在STEM教育中培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

摘? 要：在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，推進(jìn)STEM教育是當(dāng)前教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。它提倡跨學(xué)科間的融合，強(qiáng)調(diào)問(wèn)題的真實(shí)性，注重探究的過(guò)程，注重協(xié)作的過(guò)程，注重創(chuàng)造力的培養(yǎng)，真正做到促進(jìn)創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型人才的成長(zhǎng)。本文從提倡跨學(xué)科間的融合、強(qiáng)調(diào)問(wèn)題的真實(shí)性、注重探究的過(guò)程、注重協(xié)作的過(guò)程、注重創(chuàng)造力的培養(yǎng)過(guò)程五個(gè)方面出發(fā)，探討在STEM教育中如何培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

關(guān)鍵詞：STEM教育；綜合能力；學(xué)科融合

在科技日新月異的世界中，我們的教育如何才能跟上時(shí)代的步伐，是每個(gè)教育工作者需要深思的問(wèn)題。同樣，在如火如荼的STEM教育中，我們不能一味地追求形式上的教育，我們的著重點(diǎn)應(yīng)該放在哪兒呢？筆者認(rèn)為，我們更應(yīng)該扎扎實(shí)實(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，以便未來(lái)讓孩子們更適應(yīng)這個(gè)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的世界。接下來(lái)筆者就從五個(gè)方面具體談?wù)勗赟TEM教育中，如何培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

一、提倡跨學(xué)科間的融合

STEM教育有著很強(qiáng)的特殊性，一個(gè)學(xué)科是建立在不同的學(xué)科之上的，然后組合成一個(gè)新的整體，它以明確的實(shí)踐作為導(dǎo)向，立足于“做中學(xué)”與“學(xué)中做”。學(xué)生要親手操作、親自體驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)全體參與和全程參與。

目前，在大多數(shù)小學(xué)中，課程模式是分科教育，對(duì)學(xué)科之間彼此聯(lián)系的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。STEM教育提倡跨學(xué)科融合，讓學(xué)生圍繞具體的問(wèn)題，融合科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等一些學(xué)科之間相互關(guān)聯(lián)的要點(diǎn)，解決實(shí)際的問(wèn)題。

接下來(lái)，筆者舉一個(gè)“紙火箭”的例子，具體分析科學(xué)、工程、技術(shù)與數(shù)學(xué)相互之間的融合。準(zhǔn)備兩段直徑1.5厘米的PVC電纜管和一段相同直徑的PVC彎管，將電纜管固定在一塊厚木板上，用膠帶紙把容積2升的塑料瓶粘在管子的另外一端，做成火箭的發(fā)射器；然后做一個(gè)紙火箭，粗細(xì)與管子相當(dāng)，將發(fā)射器與紙火箭連接后用腳猛踩塑料瓶，火箭發(fā)射；最后只要利用坐標(biāo)紙，就可以測(cè)量出火箭發(fā)射的高度。

科學(xué)方面：利用氣壓以及空氣的性質(zhì)，當(dāng)腳踩塑料瓶的時(shí)候，瓶子中的壓縮空氣經(jīng)過(guò)PVC管壓向紙火箭，紙火箭內(nèi)部充滿(mǎn)了壓縮空氣，當(dāng)紙火箭在壓力下脫離管子的時(shí)候，紙火箭的壓縮空氣馬上膨脹，往后面噴射，由此形成了反作用力，把紙火箭推上天空。

工程方面：設(shè)計(jì)一個(gè)紙火箭，解決如何讓它飛得更高的工程問(wèn)題。依據(jù)每一次火箭發(fā)射的情況，即時(shí)調(diào)整發(fā)射裝置，比如軟硬不同的塑料瓶、塑料瓶的大小、腳踩的力度和次數(shù)，還有紙火箭的大小、重量、材料、形狀等，以此達(dá)到提高紙火箭發(fā)射高度的目的。

技術(shù)方面：構(gòu)建、制作紙火箭的方法。

數(shù)學(xué)方面：確定和控制變量，記錄、分析和解釋數(shù)據(jù)；使用量角器和刻度表。

“紙火箭”活動(dòng)是一個(gè)將科學(xué)、技術(shù)和數(shù)學(xué)融入工程活動(dòng)中的很好的例子，在這個(gè)活動(dòng)中，首先要明確規(guī)范和限制條件，對(duì)紙火箭進(jìn)行設(shè)計(jì)，而后測(cè)試并改進(jìn)紙火箭。

STEM教育運(yùn)用融合的方法培養(yǎng)孩子們的綜合能力，但是在此過(guò)程中，我們要注意這樣一個(gè)問(wèn)題：不是所有的活動(dòng)都必須面面俱到，涵蓋所有的學(xué)科，要理解STEM教育跨學(xué)科融合的真正內(nèi)涵。

二、強(qiáng)調(diào)問(wèn)題的真實(shí)性

STEM教育采用最多的是源于解決實(shí)際問(wèn)題的教學(xué)方法，小學(xué)生面臨的問(wèn)題一般就是我們?nèi)粘Ｉ钪谐霈F(xiàn)的問(wèn)題。其實(shí)日常生活中大量的問(wèn)題屬于心理學(xué)上的一個(gè)概念——“定義不良問(wèn)題”，還有個(gè)與它相似的概念叫“定義優(yōu)良問(wèn)題”，那么，什么叫作“定義優(yōu)良問(wèn)題”？從心理學(xué)的角度來(lái)看，具有明顯的邊界條件以及操作路徑的這類(lèi)問(wèn)題可以叫作“定義優(yōu)良問(wèn)題”。

比如一道簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)題：一個(gè)梨2元錢(qián)，丁丁想買(mǎi)2個(gè)梨，他付了5元錢(qián)，收銀員應(yīng)該找他幾元錢(qián)？這種類(lèi)別的問(wèn)題，其實(shí)就是所謂的“定義優(yōu)良問(wèn)題”，它具有明顯的邊界，明確的解決方法，我們不用深思熟慮?？墒牵谧叱鲂ｉT(mén)以后，這樣的問(wèn)題在實(shí)際生活中是很少的。真實(shí)的問(wèn)題往往是復(fù)雜的，這就需要我們?cè)趶?fù)雜的情境里不斷地尋找、探索。

當(dāng)今社會(huì)日新月異，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，“定義優(yōu)良問(wèn)題”已經(jīng)跟不上時(shí)代發(fā)展的潮流。我們要培養(yǎng)孩子的創(chuàng)造性、獨(dú)特性，要培養(yǎng)孩子解決“定義不良問(wèn)題”的能力，所以STEM教育應(yīng)運(yùn)而生。在情境化的真實(shí)問(wèn)題中隱藏著許多信息和知識(shí)，孩子們的探究欲望往往一發(fā)而不可收。這種具有真實(shí)情境性的觀察體驗(yàn)活動(dòng)，能讓孩子們不再懼怕科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)等領(lǐng)域里的抽象問(wèn)題，運(yùn)用綜合能力，讓問(wèn)題迎刃而解。

比如，筆者在執(zhí)教原五年級(jí)下冊(cè)“折形狀”這一課時(shí)，從學(xué)生身邊真實(shí)的問(wèn)題切入，讓他們?cè)O(shè)計(jì)方案，實(shí)踐操作，反復(fù)探究，最終自行發(fā)現(xiàn)——紙折成的形狀與它的承受力大小是有一定關(guān)系的。上課伊始，筆者說(shuō)：“大家看，老師給你們帶來(lái)了A4紙，能不能想辦法折一折，讓它托起一本小字典？”

接下來(lái)是設(shè)計(jì)方案：重點(diǎn)研究柱形中不同形狀的橫截面的承受力的大?。ㄒ?jiàn)表1）。

結(jié)論：

技術(shù)是需要在反復(fù)推敲中改進(jìn)的，技術(shù)的核心是方案設(shè)計(jì)，方案設(shè)計(jì)要具體可行。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，第一步要選出具有可行性的探究目標(biāo)。然后選擇教學(xué)的內(nèi)容，變量要有可控性，方案要有可操作性，這樣學(xué)生的探究活動(dòng)才能有效。對(duì)于活動(dòng)中的難點(diǎn)，要優(yōu)化探究方案，不斷地改進(jìn)，讓學(xué)生的創(chuàng)造性思維和批判性思維得到更好的培養(yǎng)，讓這份探究方案趨向完善，使學(xué)生探究活動(dòng)更高效。

最后就是動(dòng)手實(shí)踐，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、分析，得出一個(gè)科學(xué)的結(jié)論。這樣，在一個(gè)真實(shí)的情境中，學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中實(shí)施工程，在各組數(shù)據(jù)對(duì)比中讓科學(xué)進(jìn)一步深化。

三、注重探究的過(guò)程

學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展是有一定的規(guī)律的，學(xué)生需要通過(guò)形象的感知來(lái)感受、了解外界，一定要經(jīng)過(guò)動(dòng)手實(shí)踐才能有自己的知識(shí)建構(gòu)。

為什么這么說(shuō)呢？比如筆者教的二年級(jí)的小朋友，他們看到酒精燈感到很新奇，一開(kāi)始筆者使用的時(shí)候，對(duì)他們說(shuō)：“這個(gè)酒精燈不能吹，有危險(xiǎn)， 要直接用白色的蓋子蓋上?！比缓笠恍┖⒆泳蜁?huì)問(wèn)：“為什么用蓋子蓋住就好了，蓋子不會(huì)燒起來(lái)嗎？”和他們講解之后，有的孩子說(shuō)：“難怪媽媽在廚房里燒菜的時(shí)候，有一次鍋?zhàn)佑谢鹁陀缅伾w蓋住了。”你看，孩子自身就有科學(xué)的精神，他們必須要經(jīng)歷實(shí)踐、探究，來(lái)保持對(duì)世界的認(rèn)識(shí)。

STEM教育的探究過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)一項(xiàng)又一項(xiàng)的任務(wù)，解決一個(gè)又一個(gè)的技術(shù)問(wèn)題，在探究的過(guò)程中激發(fā)創(chuàng)造的欲望，享受創(chuàng)造的樂(lè)趣。接下來(lái)我們來(lái)看這樣一個(gè)案例——王珂老師上的“建橋梁”一課。

第一個(gè)環(huán)節(jié)是欣賞名橋，激發(fā)學(xué)生對(duì)橋梁探究的興趣：①欣賞港珠澳大橋的雄偉壯觀。②你知道哪些橋？給同學(xué)們介紹一下。③欣賞古今中外世界名橋，并從形狀上給這些橋梁分類(lèi)。

第二個(gè)環(huán)節(jié)是初步認(rèn)識(shí)橋梁結(jié)構(gòu)，并搭建簡(jiǎn)易橋梁。①找一找這些橋有哪些共同的結(jié)構(gòu)。②嘗試用桌上的材料搭一座簡(jiǎn)易的橋。

第三個(gè)環(huán)節(jié)是自主探究、加固橋梁。在教師的引導(dǎo)下改進(jìn)原先并不太堅(jiān)固的橋。①這座簡(jiǎn)易的橋你們覺(jué)得怎么樣？②你們覺(jué)得橋不穩(wěn)，它的問(wèn)題在哪？有沒(méi)有辦法讓它變牢固？③出示工程要求，利用提供的材料在簡(jiǎn)易橋梁的基礎(chǔ)上加固橋梁。工程要求：跨度大于18cm。承重要求：小車(chē)及貨物能夠過(guò)橋。建筑材料：吸管、橡皮泥、皮筋、膠帶、剪刀（教師控制好每組的材料，讓學(xué)生明白工程預(yù)算的重要性）。學(xué)生在活動(dòng)的時(shí)候要求繪制簡(jiǎn)易施工圖紙，反復(fù)地制作和測(cè)試，制作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)記錄并改進(jìn)。此環(huán)節(jié)給予學(xué)生充裕的時(shí)間。④小組之間進(jìn)行橋梁承重力比拼，介紹橋梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在建造過(guò)程中是否遇到困難，如何解決的？

第四個(gè)環(huán)節(jié)是課后延伸。①用料統(tǒng)計(jì)和造價(jià)核算。②如何讓你的橋能承受更重的小車(chē)？

這個(gè)案例充分體現(xiàn)教學(xué)的探究性，學(xué)生在開(kāi)放的活動(dòng)中呈現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)方案，思維的深度和廣度有了一定的提高，學(xué)生在這樣的活動(dòng)中構(gòu)建了自己獨(dú)有的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖。

四、注重協(xié)作的過(guò)程

協(xié)作性也是STEM教育所具有的一個(gè)顯著的特征，要求小組學(xué)習(xí)時(shí)在組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下互相幫助，互相啟發(fā)，這樣就能夠做到面向全體，一起來(lái)建構(gòu)知識(shí)。在小組進(jìn)行探究活動(dòng)時(shí)，依靠個(gè)人的力量往往還不夠，小組成員在表達(dá)意見(jiàn)的同時(shí)要與組員交流、討論。

例如筆者在上“會(huì)動(dòng)的畫(huà)”一課時(shí)，先讓學(xué)生了解眼睛的結(jié)構(gòu)，掌握視覺(jué)知識(shí)，讓學(xué)生知道視網(wǎng)膜上的圖像都是倒立的，但我們的大腦會(huì)把它調(diào)節(jié)成正立的圖像。

然后小組合作制作留影盤(pán)，認(rèn)識(shí)視覺(jué)暫留。這個(gè)過(guò)程要讓學(xué)生想辦法使正反面小鳥(niǎo)和籠子同時(shí)出現(xiàn)在學(xué)生的眼中，讓小鳥(niǎo)飛進(jìn)籠子，學(xué)生就必須協(xié)作、交流、探討，共同完成。

最后在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究如何改進(jìn)費(fèi)納奇鏡，理解視覺(jué)暫留。①教師帶來(lái)了一張圖畫(huà)更多的畫(huà)盤(pán)。先仔細(xì)觀察，畫(huà)盤(pán)上畫(huà)了什么？每幅畫(huà)之間有什么變化規(guī)律？②你能讓圖畫(huà)變成動(dòng)畫(huà)嗎？③教師出示材料，演示組裝，注意觀察。④你看到了什么？想一想：在做小鳥(niǎo)入籠動(dòng)畫(huà)時(shí)，小鳥(niǎo)出現(xiàn)，籠子就會(huì)消失；籠子出現(xiàn)，小鳥(niǎo)就會(huì)消失。這里為什么沒(méi)有成功？⑤出示觀察盤(pán)，裝在另一端。這樣可以嗎？⑥怎樣改進(jìn)？⑦需要觀察到幾幅圖畫(huà)？觀察口什么形狀？寬度多少？利用扇形盤(pán)，引導(dǎo)探究（物體近大遠(yuǎn)?。?。⑧小組領(lǐng)取材料，組裝、制作。⑨看到動(dòng)畫(huà)了嗎？問(wèn)題出在什么地方？⑩一個(gè)觀察口只可以觀察一幅圖，一幅圖會(huì)有變化嗎？怎樣改進(jìn)？（剪多個(gè)觀察口）……

在進(jìn)一步探究、改進(jìn)中，任務(wù)難度提高了，學(xué)生之間的討論、協(xié)作就更加深入了。在這個(gè)案例中，學(xué)生圍繞一個(gè)項(xiàng)目，以小組為單位，共同探究。每個(gè)學(xué)生都可以是探究的主體，大家一開(kāi)始也許會(huì)各執(zhí)己見(jiàn)，但隨著目標(biāo)的統(tǒng)一，探討的深入，最終形成一致意見(jiàn)，協(xié)作完成任務(wù)。

五、注重創(chuàng)造力培養(yǎng)的過(guò)程

技術(shù)通過(guò)對(duì)原有的知識(shí)、資源的運(yùn)用，通過(guò)人的設(shè)計(jì)與制作使我們的客觀世界發(fā)生了變化，技術(shù)和工程創(chuàng)造了一個(gè)豐富多彩的人工世界。因此，技術(shù)學(xué)習(xí)一方面要培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能，另一方面，要大力培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)發(fā)明、技術(shù)革新的意識(shí)和能力。對(duì)于小學(xué)科學(xué)教學(xué)來(lái)說(shuō)，后者更為重要。

STEM教育能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，創(chuàng)造力就是只有一個(gè)想法嗎？肯定不是的。首先，創(chuàng)造力必須是一個(gè)綜合的能力。其次，創(chuàng)造力是分析能力。這個(gè)分析能力指學(xué)生必須要去思考該如何解決問(wèn)題，排除不可行的方法，留下可行的方法。最后，創(chuàng)造力也是實(shí)踐能力，即能不能把想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。所以，學(xué)生在課堂上，在生活中，單有奇思妙想是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，完整的創(chuàng)造力需要在思考的基礎(chǔ)上分析，然后把方法變成現(xiàn)實(shí)，展現(xiàn)給大家。

在教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)《共同的家園》單元后，關(guān)于“保護(hù)動(dòng)物”這個(gè)話題，有學(xué)生提出他爺爺喜歡養(yǎng)鳥(niǎo)?？墒?，每天收拾鳥(niǎo)糞也讓人煩心，有沒(méi)有簡(jiǎn)單方便，又能干干凈凈地收拾鳥(niǎo)糞的辦法呢？這是一個(gè)學(xué)生提出的自己能研究的好問(wèn)題，教師建議他們可以從材料、機(jī)械等幾個(gè)方面考慮如何解決這個(gè)問(wèn)題，并且給他們一個(gè)星期的時(shí)間去完成。于是在這一個(gè)星期里，學(xué)生首先從收集鳥(niǎo)糞的材料做起。他們比較了報(bào)紙、硬板紙、塑料紙以及保鮮膜等，最終選擇了保鮮膜，因?yàn)楸ｕr膜便宜，容易獲取，也不會(huì)滲漏。然后學(xué)生還在家長(zhǎng)的幫助下，對(duì)PE、PVC、PVDC這些不同材質(zhì)的保鮮膜進(jìn)行科學(xué)比較。結(jié)果當(dāng)然是選擇了牢固又輕薄、吸附能力強(qiáng)的PVC材質(zhì)。在安裝上他們也頗動(dòng)了一番腦筋：先是在原來(lái)鳥(niǎo)籠的底板一邊焊接了一根鋼管，把整卷保鮮膜安裝上去，在另一邊也焊接了一根鋼管，并且附帶焊上了一根鋼鋸條，這樣便于抽拉和隔斷，但是這樣也出現(xiàn)了一個(gè)換裝不方便的情況。學(xué)生們聯(lián)想到了以前學(xué)過(guò)的磁鐵的性質(zhì)，于是他們用鋼筋焊接了一個(gè)鐵架子，當(dāng)作底板，上面放保鮮膜，用磁鐵固定鳥(niǎo)籠底，這樣換裝起來(lái)方便又干凈。

一個(gè)星期的時(shí)間，學(xué)生把科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，遵循設(shè)計(jì)、比較、選擇、改進(jìn)等一系列的工程建造規(guī)則。孩子們從問(wèn)題入手，到最后經(jīng)歷波折，解決問(wèn)題，這個(gè)過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造力。

值得注意的是，在STEM教育中，教師也要靈活地整合、融合，以真正提高學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力為目標(biāo)，扎扎實(shí)實(shí)地推進(jìn)STEM教育。

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作者簡(jiǎn)介：岳靜梅（1973—），女，江蘇省宜興市周鐵小學(xué)。