應(yīng)用STEM教育理念開展小學(xué)科學(xué)教學(xué)

張征波

摘 要：從什么是STEM教育概念展開，闡述了在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用STEM教育理念的意義;如何在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展STEM教育及在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展STEM教育應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：STEM教育;教育理念;小學(xué)科學(xué)

一、什么是STEM教育

STEM是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）的首個字母縮寫，它將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科進(jìn)行融合，使原本分散的四門學(xué)科形成了一個整體。STEM教育并不是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科教育的簡單疊加，而是將這四門學(xué)科內(nèi)容整合形成有機(jī)整體，從而實現(xiàn)更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力。STEM教育強(qiáng)調(diào)這四門學(xué)科領(lǐng)域之間的內(nèi)在聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生親歷一系列有內(nèi)在聯(lián)系的內(nèi)容學(xué)習(xí)，達(dá)到培養(yǎng)他們綜合解決實際問題能力的目的。STEM課堂的特點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的設(shè)計能力與問題解決能力?；赟TEM教育的教學(xué)活動要求把學(xué)生學(xué)習(xí)到的各門學(xué)科中相對獨(dú)立的學(xué)科知識與能力轉(zhuǎn)變成一個探究世間事物之間相互聯(lián)系的過程。

二、小學(xué)科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用STEM教育理念的意義

（一）STEM教育課程內(nèi)容在小學(xué)科學(xué)教材中占有重要地位

現(xiàn)行的小學(xué)科學(xué)教材涉及不少STEM教育內(nèi)容，以教科版科學(xué)教材為例涉及設(shè)計與制造的有：《做一個太陽能熱水器》《設(shè)計制作小賽車》《造一艘小船》《設(shè)計制作一個保溫杯》《做一個一分鐘計時器》《用紙造一座橋》《做個指南針》《做個小開關(guān)》等這些內(nèi)容涉及三至六年級教材;涉及工業(yè)產(chǎn)品拆解的有：《神奇的小電動機(jī)》《自行車上的簡單機(jī)械》;涉及問題方案解決的有《減少對土地的侵蝕》《污水和污水的處理》《保護(hù)我們的視力》《減慢食物的變質(zhì)速度》等。從上述對教科版小學(xué)科學(xué)教材內(nèi)容的分析中，可見小學(xué)科學(xué)教材中涉及相當(dāng)數(shù)量的STEM教育課程內(nèi)容。因此在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中如何將STEM教育理念滲透到小學(xué)科學(xué)教學(xué)中就顯得尤為重要了。

（二）STEM教育有利于提高學(xué)生解決實際問題的能力

STEM教育課程教學(xué)是將學(xué)生置于一個個項目主題學(xué)習(xí)中，通過要求學(xué)生在工程設(shè)計（如設(shè)計制作小賽車）、工業(yè)產(chǎn)品研究（如拆卸一個小電動機(jī)，探究其中的結(jié)構(gòu)組成和工作原理）、問題解決（如研究減少對土地的侵蝕）等方面進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)，利用科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等知識進(jìn)行項目分析，讓學(xué)生通過對問題的討論、分析、構(gòu)建、設(shè)計模型，發(fā)現(xiàn)并解決實際問題。從而塑造出多學(xué)科知識交叉融合和綜合運(yùn)用的環(huán)境，進(jìn)而讓學(xué)生有機(jī)會接觸到真實的技術(shù)世界而非僅局限于科學(xué)理論的學(xué)習(xí)，這對增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力具有重要意義。

（三）STEM教育有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣

STEM教育具有明顯的趣味性特征，它有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的熱情。在STEM教育實施過程中，教師可以將多門學(xué)科的知識融入許多有趣的、與生活實際緊密聯(lián)系的相關(guān)問題中，從而激起學(xué)生參與學(xué)習(xí)的興趣。STEM教育的教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)主體的參與性和分享性，讓學(xué)生分享創(chuàng)造成功的喜悅。小學(xué)生天性好玩好動，對于設(shè)計制作產(chǎn)品會產(chǎn)生濃厚的興趣，如教科版科學(xué)教材五年級上冊教材第四單元最后一課就安排《設(shè)計制作小賽車》這一涉及STEM教育課程教學(xué)內(nèi)容。在這個內(nèi)容的學(xué)習(xí)中學(xué)生對于設(shè)計制作一輛小賽車產(chǎn)生了濃厚的興趣，各學(xué)習(xí)小組利用各種材料設(shè)計出各種各樣的賽車。在小車動力設(shè)計上，有使用馬達(dá)驅(qū)動的，也有利用所學(xué)的彈力做動力，還有使用反沖力做動力的等。在小車材料使用上，有使用泡沫塑料的，也有使用金屬材料的，還有使用木頭的等。在整個教學(xué)過程中學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣和強(qiáng)烈的求知欲表現(xiàn)欲，從而達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

（四）STEM教育有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力

STEM教育是一種基于項目主題的教學(xué)活動，項目主題往往是與學(xué)生生活實際緊密相關(guān)的。學(xué)生在完成項目任務(wù)過程中往往離不開與其他同學(xué)合作、交流、討論和教師或?qū)＜业闹笇?dǎo)。既需要學(xué)生和學(xué)生之間的相互團(tuán)結(jié)協(xié)作，也需要學(xué)生和教師之間相互密切配合。學(xué)生通過教師指導(dǎo)，與同學(xué)的交流獲得他們需要的幫助，實現(xiàn)問題的解決。例如在教科版科學(xué)六年級上冊教材中《造一座紙橋》這一課時，學(xué)生在完成建造紙橋的過程中，需要小組成員分工合作開展活動。在紙橋的設(shè)計過程中需要小組成員展開討論確定所建造的橋型;在紙橋制作過程中需要小組成員相互分工合作，確定裁紙、擺位、粘連;在紙橋承重測試過程中同樣需要小組成員分工合作擺放重物，記錄數(shù)據(jù)?？傊?，一個STEM教育項目主題的完成都是團(tuán)隊協(xié)作的結(jié)果。

三、如何在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展STEM教育

（一）選擇合適的教學(xué)內(nèi)容

在開展STEM教育中，項目的選擇是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它可能決定了STEM教育課程教學(xué)的成敗。要注重項目的難易程度，貼近學(xué)生的生活實際。無論是基于產(chǎn)品，還是基于工程項目的STEM課程，學(xué)校都應(yīng)根據(jù)自身定位、發(fā)展理念和地域特色，選擇開發(fā)合適的項目載體，并積極利用校外教育資源，與其他學(xué)科的教師合作，從課程、教法、教具、學(xué)生學(xué)習(xí)等多個角度開展深入而系統(tǒng)的研究。學(xué)校還應(yīng)根據(jù)教情、學(xué)情，循序漸進(jìn)，分步實施，拒絕那些不具備復(fù)制性的典型和浮夸的案例。在教學(xué)過程中，教師要選擇與生活密切相關(guān)的科學(xué)問題，把學(xué)生分成小組組織教學(xué)活動，開展實驗的設(shè)計、操作、分析。通過實踐參與，提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)動手能力，讓學(xué)生在實際參與過程中學(xué)到科學(xué)知識，掌握科學(xué)技能。

（二）改進(jìn)小學(xué)科學(xué)教學(xué)方法

STEM教育不僅主張通過教師講授和學(xué)生自學(xué)習(xí)獲得抽象知識，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生自己動手、動腦自主參與學(xué)習(xí)過程。它提供了讓學(xué)生動手做的學(xué)習(xí)體驗機(jī)會，學(xué)生可以用所學(xué)的數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程技術(shù)知識來解決現(xiàn)實世界問題，通過發(fā)現(xiàn)、分析、設(shè)計、建構(gòu)并解決問題。因此，開展STEM教育活動要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，使學(xué)生由知識的被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)轫椖康脑O(shè)計制作主動參與者。讓學(xué)生通過項目的選擇、討論、分析、設(shè)計、制作、評價和反思培養(yǎng)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，樹立科學(xué)精神，掌握科學(xué)方法和養(yǎng)成科學(xué)思維。例如，在教學(xué)教科版科學(xué)五年級上冊教材《做個太陽能熱水器》活動過程中，學(xué)生會體驗到太陽能熱水器制作的知識，不僅獲得結(jié)果性知識——太陽能熱水器的設(shè)計原理，還習(xí)得蘊(yùn)含在太陽能熱水器制作中的過程性知識。這種在參與式、體驗式的習(xí)得知識的學(xué)習(xí)方式對于學(xué)生今后的生活、學(xué)習(xí)、工作，乃至于長遠(yuǎn)發(fā)展會產(chǎn)生深刻影響。

（三）提供必要的教學(xué)場地器材拓寬科學(xué)學(xué)習(xí)陣地

STEM教育作為促進(jìn)學(xué)生全方位發(fā)展的教育，硬件與軟件資源對STEM教育的順利開展起著關(guān)鍵作用。它和普通的科學(xué)教育不一樣，各種STEM項目主題在實施中需要用到的器材眾多，且很少為科學(xué)實驗室常備器材。因此，工具及器材的配備是STEM項目推進(jìn)的重要保障。我國小學(xué)目前普遍存在科學(xué)設(shè)施不足的問題，要實現(xiàn)STEM教育與小學(xué)科學(xué)的有機(jī)融合，就必須加大學(xué)校對科學(xué)儀器、科學(xué)設(shè)備的投入，建立起比較完善的STEM教學(xué)設(shè)施。學(xué)校在規(guī)劃STEM教育課程時可以借助社會上的教育資源尋求廣泛支持，如聯(lián)合科技館、博物館、少年宮、創(chuàng)客空間等科普機(jī)構(gòu)，讓社會公共教育機(jī)構(gòu)提供STEM教育場所和設(shè)計空間，盡可能讓學(xué)生置身于社會大環(huán)境中，更好地滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求。

（四）加強(qiáng)教師培訓(xùn)提高教師的STEM素質(zhì)

重視STEM教育，首先要提高科學(xué)教師專業(yè)能力。一是要多渠道拓寬科學(xué)教師的來源，在新教師的招聘過程中適當(dāng)招收一些工科背景的高校畢業(yè)生充實到科學(xué)教師隊伍中。二是要重視教師的培養(yǎng)，要加強(qiáng)教師的在職培訓(xùn)。積極利用中小學(xué)教師繼續(xù)教育平臺開展在職科學(xué)教師的STEM教育項目培訓(xùn)，通過學(xué)習(xí)相關(guān)課程，提高科學(xué)教師的STEM教育素養(yǎng)。三是有條件的學(xué)校可以與當(dāng)?shù)乜茀f(xié)、科技館等社會團(tuán)體和機(jī)構(gòu)開展合作，組織“科學(xué)顧問團(tuán)隊”指導(dǎo)幫助科學(xué)教師提升實施STEM教育項目的能力。

四、在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展STEM教育應(yīng)注意的問題

（一）要立足校情扎實穩(wěn)妥推進(jìn)STEM教育

STEM教育是一項系統(tǒng)工程，它涉及的學(xué)科多、領(lǐng)域廣，需要保障的條件多。在實施該項目時切忌追時髦、趕潮流、追求高大上。學(xué)校盡可能選擇一些易操作、易推廣、能解決實際問題的“接地氣”的案例。學(xué)?？筛鶕?jù)實際條件，包括硬件設(shè)施（場地、器材）和師資狀況，扎實穩(wěn)步推進(jìn)STEM教育，務(wù)求取得實效。而不應(yīng)人云亦云，不顧校情條件具備與否，盲目跟風(fēng)開展STEM教育。這樣既不利于STEM教育的順利開展，甚至可能造成勞民傷財?shù)暮蠊?，這不符合學(xué)校開展STEM教育的初衷。

（二）要立足于學(xué)情開展STEM教育

教師在將STEM教育引入科學(xué)課堂的同時，要注意區(qū)分不同年級學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，有重點(diǎn)地組織教學(xué)。在教學(xué)過程中不能只重視STEM教育的形式，要根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)能力選擇相應(yīng)的項目主題，確定合適的教學(xué)目標(biāo)，采用對應(yīng)的教學(xué)手段。如小學(xué)一、二年級的學(xué)生在課堂教學(xué)時應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣，選擇一些趣味性較強(qiáng)的科學(xué)實踐活動，培養(yǎng)他們對科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)愛好;小學(xué)三、四年級的學(xué)生要重視培養(yǎng)他們解決簡單問題的能力，在教學(xué)過程中可以選擇簡單制作，如教科版科學(xué)四年級下冊教材中《做個小開關(guān)》;小學(xué)五、六年級的學(xué)生可以嘗試讓他們根據(jù)項目主題自主設(shè)計制作產(chǎn)品，如教科版科學(xué)五年級上冊教材中《設(shè)計制作小賽車》等。

（三）開展STEM教育時要重視項目設(shè)計

STEM教育的實施依托一個個項目主題來實現(xiàn)，它最核心、最重要的工作是項目或問題的設(shè)計。STEM項目設(shè)計強(qiáng)調(diào)將科學(xué)知識學(xué)習(xí)蘊(yùn)含于情境化的實際問題解決過程中，強(qiáng)調(diào)調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生積極主動地利用學(xué)到的各學(xué)科的相關(guān)知識來設(shè)計解決方案，從而實現(xiàn)跨越學(xué)科界限提高學(xué)生解決實際問題的能力。STEM教育如果沒有一個完善的結(jié)構(gòu)化項目設(shè)計，會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，從而產(chǎn)生問題解決困難、學(xué)習(xí)效率不高、項目收獲不大等一系列問題。STEM教育實施者最好依托一批系列化的STEM教育課程內(nèi)容，并形成課程體系。如開展航模系列、船模系列、車模系列、橋梁設(shè)計系列、房屋建筑設(shè)計系列、常用工具設(shè)計系列等內(nèi)容開發(fā)相應(yīng)的STEM教育課程體系。

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