小學(xué)科學(xué)教學(xué)中STEM教育理念的實(shí)踐

□文｜曹秀菊

我國小學(xué)教育早在世紀(jì)之初就明確了課程改革的內(nèi)容和方向，《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》明確指出：“倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、勤于動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力?！碑?dāng)前小學(xué)科學(xué)教育的轉(zhuǎn)型與發(fā)展正是這一教育要求的具體體現(xiàn)，特別是《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的頒發(fā)和“中國 STEM 教育 2029 創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”（以下簡稱“行動(dòng)計(jì)劃”）的啟動(dòng)，為小學(xué)科學(xué)教學(xué)中STEM教育理念的著地呈現(xiàn)出新的實(shí)施思路。

小學(xué)科學(xué)中的STEM教育思想

小學(xué)科學(xué)課是在小學(xué)校中實(shí)施STEM教育的主陣地，這主要是由它特殊的學(xué)科地位決定的。STEM教育產(chǎn)生于美國，經(jīng)歷了從“世界科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者的單一培養(yǎng)目標(biāo)”發(fā)展為“造就科學(xué)家、技術(shù)專家、工程師和數(shù)學(xué)家的復(fù)合培養(yǎng)目標(biāo)”、從“最初追求卓越的本科生教育”下移到“K——12年級四學(xué)科基礎(chǔ)性教育”、從“培養(yǎng)具有國際競爭力人才”演變?yōu)椤皩W(xué)生參與、學(xué)科多元的項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式”的過程，其基本內(nèi)涵與教育價(jià)值在不斷地?cái)U(kuò)展和延伸，但無論其形成階段還是發(fā)展階段，都與科學(xué)教育密不可分。

我國小學(xué)科學(xué)教育已將培養(yǎng)每一位學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)作為課程宗旨，并成功地與國際科學(xué)教育接軌，在2017版的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中增設(shè)了“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在完成科學(xué)探究活動(dòng)的同時(shí)，體驗(yàn)工程技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)，并進(jìn)一步明確：“工程技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)，工程是運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、解決實(shí)際問題和制造產(chǎn)品的活動(dòng)”，工程技術(shù)實(shí)踐是一項(xiàng)綜合性、創(chuàng)造性的活動(dòng)，需要多學(xué)科知識和技能的共同支持才能完成，因而科學(xué)課成為“行動(dòng)計(jì)劃”在小學(xué)落實(shí)的不可或缺的關(guān)鍵所在，至少體現(xiàn)出三方面的STEM教育思想。

STEM教育是科學(xué)探究和工程技術(shù)實(shí)踐的過程

科學(xué)探究和工程技術(shù)實(shí)踐是當(dāng)前小學(xué)科學(xué)教育倡導(dǎo)的主要學(xué)習(xí)方式，科學(xué)探究是指學(xué)生像科學(xué)家那樣運(yùn)用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方法研究科學(xué)問題，促進(jìn)他們形成科學(xué)探究能力、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度。工程技術(shù)實(shí)踐是指學(xué)生像工程師那樣設(shè)計(jì)思考以解決工程問題，以使他們形成解決問題能力、創(chuàng)新思維、合作精神。當(dāng)科學(xué)問題與工程問題在本質(zhì)上建立起聯(lián)系時(shí)，學(xué)生就要綜合運(yùn)用多種能力完成任務(wù)，科學(xué)問題擴(kuò)展為實(shí)踐問題，科學(xué)探究提升為科學(xué)實(shí)踐，科學(xué)學(xué)習(xí)發(fā)展為STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)。

STEM教育是綜合運(yùn)用多學(xué)科知識技能的過程

真實(shí)世界需要解決的問題往往涉及多種學(xué)科知識，實(shí)際中遇到的工程問題也不會局限于數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)與工程四個(gè)學(xué)科，為學(xué)生提供STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)，會激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，調(diào)動(dòng)他們運(yùn)用多學(xué)科知識綜合解決問題，體現(xiàn)STEM教育跨學(xué)科的顯著特點(diǎn)。更可貴的是，學(xué)生會在解決問題的過程中，重新構(gòu)建他們的知識系統(tǒng)，糾正以往對某些科學(xué)的誤解，深化部分科學(xué)概念的理解，將碎片化的科學(xué)事實(shí)和科學(xué)概念集合起來，進(jìn)一步理清他們之間的關(guān)系，適當(dāng)做出解釋，在頭腦中形成科學(xué)大概念。

STEM教育是共同合作解決實(shí)際問題的過程

STEM教育所倡導(dǎo)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)與科學(xué)探究活動(dòng)一樣，都需要小組成員合作完成學(xué)習(xí)任務(wù)，從而提高每一位學(xué)生的合作能力，這也正是新世紀(jì)公民所必需的生存能力和競爭能力。聯(lián)合國教科文組織國際教育發(fā)展委員會早在聯(lián)合國教科文組織成立五十周年提交的報(bào)告《學(xué)會生存》中就明確提出21世紀(jì)的教育發(fā)展要走團(tuán)結(jié)之路，國家與國家之間要團(tuán)結(jié)，合作交流教育經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)全球發(fā)展戰(zhàn)略。人與人之間的協(xié)調(diào)與協(xié)作能力是完成規(guī)?；蝿?wù)的必備條件，合作意識和協(xié)作能力是現(xiàn)代人的一項(xiàng)基本素質(zhì)和品格。

小學(xué)科學(xué)中的STEM教育實(shí)施方法

自“行動(dòng)計(jì)劃”啟動(dòng)以來，各地中小學(xué)STEM教育的研究和實(shí)踐活動(dòng)有層次、分階段地迅速發(fā)展起來，眾學(xué)校和相關(guān)部門盡可能地調(diào)動(dòng)一切可利用資源，逐步形成有規(guī)模、跨領(lǐng)域、多學(xué)段的STEM教育發(fā)展聯(lián)合體，完善同發(fā)展、重合作、多學(xué)科的STEM教育實(shí)踐路徑，小學(xué)科學(xué)課在此發(fā)揮著舉足輕重的作用。

以點(diǎn)帶面，發(fā)揮精英學(xué)校的領(lǐng)航作用

剛剛落幕的主題為“融合的力量——STEM與學(xué)科教學(xué)”第三屆中國STEM教育發(fā)展大會展示了第一批STEM教育領(lǐng)航學(xué)校的教學(xué)成果，示范學(xué)校各俱特色，在充分發(fā)揮學(xué)校優(yōu)勢條件的基礎(chǔ)上，還有效利用社會資源，因地制宜地開展STEM教育活動(dòng)?？v觀小學(xué)校開展的活動(dòng)，大多離不開科技活動(dòng)或科學(xué)教學(xué)，海安市實(shí)驗(yàn)小學(xué)就立足科學(xué)和信息技術(shù)課堂，開展“紙?jiān)煨驮O(shè)計(jì)”、“保護(hù)雞蛋”等活動(dòng)，讓學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)科知識解決問題；長春吉大附中力旺實(shí)驗(yàn)小學(xué)在科學(xué)學(xué)科活動(dòng)的基礎(chǔ)上開發(fā)“制作霧霾口罩”、“保護(hù)企鵝”等STEM教育案例，構(gòu)建“學(xué)科、技能；社團(tuán)、生態(tài)；研究、創(chuàng)新”的三級課程體系；張家港市實(shí)驗(yàn)小學(xué)的科學(xué)教師在與英籍STEM教師的交流學(xué)習(xí)中，積極開發(fā)適宜本校學(xué)生發(fā)展需求的具有科學(xué)學(xué)科特色的STEM項(xiàng)目課程，如“設(shè)計(jì)喂鳥器”、“制作肺活量計(jì)”等；東莞市陽光第三小學(xué)創(chuàng)辦“開才少年科學(xué)院”，吸納學(xué)生參加“愛科學(xué)展風(fēng)采”的豐富活動(dòng)。

這類學(xué)校在STEM教育領(lǐng)域有著前瞻性的教育發(fā)展理念，大多可以借助于前期“創(chuàng)客教育”、“眾創(chuàng)空間”等教育活動(dòng)的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)和逐步積累起來的辦學(xué)條件，積極調(diào)動(dòng)教師的探索熱情，組織他們進(jìn)行交流培訓(xùn)學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)多學(xué)科融合，進(jìn)行STEM教育課堂教學(xué)實(shí)踐，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的教學(xué)案例，實(shí)現(xiàn)校本的STEM教育課程研發(fā)、教材編寫。他們在STEM教育的整體推進(jìn)過程中，.以點(diǎn)帶面，充分發(fā)揮精英學(xué)校的探索和引領(lǐng)作用。

全面發(fā)展，提升STEM教育的整體水平

我國的STEM教育全面啟動(dòng)以后，盡管推進(jìn)進(jìn)程迅速，學(xué)校和教師的熱情很高，但仍存在局部發(fā)展快的不均衡的局面，大多數(shù)小學(xué)校沒有先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備，不具備高科技項(xiàng)目的開展條件，很多學(xué)校的科學(xué)教師在課堂教學(xué)中積極踐行STEM教育理念，推進(jìn)STEM教育的普及。如，東北師大附中凈月實(shí)驗(yàn)學(xué)校的科學(xué)教師積極探索以小學(xué)科學(xué)為主的多學(xué)科融合的教學(xué)模式，教學(xué)中通過“造意面框架橋”等活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生的多學(xué)科學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和能力的發(fā)展。長春慧達(dá)小學(xué)的科學(xué)教師深入理解《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》引入“工程和技術(shù)”內(nèi)容對于學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的重要性和教育價(jià)值，設(shè)計(jì)“工藝手工皂”等案例，進(jìn)而開發(fā)跨學(xué)科的STEM教學(xué)案例。這些有益的嘗試和實(shí)踐，都可以更廣泛地推進(jìn)STEM教育，促進(jìn)STEM教育的的普及，使STEM教育從精英化走向全民化，進(jìn)一步落實(shí)《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃綱要實(shí)施方案（2016—2020年）》。小學(xué)科學(xué)教育中普及STEM教育至少要滿足以下三個(gè)條件。

（1）由科學(xué)探究向工程實(shí)踐轉(zhuǎn)變

在當(dāng)前國內(nèi)的小學(xué)科學(xué)教育中，科學(xué)探究已成為其顯著特征，且在更多教師的理解和運(yùn)用中逐漸被步驟化和模式化，教師努力地幫助學(xué)生像科學(xué)家那樣思考問題、研究問題，搜集科學(xué)證據(jù)以支持推測、得出結(jié)論，從而形成一定的科學(xué)思維和科學(xué)方法。然而，實(shí)際生活和工作中，遇到的更多情況是需要解決問題，學(xué)生不僅要具備研究問題的能力，更要形成解決問題的能力，這種能力在工程實(shí)踐技術(shù)活動(dòng)中得以形成，在STEM教育項(xiàng)目學(xué)習(xí)中得發(fā)展，學(xué)生的學(xué)習(xí)由科學(xué)探究向工程實(shí)踐轉(zhuǎn)變，能夠更主動(dòng)、更靈活地獲取和運(yùn)用證據(jù)，構(gòu)建和完善科學(xué)知識，形成自己的科學(xué)理論。

（2）由科學(xué)問題向真實(shí)問題的轉(zhuǎn)變

科學(xué)問題原本是科學(xué)家在特定的知識背景下提出的需要解決而尚未解決的問題，是為研究科學(xué)知識或科學(xué)技術(shù)而產(chǎn)生的。學(xué)生面臨的科學(xué)問題是為經(jīng)歷科學(xué)學(xué)習(xí)而存在的，這些問題大多數(shù)是科學(xué)知識層面的，主要作用是幫助學(xué)生構(gòu)建知識系統(tǒng)，而解決問題能力的形成需要建立在真實(shí)問題基礎(chǔ)之上，工程設(shè)計(jì)問題和STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)正是呈現(xiàn)真實(shí)情境中的實(shí)際問題，促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)方案、建立模型、交流檢驗(yàn)，可見，在科學(xué)教學(xué)中實(shí)施STEM教育，關(guān)鍵在于科學(xué)問題向真實(shí)問題的轉(zhuǎn)變。

（3）由學(xué)習(xí)知識向運(yùn)用知識的轉(zhuǎn)變

學(xué)生進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)和STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)，是學(xué)習(xí)知識和運(yùn)用知識的關(guān)系?；谔骄康目茖W(xué)學(xué)習(xí)，從問題的提出到收集、分析和解釋實(shí)證，最終形成的是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)概念，這是一個(gè)自主學(xué)習(xí)知識的過程。而STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)是多學(xué)科交叉的學(xué)習(xí)行為，學(xué)習(xí)結(jié)果是綜合運(yùn)用已得知識解決實(shí)際任務(wù)，可見，STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)是學(xué)生科學(xué)探究行為的有益延伸。