在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)用STEM教育思想

潘春宵

【摘 要】 STEM教育不僅僅是包含數(shù)學(xué)、方程式和科學(xué)原理，它更是一種能夠閱讀、觀察并分析信息、得出結(jié)論從而解決問(wèn)題的創(chuàng)造性的方法。以《大氣的壓強(qiáng)》的教學(xué)為例，在新課引入、課中討論匯報(bào)與實(shí)驗(yàn)操作、課后反思等環(huán)節(jié)，應(yīng)用STEM教育思想，實(shí)現(xiàn)對(duì)教材內(nèi)容的落實(shí)和升華。表明在初中科學(xué)課堂教學(xué)中引入STEM教育思想是有效的、可行的。

【關(guān)鍵詞】 STEM教育；初中科學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)

STEM教育科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門(mén)學(xué)科的簡(jiǎn)寫(xiě)，是一個(gè)偏理工科的多學(xué)科融合教育模式。它由美國(guó)學(xué)者最早提出，后又被奧巴馬政府大力推廣。STEM教育中的技術(shù)素養(yǎng)，就是使用、管理、理解和評(píng)價(jià)技術(shù)的能力，工程素養(yǎng)就是對(duì)技術(shù)工程的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的理解。“授人魚(yú)不若授人漁”，如將工程技術(shù)相關(guān)知識(shí)引入科學(xué)課堂，對(duì)學(xué)生的理解和掌握必將大有裨益。這也符合2016年我國(guó)教育部明確指出的“積極探索信息技術(shù)在眾創(chuàng)空間、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM）教育，創(chuàng)客教育等新的教學(xué)模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新動(dòng)力。”

初中科學(xué)課堂內(nèi)容本就包括“物質(zhì)科學(xué)”、“生命科學(xué)”和“地球科學(xué)”三大主題。如能跨越學(xué)科界限，保留帶有結(jié)構(gòu)性的基本內(nèi)容，但將不同學(xué)科（物、化、生、地、信息技術(shù)）融通或連接，注重學(xué)生在過(guò)程、方法和能力上的結(jié)合和滲透，關(guān)注各學(xué)科的互動(dòng)與關(guān)聯(lián)，勢(shì)必達(dá)成學(xué)生更深刻、全面地理解科學(xué)，提高科學(xué)素養(yǎng)。這樣學(xué)生實(shí)現(xiàn)了自我價(jià)值，也能積極參與各種活動(dòng)。

一、問(wèn)題與分析

1.課堂上的困境和學(xué)生認(rèn)知上的起點(diǎn)。如何在有限的教學(xué)時(shí)間里實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的講授和實(shí)驗(yàn)的成功完成，如何選擇能實(shí)現(xiàn)最佳教學(xué)效果的課堂實(shí)驗(yàn)，如何引導(dǎo)學(xué)生自己完成對(duì)知識(shí)的領(lǐng)悟和闡述，都是在教學(xué)設(shè)計(jì)中需要思考的問(wèn)題。課堂教學(xué)內(nèi)容抽象，學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)平實(shí)，兩者都會(huì)對(duì)學(xué)生的領(lǐng)悟造成干擾，也對(duì)教師的教學(xué)能力提出了要求。

2.學(xué)科邏輯順序和學(xué)生心理“順序”的矛盾。雖然生活在大氣的“海洋”中，但因我們已經(jīng)完全適應(yīng)了大氣壓對(duì)身體的作用。學(xué)生在生活中就難以察覺(jué)到大氣壓的存在，也不習(xí)慣用大氣壓的知識(shí)去解釋有關(guān)現(xiàn)象。比如學(xué)生會(huì)認(rèn)為是嘴把飲料吸上來(lái)的，卻很難接受是大氣壓把飲料壓上來(lái)。

二、教學(xué)改進(jìn)的思路和策略

在幫助學(xué)生建構(gòu)大氣壓的概念時(shí)，應(yīng)先了解學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)和他們感興趣的內(nèi)容，由于學(xué)生日常積累的認(rèn)識(shí)概念可能膚淺、可能錯(cuò)誤。故教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注學(xué)生的前概念。小學(xué)里學(xué)生學(xué)過(guò)地球表面都有大氣，存在大氣壓，了解吸盤(pán)的構(gòu)造。初中課堂上可以注重對(duì)現(xiàn)象原因的剖析，注重對(duì)學(xué)生信息獲得能力和知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)。

讓學(xué)習(xí)活動(dòng)真正發(fā)生，需要營(yíng)造學(xué)習(xí)的氛圍，就是“建構(gòu)適合學(xué)生學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)”。在科學(xué)的STEM活動(dòng)中，教師應(yīng)該如何引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)實(shí)際現(xiàn)象把握其背后的科學(xué)概念：一是可以讓孩子們自己提出自己的觀點(diǎn)，在討論中歸納出相關(guān)科學(xué)概念；二是教師圍繞核心概念以追問(wèn)的形式，提出問(wèn)題。

課堂上，學(xué)生在對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析時(shí)，教師引導(dǎo)他們自發(fā)幫助彼此，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤想法，搭建支架，促進(jìn)彼此轉(zhuǎn)變，在提高學(xué)生思維能力的同時(shí)，也可以幫助學(xué)生建構(gòu)正確的概念。在嘗試解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生會(huì)遇到許多未知的、不清楚的知識(shí)點(diǎn)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生查閱資料或進(jìn)行探究活動(dòng)，自主解決這些問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)。

三、《大氣的壓強(qiáng)第一課時(shí)》的學(xué)習(xí)過(guò)程

1.引入——小魔術(shù)的揭秘。選用普通可樂(lè)瓶，在瓶口套上氣球，教師和學(xué)生一起吹，但教師吹氣時(shí)不堵住小孔，氣球變大后再堵住，想讓氣球縮小時(shí)不堵住。明顯的效果差異，激發(fā)學(xué)生探究的欲望。由引入暴露出真實(shí)問(wèn)題，學(xué)生猜測(cè)小孔的作用，對(duì)比吸盤(pán)掛鉤，猜測(cè)可能是大氣壓的緣故。

2.請(qǐng)學(xué)生利用現(xiàn)有器材（若桌上沒(méi)有可描述），小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明大氣壓的存在。匯報(bào)時(shí)要求用科學(xué)語(yǔ)言：我選擇了什么器材，怎么操作，觀察到什么現(xiàn)象，證明大氣壓的存在。教師可適當(dāng)提供幫助。吸盤(pán)實(shí)驗(yàn)、注射器吸水實(shí)驗(yàn)、瓶中取袋實(shí)驗(yàn)、拔火罐實(shí)驗(yàn)、覆杯實(shí)驗(yàn)、希羅噴泉等等，學(xué)生的想法很多。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注日常生活中的現(xiàn)象，利用趣味的STEM活動(dòng)進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生將前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念。

3.教授大氣壓的大小時(shí)，改進(jìn)覆杯實(shí)驗(yàn)，杯子為透明一次性塑料杯，杯壁薄，做如圖所示（新覆杯實(shí)驗(yàn)）。引導(dǎo)學(xué)生測(cè)量、建模、計(jì)算，融合數(shù)學(xué)方法。

4.結(jié)合生活中垃圾桶里垃圾袋放入時(shí)總會(huì)鼓起，請(qǐng)學(xué)生小組合作，重新設(shè)計(jì)垃圾桶，體現(xiàn)STEM教育的工程技術(shù)思想，也幫助學(xué)生盡快內(nèi)化所學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的拓展和回歸。

四、關(guān)于幾項(xiàng)操作策略的反思

1.在引入時(shí)，激發(fā)矛盾，揭開(kāi)本節(jié)課學(xué)習(xí)的真實(shí)目的。激發(fā)學(xué)生的濃厚興趣，課就成功了一半。學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)入新課的學(xué)習(xí)，為后續(xù)的矛盾的解決創(chuàng)設(shè)了良好的開(kāi)端。

2.學(xué)生小組合作，自選器材、自主設(shè)計(jì)、自己解釋，活動(dòng)的開(kāi)展牢牢地吸引著學(xué)生的注意力，發(fā)揮學(xué)生的主觀力量，也幫助學(xué)生建構(gòu)核心概念。既關(guān)注了學(xué)生在過(guò)程、方法和能力上的結(jié)合和滲透，應(yīng)用了各學(xué)科知識(shí)的互動(dòng)和關(guān)聯(lián)，又達(dá)成學(xué)生更深刻、全面理解課堂知識(shí)的目的，實(shí)現(xiàn)了核心素養(yǎng)的教學(xué)。

STEM教育就是一種教學(xué)策略，以解決實(shí)際問(wèn)題為目標(biāo)，運(yùn)用多種學(xué)科思想，探究或驗(yàn)證課堂知識(shí)。教學(xué)過(guò)程中對(duì)于教學(xué)工具的選擇、教學(xué)活動(dòng)的組織都優(yōu)于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，體現(xiàn)了技術(shù)的厚度和廣度。通過(guò)STEM教育，教師可以為學(xué)生提供多種解決方案，供學(xué)生使用。數(shù)學(xué)知識(shí)，工程知識(shí)，技術(shù)知識(shí)和技能型課程（實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)），新舊知識(shí)的大碰撞，以生活經(jīng)驗(yàn)作為課堂的前站，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和內(nèi)化，達(dá)成設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)。

孟子曰“賢者以其昭昭使人昭昭”，對(duì)此，路漫漫兮！

【參考文獻(xiàn)】

楊聰，夏子玫.促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念的STEM活動(dòng)設(shè)計(jì)——“設(shè)計(jì)保溫杯”案例[J].中國(guó)科技教育，2017，1.