì)月球的探索”和“我的月球卡”兩個(gè)板塊的內(nèi)容，希望學(xué)生在認(rèn)識(shí)人類探索月球所取得成就的基礎(chǔ)上整理相關(guān)知識(shí)，以“月球卡”的形式展示并交流人類對(duì)月球的認(rèn)識(shí)。學(xué)生受認(rèn)知能力尤其是空間想象能力所限，受日常生活體驗(yàn)的影響，往往對(duì)相關(guān)概念的認(rèn)識(shí)較模糊，甚至存在偏差、混淆甚至是錯(cuò)誤。為了能夠讓學(xué)生更直觀地了解地月系、月相變化、太陽(yáng)系等天文知識(shí)，教師通常會(huì)采用圖片或動(dòng)畫、視頻的方法模擬天文現(xiàn)象，搭建概念轉(zhuǎn)化的“腳手架”。這種方法稱之為圖像建模。而許多宇宙領(lǐng)域的“模型”多是科學(xué)家根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)造出來(lái)的。有時(shí)，這種非等比例的模型以“告知真相”或“說(shuō)明原理”的形式出現(xiàn)在學(xué)生面前，反而會(huì)讓學(xué)生忽視了地月的“直徑”“體積”“質(zhì)量”等現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)，形成對(duì)天體之間關(guān)系的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。在本課教學(xué)前，筆者曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)調(diào)查：讓學(xué)生以圖畫的形式表現(xiàn)“月球圍繞地球轉(zhuǎn)”，然后再提供月地的直徑與距離數(shù)據(jù)，讓學(xué)生修正自己的圖畫。結(jié)果，學(xué)生并不是根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)修正圖畫，而是紛紛質(zhì)疑自己是否算錯(cuò)了比例：“不可能啊，不可能一張紙都畫不下”！

基于對(duì)教材的解讀與學(xué)情分析，這一課的教學(xué)可以用建模問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，融合數(shù)學(xué)和科學(xué)，引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷“展示初始模型—為準(zhǔn)確建模而認(rèn)識(shí)人類探月歷程—整理資料，獲取數(shù)據(jù)—計(jì)算數(shù)據(jù)，處理信息—建造模型—評(píng)價(jià)模型”的跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程，在建模過(guò)程中使學(xué)生加深對(duì)地月關(guān)系的認(rèn)識(shí)，感受宇宙的廣闊和神秘；激發(fā)學(xué)生探索宇宙的好奇心，積累建造模型的科學(xué)學(xué)習(xí)的體驗(yàn)，提升科學(xué)的思維方式。于是，教師將課題改為“建一個(gè)地月模型”，引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷基于問(wèn)題的跨學(xué)科學(xué)習(xí)（見(jiàn)表1）。

二、單元主題學(xué)習(xí)：

以基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)融合多學(xué)科教學(xué)

研究表明，如果把學(xué)習(xí)割裂開來(lái)，學(xué)生就經(jīng)常不能理解各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域是如何相互聯(lián)系的。當(dāng)不同學(xué)科相互整合，且學(xué)生參與到具有社會(huì)性互動(dòng)的學(xué)習(xí)中，概念性知識(shí)就得以形成?；陧?xiàng)目的學(xué)習(xí)是以學(xué)科的概念和原理為中心，利用學(xué)生自主探究的過(guò)程來(lái)獲得與現(xiàn)實(shí)生活有關(guān)聯(lián)且能付諸應(yīng)用的學(xué)習(xí)結(jié)果的新型探究性學(xué)習(xí)模式[2]。圍繞單元主題開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)能統(tǒng)領(lǐng)單元學(xué)習(xí)，將單元主題學(xué)習(xí)置于一個(gè)大的真實(shí)情境中，用單元核心概念將分課時(shí)的學(xué)習(xí)串聯(lián)起來(lái)，促進(jìn)學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)的發(fā)生。如“食物”單元，以“設(shè)計(jì)制作一份營(yíng)養(yǎng)餐”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)統(tǒng)整單元內(nèi)容（見(jiàn)表2）。在項(xiàng)目背景下開展“為什么要吃食物”“我們吃得健康嗎”“我們?cè)撛趺闯浴薄霸O(shè)計(jì)制作我們的營(yíng)養(yǎng)餐”“展示我的營(yíng)養(yǎng)餐”等相關(guān)學(xué)習(xí)與活動(dòng)。在此過(guò)程中，學(xué)生的每一次學(xué)習(xí)經(jīng)歷都緊緊圍繞項(xiàng)目主題，學(xué)生的學(xué)習(xí)是主動(dòng)的、真實(shí)的。同時(shí)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生不僅僅在經(jīng)歷科學(xué)探究，建構(gòu)科學(xué)概念，還要經(jīng)歷分類、統(tǒng)計(jì)、設(shè)計(jì)、制作、展演等跨學(xué)科的融合的學(xué)習(xí)過(guò)程?；陧?xiàng)目的學(xué)習(xí)適合小學(xué)科學(xué)課許多單元主題，如“電路”“時(shí)間”“運(yùn)動(dòng)與力”“形狀與結(jié)構(gòu)”等。

三、學(xué)科拓展學(xué)習(xí)：STEM課程開發(fā)與實(shí)施

1.拓展一個(gè)項(xiàng)目

在單元主題教學(xué)的基礎(chǔ)上，教師結(jié)合學(xué)生生活中的實(shí)際問(wèn)題，開發(fā)了STEM項(xiàng)目，將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)中的某些原理與學(xué)科知識(shí)巧妙、自然、有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，著力體現(xiàn)研究過(guò)程的系統(tǒng)性與整合性，讓學(xué)生通過(guò)多途徑、多通道獲取知識(shí)，多角度、多維度地分析和解決問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)有效解決實(shí)際問(wèn)題、提升科學(xué)素養(yǎng)的根本目標(biāo)。比如，在日常觀察中發(fā)現(xiàn)，學(xué)校各個(gè)班級(jí)的雨傘與地拖擺放存在安全隱患，于是結(jié)合科技節(jié)活動(dòng)在全校開展了“地拖雨傘架設(shè)計(jì)征集”活動(dòng)，選擇優(yōu)秀方案針對(duì)班級(jí)地拖和雨傘的放置實(shí)施了設(shè)計(jì)與改進(jìn)。又如，學(xué)校因發(fā)展需要，正在籌備新建一個(gè)停車場(chǎng)，于是在交付設(shè)計(jì)公司進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃的同時(shí)，教師在六年級(jí)學(xué)生中提出了一個(gè)STEM課題“校園停車場(chǎng)的選址與設(shè)計(jì)”（見(jiàn)表3）。確定這一項(xiàng)目，是因?yàn)樵诮炭瓢婵茖W(xué)教材六年級(jí)上冊(cè)編排了“形狀與結(jié)構(gòu)”單元，其科學(xué)核心概念是“物體形狀和結(jié)構(gòu)與承受力大小的關(guān)系”。該項(xiàng)目的目標(biāo)是：創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷“設(shè)計(jì)—模型制作—分析評(píng)價(jià)—改進(jìn)完善”的工程設(shè)計(jì)過(guò)程。在這一項(xiàng)目中，由數(shù)學(xué)、科學(xué)、信息技術(shù)學(xué)科 的教師及學(xué)校聘請(qǐng)的工程專家提供指導(dǎo)。

2.拓展一門課程

STEM課程開發(fā)已成為許多學(xué)校課程改革的重要內(nèi)容。在學(xué)科教學(xué)中實(shí)踐STEM教育的基礎(chǔ)上，學(xué)校教師也在STEM課程開發(fā)方面進(jìn)行了積極的探索。實(shí)踐表明，STEM課程開發(fā)除了參考國(guó)內(nèi)外的經(jīng)典案例之外，校本化開發(fā)也是一條行之有效的途徑，具體可參考以下做法。

一是可從學(xué)科教學(xué)內(nèi)容中創(chuàng)生。學(xué)科教學(xué)中有許多科學(xué)原理可以拓展成為STEM課程的項(xiàng)目。比如教科版科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)“沉和浮”單元，就可以開發(fā)出“定位潛水艇”“讓氣球潛水”“彩虹飲料”“浮沉子”等項(xiàng)目；六年級(jí)上冊(cè)“形狀與結(jié)構(gòu)”可以開發(fā)出建筑模型系列的課程內(nèi)容等。在單元主題延伸拓展的基礎(chǔ)上，教師可根據(jù)主題對(duì)內(nèi)容進(jìn)行整理歸類，如“模型”“建筑”“玩具”等主題，形成完整的STEM課程體系。

二是結(jié)合教師特長(zhǎng)進(jìn)行開發(fā)。許多教師有顯著的個(gè)人特長(zhǎng)與興趣愛(ài)好，這些教師本身就是STEM課程開發(fā)的重要資源。如愛(ài)好航模的教師可以開發(fā)“航?！闭n程，喜歡研究機(jī)械的教師可開發(fā)“工具揭秘與創(chuàng)新”課程，癡迷于創(chuàng)造發(fā)明的教師可開發(fā)“創(chuàng)客”課程等。

三是提煉學(xué)校的辦學(xué)特色進(jìn)行開發(fā)。挖掘?qū)W校的特色元素也是開發(fā)STEM課程的有效途徑。如浙江省瑞安市馬鞍山實(shí)驗(yàn)小學(xué)的拓展性課程體系中有一系列的特色“非遺課程”，突出了對(duì)本土化傳統(tǒng)文化的保護(hù)與傳承。圍繞這個(gè)主題，開發(fā)了“揭秘傳統(tǒng)玩具及創(chuàng)新”STEM拓展性課程，選擇了12種傳統(tǒng)玩具作為課程內(nèi)容，引領(lǐng)學(xué)生在重溫歷史、揭秘、制作、創(chuàng)造的過(guò)程中提高STEM素養(yǎng)。

綜上所述，通過(guò)基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)整合跨學(xué)科教學(xué)，通過(guò)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)融合多學(xué)科教學(xué)，以學(xué)科拓展學(xué)習(xí)的方式研發(fā)STEM校本項(xiàng)目及課程，將有助于以STEM理念統(tǒng)領(lǐng)科學(xué)學(xué)習(xí)，著力體現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程的系統(tǒng)性與整合性，促進(jìn)學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)的發(fā)生，最終實(shí)現(xiàn)有效解決實(shí)際問(wèn)題、提升科學(xué)素養(yǎng)的根本目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[2][美]羅伯特·M·卡普拉羅，瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅，詹姆斯·R·摩根.基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)[M].王雪華等，譯.上海：上?？萍冀逃霭嫔纾?016.

（責(zé)任編輯 郭向和）