STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)課程中問題情境的設(shè)計和思考

夏菁

【摘要】隨著基礎(chǔ)教育課程改革的不斷變化，STEM教育引起了國內(nèi)外教育界的關(guān)注，它的核心是學(xué)科融合，在STEM課程中學(xué)生可以經(jīng)歷一個完整的學(xué)習(xí)歷程，獲得直接經(jīng)驗，從而提高綜合問題的解決能力。所以，STEM課程中的情境設(shè)計尤為重要，為此我將以情境設(shè)計為視角，結(jié)合相關(guān)STEM案例分析，總結(jié)STEM課程中問題情境的設(shè)計要點。

【關(guān)鍵詞】STEM;STEM課程;小學(xué)科學(xué);問題情境

STEM教育起源于美國。1986年，美國首次提出“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)教育集成”的STEM教育理念。STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics四個英文單詞的縮寫）教育本質(zhì)是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方法，在眾多孤立的學(xué)科中建立新的橋梁，為學(xué)生提供認識整體世界的機會。它的核心是學(xué)科融合，它將還給學(xué)生一個完整的學(xué)習(xí)歷程，讓學(xué)生獲得直接經(jīng)驗，從而提高綜合問題的解決能力。但是往往由于缺少合適的問題情境，小學(xué)STEM課程往往變?yōu)楹唵蔚膶嶒灢僮髡n，無法完成既定的目標(biāo)。對此，我將以問題情境的設(shè)計為視角，結(jié)合相關(guān)案例分析，簡要列出STEM課程中問題情境的設(shè)計要點。

一、設(shè)計需求

1.激發(fā)學(xué)生求知欲，激發(fā)和維持學(xué)習(xí)動機

第斯多惠說過：“教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于激勵、喚醒和鼓舞?！盵1]STEM課程的完成需要學(xué)生強烈的學(xué)習(xí)興趣和持久的學(xué)習(xí)動機。因此，新穎獨特的情境、有目的的預(yù)設(shè)問題，可以提升學(xué)生的參與感與體驗感。

2.由易到難，幫助學(xué)生達成目標(biāo)

由于實際教學(xué)中STEM課程很復(fù)雜，學(xué)生往往存在很大的認知困難。情境設(shè)置可以幫助學(xué)生更高效地完成STEM課程學(xué)習(xí)，在教學(xué)中的知識混淆處、知識遷移處和思維矛盾處提供支架，從易到難地提出有層次性的問題。學(xué)生在情境中對比和啟發(fā)，可以更好地解決問題。

3.激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)一直是信息素養(yǎng)、21 世紀技能、STEM 教育理念中的重中之重。在STEM課程學(xué)習(xí)中，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實復(fù)雜的情境，可以幫助學(xué)生打開創(chuàng)新思維的閘門，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、設(shè)計原則

STEM課程的目標(biāo)是掌握跨學(xué)科的知識以及培養(yǎng)創(chuàng)新能力，情境設(shè)計是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動思考和解決問題。因此，STEM課程中情境的設(shè)計應(yīng)該遵循以下原則。

1.目的性原則

STEM課程的目的就是讓學(xué)生在復(fù)雜而真實的情境下發(fā)現(xiàn)問題，利用跨學(xué)科知識創(chuàng)造性地解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力。因此情境設(shè)計具有目的性。

2.真實性原則

學(xué)生只有在一個真實情境中發(fā)現(xiàn)問題，他們才可以靈活機動地調(diào)用多學(xué)科知識，創(chuàng)新性地解決問題。這就是所謂的“主動激活”認知結(jié)構(gòu)。因此，情境的設(shè)計應(yīng)跟真實生活相結(jié)合，最大限度地激發(fā)學(xué)生的參與意識，提高分析和解決問題的能力[2]。

3.整體性原則

在STEM課程中，情境不再是引入知識內(nèi)容后隨即退場的片段，整個教學(xué)過程都在圍繞著情境中的問題而進行。學(xué)生在完成STEM課程后不僅得到了跨學(xué)科的廣博知識，而且提升了溝通、協(xié)作能力，獲得了科學(xué)性思維。因此情境的設(shè)計應(yīng)具有整體性。

4.趣味性原則

夸美紐斯認為：“興趣是創(chuàng)造一個歡樂和光明的教學(xué)環(huán)境的主要途徑之一?！盵3]在教學(xué)中設(shè)計富有趣味性的問題情境，可以使學(xué)生以積極而輕松的心態(tài)投入學(xué)習(xí)。STEM課程是一門要求學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作探究相結(jié)合的探究課程，因此STEM課程應(yīng)根據(jù)學(xué)生的生活經(jīng)驗、年齡特點和認知結(jié)構(gòu)等來選擇能夠激發(fā)學(xué)生興趣的材料。

5.積極健康性原則

STEM課程就是通過真實的問題情境，讓學(xué)生在完成課程的同時，獲得解決真實世界問題所必需的知識和能力，養(yǎng)成正確的情感價值態(tài)度觀。同時小學(xué)科學(xué)課程是學(xué)生擺脫象牙塔的禁錮，了解真實世界的一個窗口，所以小學(xué)科學(xué)的情境材料設(shè)計應(yīng)該具有積極向上、科學(xué)健康等特點。

三、設(shè)計模式

根據(jù)STEM教育的原則和理論基礎(chǔ)，STEM問題情境的創(chuàng)設(shè)，應(yīng)在學(xué)生當(dāng)前認知的基礎(chǔ)上，遵循一定的設(shè)計原則。下面結(jié)合相關(guān)案例簡要列出問題情境設(shè)計的注意點。

1.實地考察類情境的設(shè)計

STEM課程注重解決生活中的真實問題，為了充分了解生活中的情況，實地考察是設(shè)計真實情境的有效方式。所以STEM課程應(yīng)該充分利用科技館、自然博物館、工廠等場所設(shè)置情境。例如，在做水的STEM系列課程時，可以把學(xué)生帶到自來水廠或河邊，讓學(xué)生觀察河水的水質(zhì)和自來水廠的凈化等。學(xué)生可以在現(xiàn)場體驗中直接提出問題并分析問題。

案例1：在上有關(guān)于水污染的STEM系列課程中，根據(jù)對學(xué)習(xí)內(nèi)容、目標(biāo)、學(xué)生特點的分析衡量，在做好前期的準備工作后，我們最后確定去長江邊對水質(zhì)進行測量。

情境設(shè)置：

問題1：采訪水質(zhì)專家，如何監(jiān)測長江的水質(zhì)？

問題2：根據(jù)實際監(jiān)測情況，匯報長江水質(zhì)情況。

問題3：我們應(yīng)該采取什么措施？

【設(shè)計意圖：根據(jù)現(xiàn)場測量的情況，學(xué)生提出有關(guān)水污染的現(xiàn)狀、水質(zhì)監(jiān)測的一系列問題。在這個真實的場景中，學(xué)生提高了對問題的理解、分析問題的針對性和問題解決的效率?！?/p>

2.生活問題類情境設(shè)計

案例2：在有關(guān)水的STEM系列課程《自制凈水器》中，我們讓學(xué)生觀看了污水處理的過程，并利用身邊的材料，自制一個簡易凈水器。

情境設(shè)計：

師：21世紀的中國繁榮昌盛，地大物博，可是地域環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的客觀差異導(dǎo)致很多地區(qū)還存在著飲水問題。西北地區(qū)的人們還是直接引用溝壑之水來飲用，這樣做行嗎？（視頻）

生：我覺得不行，農(nóng)村會撒很多農(nóng)藥，還有很多牲畜的糞便會流向河里。

師：所以這需要怎么處理呢？

生：可以做凈化裝置。

師：那么同學(xué)們喝的自來水是怎么來的？你們了解凈水流程嗎？

生：凈水就是把一些不干凈的水，把一些污染水的物質(zhì)排除掉。凈化可以分為粗濾、細濾和紫外線殺菌。

師：看樣子同學(xué)們都是有心人，老師為大家準備的材料有小石子、大陶粒、棉花、細黃沙、紗布、活性炭，你能用這些材料來幫助西北地區(qū)的人民自制一個凈水器嗎？

【設(shè)計意圖：學(xué)習(xí)來源于生活，其實學(xué)生對水一點也不陌生，但感覺污水處理和制作凈水過濾裝置這些事情離自己生活很遠。本案例將教學(xué)內(nèi)容和生活應(yīng)用相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)了一個自制凈水器的情境。這種情境材料的選擇不僅是新聞熱點，還和我們平時生活的經(jīng)歷緊密相連，可以讓學(xué)生感受學(xué)習(xí)的意義?！?/p>

3.實驗類情境設(shè)計

實驗具有直觀性和形象性的特點，能夠為學(xué)生提供更加豐富的信息。創(chuàng)設(shè)合理的實驗可以引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，更好地解決問題。

案例3：在STEM課程《別讓聲音傳出去》中，讓學(xué)生動手設(shè)計并制作一個能夠有效消音的裝置。

情境設(shè)計：

師：班級里有一位同學(xué)叫小明，他很刻苦，每天都在家里練習(xí)。（播放拉小提琴的聲音）

生：（聽聲音，學(xué)生捂耳朵，表情很痛苦）

師：每天練習(xí)給家人帶來麻煩，媽媽要工作，爸爸要看電視。（強調(diào)）小明的心愿是什么？

生：不要讓聲音傳出去。

師：今天我們就幫小明達成這個心愿。讓我們用這個盒子模擬房子，請大家動手挑選最合適的消音材料，設(shè)計一個消音效果最好的房子。

【設(shè)計意圖：“消除聲音”這是一個十分自然真實的生活情境。這種有親身體驗的經(jīng)歷更容易觸動學(xué)生的好奇心。通過實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中很多不同材料都會影響聲音傳播的效果，知道生活中除了可以采取隔音的方法消除噪音，還可以利用一些特殊的材料例如海綿和泡沫等多孔的材料可以消除噪音。將實驗融入生活情境可以幫助學(xué)生發(fā)散思維，最大限度地發(fā)揮其創(chuàng)造力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)?！?/p>

4.現(xiàn)代技術(shù)類問題情境設(shè)計

隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為STEM課程的情境設(shè)計提供了越來越多的便利。我們可以利用多媒體、機器人、3D打印、全息投影等技術(shù)提供更加逼真的環(huán)境，使情境設(shè)計更有趣味性和體驗性。例如我們可以利用3D打印技術(shù)打出一輛小汽車，研究小車運動的快慢;也可以用scratch軟件制作趣味動畫;還可以用慢鏡頭拍下雪花結(jié)冰的瞬間等。

總體來說，由于STEM課程內(nèi)容的復(fù)雜性和真實性，情境選擇往往考慮多個方面，綜合考慮各種情況，靈活調(diào)整，有所側(cè)重。除了上面的這些設(shè)計要點，還有許多其他的注意要點，有待我們繼續(xù)研究。

【參考文獻】

[1]王德清.教學(xué)藝術(shù)論[M].濟南：山東教育出版社，1995：134-138.

[2]凱文·布坎南.在STEM課程中強化真實情境學(xué)習(xí)[J].上海教育，2013（11）：8.

[3]周中權(quán).物理教學(xué)論[M].北京：科學(xué)出版社，2003：314-320.