“STEM教育+”：基于科學(xué)的學(xué)科融合教學(xué)的策略研究

摘? ? 要：基于初中科學(xué)的教育現(xiàn)狀，嘗試進(jìn)行“STEM教育+”： 基于初中科學(xué)的融合教學(xué)的策略研究。小融合、中融合、大融合是“STEM教育+”三個不同層次的融合形式，它突破了以社會為中心取向的課程建設(shè)難點，為初中科學(xué)的跨學(xué)科融合教學(xué)提供了方法和策略，創(chuàng)生了科學(xué)教育的新生態(tài);更重要的是，它為科學(xué)課程建設(shè)提供了新思維、新方向，讓科學(xué)課程重構(gòu)有了更多的可能性和可操作性。

關(guān)鍵詞：“STEM教育+”; 初中科學(xué);學(xué)科融合教學(xué)

縱觀浙教版初中科學(xué)，較之“以拆分世界、拆解問題為己任”的分科教學(xué)，其優(yōu)勢顯而易見，但教學(xué)現(xiàn)狀依然不容樂觀。主要表現(xiàn)在：一是其由于受學(xué)科中心和學(xué)科界限的制約，教材的“生活化不夠鮮明、跨學(xué)科的融合缺乏廣度與深度”;二是由于受教學(xué)評價和教師教學(xué)觀念的制約，學(xué)科知識問題引領(lǐng)下的學(xué)習(xí)還是占主導(dǎo)地位，應(yīng)試教育的痕跡依然相當(dāng)明顯。

STEM教育作為一種跨學(xué)科的融合教育模式，它強調(diào)問題的真實性，強調(diào)以社會為中心的課程取向，強調(diào)從整體的角度認(rèn)識和學(xué)習(xí)與科學(xué)、技術(shù)、社會密切聯(lián)系的知識，以培養(yǎng)學(xué)生批判性思維與問題解決能力、創(chuàng)造性和創(chuàng)新能力等科學(xué)的核心素養(yǎng)。

為此，嘗試“STEM教育+”： 基于科學(xué)的學(xué)科融合教學(xué)的策略研究具有重大的教育價值與意義。

一、 “STEM教育+”的內(nèi)涵及難點

1.什么是“STEM教育+”

所謂“STEM教育+”即指將STEM教育理念有機地融入初中科學(xué)教學(xué)之中，也即指基于初中科學(xué)融合技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科的綜合教育，創(chuàng)生一種初中科學(xué)教育的新生態(tài)，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

2. “STEM教育+”的難點分析

“STEM教育+”的難度不少，主要表現(xiàn)在兩方面：

（1）在初中科學(xué)教學(xué)中，并非所有的知識都有適合其學(xué)習(xí)的STEM活動平臺。由于初中科學(xué)的不少知識與技能都難以找到生活世界的原型;即便有，不少也因產(chǎn)品制作的復(fù)雜性和條件限制等原因而無法實施。

（2）在融入STEM教育活動時，如何確?？茖W(xué)知識體系的邏輯性與完整性。由于現(xiàn)行教材是以學(xué)科為中心的課程取向，知識具有嚴(yán)密的邏輯性與相對完整性，而STEM教育活動則以社會為中心的課程取向，其“雜亂無章”的生活情境決定了解決這些問題所需知識的無序性和跳躍性。因而，不少的STEM教育活動都因?qū)W生缺乏必備的知識和技能而無法實施。

二、 “STEM教育+”的方法與策略

基于以上難點分析，“STEM教育+”的方法與策略應(yīng)具有多樣性和層次性的特點，現(xiàn)就三種融合形式的內(nèi)涵、策略及適用課型進(jìn)行比較（如表1所示）。

可見，小融合、中融合、大融合各有不同，其融合的程度依次由低到高;但它們都旨在融入STEM教育的理念，都具有共同的教學(xué)目標(biāo)：①保持和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;②加深對科學(xué)理論的理解;③促使學(xué)生合作交流，適應(yīng)現(xiàn)實的復(fù)雜性等[1]，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的核心素養(yǎng)。

三、“STEM教育+”的實踐與思考

1. 小融合：“STEM教育+”的初級形式

當(dāng)不具備中融合和大融合條件時，常選用小融合。小融合是指STEM教育理念下的初中科學(xué)復(fù)習(xí)拓展課，它是對新課教學(xué)內(nèi)容和鞏固、應(yīng)用、補充與拓展。如在浙教版科學(xué)七年級上冊第1章第4節(jié)《科學(xué)測量》新課教學(xué)之后，我們開設(shè)了《面包測定儀制作》的STEM復(fù)習(xí)拓展課，教學(xué)主要圍繞如下4個基本環(huán)節(jié)展開。

（1）聚焦核心的真實問題[2]：為了間接了解面粉的優(yōu)劣及烘焙效果，需測量面包體積。你能自制一個簡易的面包測定儀嗎？

（2）設(shè)計與制作

①方案設(shè)計：選擇下列器材，設(shè)計一個簡易的面包測定儀（現(xiàn)場提供制作工具）。a.面包;b.廢棄可樂瓶;c.量筒;d.水;e.細(xì)砂;f.油菜籽等。

②產(chǎn)品制作：以廢棄可樂瓶、量筒、油菜籽等為材料，制作一個簡易的面包測定儀。

（3）測試與評價：用自制的體積測定儀來測量面包體積，并與現(xiàn)有產(chǎn)品對比，評估其優(yōu)缺點。

（4）改進(jìn)與完善：基于產(chǎn)品評估，請你提出改進(jìn)該產(chǎn)品的具體措施。

本節(jié)課是基于學(xué)習(xí)了“不規(guī)則固體體積的測量方法與技能”后的鞏固與應(yīng)用，它不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)動機的激發(fā)，而且還有利于學(xué)生關(guān)鍵能力的培養(yǎng)（如表2）。

2. 中融合：“STEM教育+”的中級形式

當(dāng)不具備大融合的條件時，優(yōu)先考慮選用中融合。中融合是指STEM教育理念下的科學(xué)單節(jié)新課教學(xué)，它是對單節(jié)新課教學(xué)的重構(gòu)。如在浙教版科學(xué)八下第3章第2節(jié)《氧化和燃燒》（第1課時）的教學(xué)時，通過搭建簡易篝火以驅(qū)動本節(jié)新課內(nèi)容的學(xué)習(xí)，其教學(xué)主要按如下的6個基本環(huán)節(jié)展開[3]。

（1）聚焦核心的真實問題：進(jìn)行戶外活動需要露營時，在野外燃起一堆篝火幾乎成了戶外活動的一個標(biāo)志。你能利用木條搭建一個簡易的篝火嗎？

（2）設(shè)計與制作：利用提供的木條，迅速制作一個“小型篝火”，要求：不能添加其他可燃物;用火柴點燃，并確保其充分燃燒。（當(dāng)然在室外實驗，并強調(diào)相關(guān)安全的注意事項）

（3）測試與評價

①測試：小組同學(xué)嘗試點燃自己搭建的篝火。

②評價：基于很多小組都失敗的現(xiàn)狀，讓學(xué)生思考討論：失敗或成功的原因可能是什么？（建立假設(shè)）

（4）自主建構(gòu)新知：（探究物質(zhì)燃燒條件）：嘗試?yán)萌舾蔁崴⒗渌?、白磷及燒杯、試管等實驗器材，設(shè)計實驗（實驗方案可用簡圖表示），驗證自己假設(shè)。

（5）改進(jìn)與完善

①再設(shè)計：利用燃燒條件，要成功點燃篝火，我們應(yīng)如何改進(jìn)，并說明理由。

②再制作：緊扣“小型篝火的目標(biāo)要求”，基于改進(jìn)的方案進(jìn)行再制作。

（6）拓展應(yīng)用：利用燃燒條件解釋：一根火柴為什么不能點燃塊煤，卻能輕松點燃蜂窩煤。（最后組織學(xué)生學(xué)習(xí)：劇烈氧化和緩慢氧化、自燃和爆炸等相關(guān)知識）

中融合不同于小融合，也不同于大融合，它適用于科學(xué)單節(jié)的新課教學(xué)。但它們都通過核心的真實問題驅(qū)動學(xué)習(xí)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機;通過“設(shè)計與制作”“測試與評價”“改進(jìn)與完善”三個基本環(huán)節(jié)解決核心的真實問題，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新等關(guān)鍵能力; 通過“遷移解決新的真實問題”，以促進(jìn)學(xué)生內(nèi)化，乃至活化知識與技能。進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

3.大融合：“STEM教育+”的高級形式

當(dāng)具備大融合的條件時，首選大融合。大融合是指STEM教育理念下的科學(xué)單元新課教學(xué)，它是對單元新課教學(xué)的整體重構(gòu)。如針對浙教版七下第3章第2節(jié)《力的存在》、第3節(jié)《重力》、第5節(jié)《二力平衡的條件》、第6節(jié)《摩擦力》的內(nèi)容，利用“彈簧秤的制作和應(yīng)用” 的STEM項目學(xué)習(xí)活動進(jìn)行單元教學(xué)整體重構(gòu)。本單元教學(xué)重構(gòu)的具體框架如圖1所示。

在大融合中，需要強調(diào)說明的是要保持“一變”“二不變”?！耙蛔儭保菏侵妇劢购诵恼鎸嵉膯栴}驅(qū)動單元的統(tǒng)整教學(xué)，變“學(xué)科為中心”的課程取向為“社會為中心”的課程取向;“兩不變”：一是指課程標(biāo)準(zhǔn)要求不變，統(tǒng)整前后的教學(xué)既不拔高，也不降低;二是統(tǒng)整前后的教學(xué)課時數(shù)基本保持不變。

本單元進(jìn)行教學(xué)整體重構(gòu)之后，至少具有如下兩大優(yōu)勢：一是它將STEM教育理念有機地融入初中科學(xué)的教學(xué)之中。即在對本單元進(jìn)行大融合的同時，在單元的不同節(jié)次中還采用了中融合或小融合（見表3），這樣不僅打通了學(xué)生的課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外實踐的“藩籬”，而且還最大限度地挖掘了本單元科學(xué)教材的教育價值，促進(jìn)了科學(xué)學(xué)科的跨學(xué)科融合教學(xué)。

二是它彌補了原有教材在編排上的不足。原有教材中“二力平衡的條件”的內(nèi)容安排在第5節(jié)，“重力”的內(nèi)容安排在第3節(jié)，學(xué)生既無法理解 “為什么重力方向與細(xì)線在同一直線上？”也無法理解“為什么重力大小會等于彈簧秤對重物的拉力？” 教學(xué)重構(gòu)后，為了使“彈簧秤的制作”順利進(jìn)行，學(xué)生必須對“拉力與彈簧秤伸長長度的關(guān)系”進(jìn)行探究;而二力平衡的條件既是該實驗探究的基礎(chǔ)，又是后續(xù)學(xué)習(xí)“影響重力、摩擦力大小因素的實驗探究”的必備知識。因此，將“二力平衡的條件”的內(nèi)容前置學(xué)習(xí)將更合理、有效。

總之，“STEM教育+”的實踐探索意義非凡。實踐表明：小融合、中融合、大融合是“STEM教育+”的三個不同層次的有效形式，它們的合理使用與互補搭配，一是發(fā)掘了科學(xué)教育的最大價值，彌補了科學(xué)教材和教學(xué)中STEM教育的不足;二是它突破了以社會為中心取向的課程建設(shè)難點，為科學(xué)課程的進(jìn)一步整合提供了新思維、新方向，讓科學(xué)課程的重構(gòu)有了更多的可能性和可操作性。[□][◢]

參考文獻(xiàn)：

[1]李高峰.中學(xué)生物學(xué)課程及案例[EB/OL]..https：//max.book118.com/html/2017/1108/139372249.shtm.

[2]薛仕靜.初中科學(xué)PBL新課教學(xué)范式的實踐探索[J].生物學(xué)教學(xué)，2018（10）：33-34.

[3]莊振海.浙江省教育質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果反饋研修活動//國家測量監(jiān)測結(jié)果對科學(xué)教學(xué)的啟示.2017.