淺議小學(xué)科學(xué)STEM教育中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

馬志軍 趙素英

摘要：隨著新課程改革，越來(lái)越多創(chuàng)新的教學(xué)模式引入我國(guó)中小學(xué)課堂中，不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也讓教師的教學(xué)質(zhì)量大大提升。現(xiàn)今的社會(huì)是科技的社會(huì)，人們對(duì)于新科技的依賴程度越來(lái)越高，科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)領(lǐng)域的結(jié)合越來(lái)越緊密。STEM教育理念應(yīng)運(yùn)而生，STEM教育將這四者有機(jī)結(jié)合，采用一種跨學(xué)科的融入教學(xué)模式為小學(xué)科學(xué)課堂帶來(lái)新氣象，啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，也在動(dòng)手實(shí)踐中提升學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新能力，這也是小學(xué)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要一環(huán)。本文以小學(xué)科學(xué)課程為例，闡明了STEM教育理念，分析了小學(xué)科學(xué)課堂中開(kāi)展STEM教育的重要性，并結(jié)合課堂實(shí)例分析了在小學(xué)科學(xué)STEM教育中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的策略。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式 STEM教育 創(chuàng)新能力

在現(xiàn)今的小學(xué)科學(xué)課堂中，許多教師依然沿用著傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師講，學(xué)生聽(tīng)，一旦涉及到科學(xué)實(shí)驗(yàn)，也就是教師在課堂中講解、演示，讓學(xué)生完成。這樣的課堂雖然能夠達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，卻忽略了學(xué)生的興趣與創(chuàng)新能力，學(xué)生只是機(jī)械地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，被動(dòng)地接受知識(shí)，在心中還會(huì)對(duì)教師產(chǎn)生依賴心理，認(rèn)為這堂課的重點(diǎn)教師一定會(huì)講述，所以不需要進(jìn)行思考。這樣的教學(xué)模式一開(kāi)始學(xué)生可能會(huì)主動(dòng)配合教師，但是時(shí)間久了學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣不高，無(wú)法養(yǎng)成好的科學(xué)探究習(xí)慣，更別說(shuō)基于科學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新了。因此教師要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)方法，在科學(xué)教學(xué)中運(yùn)用STEM教育理念，將各學(xué)科整合，調(diào)動(dòng)學(xué)生的科學(xué)積極性，進(jìn)而提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

一、STEM教育理念

所謂STEM，是Science、Technology、Engineering和Mathematics這4個(gè)英語(yǔ)單詞首字母的組合，STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的教育。它誕生于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)由于美國(guó)對(duì)科技人才十分缺失，他們?cè)噲D通過(guò)STEM教育理念培養(yǎng)人才，提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力，而后大獲成功，這也說(shuō)明了STEM教育的有效性。

在教育教學(xué)中實(shí)施STEM教育，需要從兩方面把控。

一是內(nèi)容上的綜合。教師在課堂中開(kāi)展STEM教育時(shí)，不能單一地讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)，而是要將各學(xué)科相整合，能夠運(yùn)用自己所學(xué)的其他學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。科學(xué)學(xué)科本就來(lái)源于自然，在許多科學(xué)問(wèn)題中都與其他學(xué)科有著內(nèi)容上的統(tǒng)一。例如“設(shè)計(jì)制作一個(gè)保溫杯”（教科版5年級(jí)下冊(cè)）課程中，我們需要解決的科學(xué)問(wèn)題“為什么杯子中的熱水會(huì)變涼”，與工程學(xué)需要解決的問(wèn)題“怎樣才能夠增強(qiáng)杯子的保溫性能”這2個(gè)問(wèn)題看似不同，實(shí)際上卻大有聯(lián)系，因?yàn)樗鼈兊谋举|(zhì)都是熱學(xué)能量的傳遞，這便是STEM教育的工程與科學(xué)相結(jié)合。

二是形式上的綜合。在剛剛接觸到STEM教育理念時(shí)，許多教師會(huì)走進(jìn)一個(gè)誤區(qū)，既然STEM教育將不同的學(xué)科整合在一起了，那我們?yōu)槭裁催€要分學(xué)科學(xué)習(xí)，而不直接一起學(xué)習(xí)呢？雖然STEM教育是一種綜合性學(xué)科學(xué)習(xí)理念，但是卻并不能取代各學(xué)科之間的邏輯性。分科知識(shí)有自身獨(dú)有的知識(shí)性與邏輯性，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)形成學(xué)科思維，而如果沒(méi)有分科學(xué)習(xí)知識(shí)，學(xué)生在進(jìn)行知識(shí)整合時(shí)就無(wú)法在腦海中形成知識(shí)體系，更別說(shuō)基于STEM進(jìn)行創(chuàng)新了。因此教師在科學(xué)課程中要巧妙運(yùn)用STEM教育理念，突出STEM教育的優(yōu)點(diǎn)，先為學(xué)生選擇特定的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，讓學(xué)生基于問(wèn)題開(kāi)展學(xué)科整合，實(shí)現(xiàn)形式上的綜合，進(jìn)而提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

二、小學(xué)科學(xué)課堂中開(kāi)展STEM教育的重要性

1.有利于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)興趣

俗話說(shuō)“興趣是最好的老師”，只有當(dāng)學(xué)生對(duì)科學(xué)學(xué)科產(chǎn)生了學(xué)習(xí)興趣，才能夠主動(dòng)參與到科學(xué)探究中，提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。因此教師要改變傳統(tǒng)的科學(xué)課堂教學(xué)模式，將STEM教育融入科學(xué)課程當(dāng)中，從學(xué)生的生活出發(fā)，尋找一些與學(xué)生生活密切相關(guān)的問(wèn)題，讓學(xué)生積極參與，快樂(lè)學(xué)習(xí)。例如在教學(xué)“造一艘小船”過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)了物體的沉浮與排開(kāi)的水量有關(guān)之后，教師嘗試帶領(lǐng)學(xué)生用1張A4紙?jiān)?艘小船，并測(cè)試小船的承載能力。教師試圖將STEM教育理念融入其中，與數(shù)學(xué)學(xué)科相結(jié)合，讓學(xué)生將數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的體積計(jì)算運(yùn)用到小船制作當(dāng)中，更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)科整合，學(xué)習(xí)的趣味更濃厚，每一位學(xué)生都耐心、細(xì)心地制作自己的小船，極大地激發(fā)了學(xué)生的科學(xué)興趣。

2.有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

創(chuàng)新是時(shí)代發(fā)展的靈魂，在小學(xué)科學(xué)核心素養(yǎng)中也重視學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)。STEM教育重視學(xué)科之間的交互融合，但筆者認(rèn)為，STEM教育還應(yīng)該結(jié)合更多的學(xué)科，至少還應(yīng)該與藝術(shù)相融合，在STEM中加入“Art”，成為STEAM教育。這個(gè)“A”狹義上指美術(shù)、音樂(lè)等，廣義上則包括美術(shù)、音樂(lè)、社會(huì)、語(yǔ)言等人文藝術(shù)，實(shí)際代表了STEM強(qiáng)調(diào)的藝術(shù)與人文屬性。

STEM教育的藝術(shù)性強(qiáng)調(diào)在自然科學(xué)教學(xué)中增加學(xué)習(xí)者對(duì)人文科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的關(guān)注與重視。學(xué)生自己通過(guò)動(dòng)手、動(dòng)腦的形式獲取知識(shí)，主動(dòng)學(xué)習(xí)，更好地從中創(chuàng)新，提升自己的創(chuàng)新能力。例如在教學(xué)“建高塔”這一課時(shí)，筆者通過(guò)圖片展示各類高塔的外形，讓學(xué)生明白建高塔需要滿足上小下大、上輕下重的原理，接著出示任務(wù)，用1根胡蘿卜、100根牙簽，在40分鐘內(nèi)建1個(gè)高塔，評(píng)價(jià)從高度和美觀程度考慮。熟悉的材料，新穎的話題，一下子吸引住了學(xué)生，他們馬上全身心地投入到緊張的比賽中去了。有的負(fù)責(zé)切胡蘿卜，有的負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)造型，有的討論怎樣充分利用那100根牙簽……當(dāng)然，在建造過(guò)程中也出現(xiàn)了各種意外，如牙簽數(shù)量沒(méi)有控制，導(dǎo)致最后胡蘿卜剩余;如塔身容易傾斜……學(xué)生通過(guò)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)計(jì)算材料的利用率，從工程學(xué)角度考慮高塔的牢固性，從科學(xué)的角度考慮高塔的穩(wěn)定性，從美術(shù)欣賞的角度審視自己的作品，設(shè)計(jì)出各種造型的高塔，完成比賽項(xiàng)目。通過(guò)這樣的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，既培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)制作的能力，又讓學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中不斷創(chuàng)新，激發(fā)想象力，還培養(yǎng)了學(xué)生的審美能力。

3.有易于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

在新課程改革過(guò)程中，我們不僅要求學(xué)生掌握學(xué)科專業(yè)知識(shí)，更為重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。科學(xué)核心素養(yǎng)要求提升學(xué)生的科學(xué)探究能力和團(tuán)結(jié)合作能力。在傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)中都是以教師講解知識(shí)為主，學(xué)生活動(dòng)的內(nèi)容很少。而STEM教育需要學(xué)生與教師的共同配合，利用各種途徑解決科學(xué)問(wèn)題，教師也可以讓學(xué)生以小組的形式合作收集數(shù)據(jù)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。特別是對(duì)于一些較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，教師讓學(xué)生以合作的形式開(kāi)展，能夠極大程度縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提升實(shí)驗(yàn)效率。小組在合作實(shí)驗(yàn)中也會(huì)主動(dòng)交流，互相學(xué)習(xí)，每一個(gè)小組中都有基礎(chǔ)不好的學(xué)生，他們也能夠主動(dòng)配合小組實(shí)驗(yàn)，希望能夠盡到自己的一份力量。以小組的形式探究實(shí)驗(yàn)，可以提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，進(jìn)而提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

三、小學(xué)科學(xué)STEM教育中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的策略

1.從實(shí)驗(yàn)入手，激發(fā)學(xué)生的探究欲望

小學(xué)科學(xué)是一門實(shí)踐性的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是小學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的主要方式。教師可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的探究欲望，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)釋放自己的天性。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以結(jié)合數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生建立系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)思路，提升學(xué)生的探究欲望。例如在學(xué)習(xí)了“浮力”這一課后，學(xué)生已經(jīng)知道了物體的浮力與排開(kāi)的水有關(guān)。在此基礎(chǔ)上，教師可以結(jié)合技術(shù)與工程的知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)制作一件關(guān)于浮力的作品。在課堂初始，教師可以讓學(xué)生先觀察教師制作的浮沉子，分析浮沉子的工作原理。當(dāng)擠壓礦泉水瓶時(shí)，瓶?jī)?nèi)的壓力增大，浮沉子內(nèi)的水位上升，浮沉子下降;當(dāng)松開(kāi)礦泉水瓶時(shí)，浮沉子內(nèi)的水位下降，浮沉子上升。讓學(xué)生根據(jù)工作原理，設(shè)計(jì)制作一個(gè)屬于自己的浮沉子模型。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，使用身邊的原材料，制作了不同樣子的浮沉子，有的學(xué)生利用曲別針和吸管制作了浮沉子，還有的學(xué)生利用筆蓋制作出了浮沉子，學(xué)生的不同想法給浮沉子帶來(lái)了不同的改變，讓學(xué)生的個(gè)性與特長(zhǎng)得到了充分的發(fā)揮。

2.與生活結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

著名心理學(xué)家皮亞杰曾說(shuō)：“教育的首要目標(biāo)在于培養(yǎng)有能力創(chuàng)新的人，而不是一味地模仿前人已經(jīng)做過(guò)的事情?！边@充分說(shuō)明了創(chuàng)新對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要性。小學(xué)生本就想象力豐富、好奇心強(qiáng)，對(duì)于科學(xué)有著自己心中的理解。因此在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師運(yùn)用STEM教育理念將技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)與科學(xué)相結(jié)合，可以在學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)課程的基礎(chǔ)上提升創(chuàng)新能力。例如在教學(xué)“像火箭那樣驅(qū)動(dòng)小車”這一課時(shí)，筆者為了讓學(xué)生更好地理解反沖力原理，帶領(lǐng)學(xué)生走出教室，來(lái)到操場(chǎng)中，引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手制作紙火箭，通過(guò)紙火箭的制作初步探索火箭的奧秘。制作紙火箭的準(zhǔn)備材料很簡(jiǎn)單，只需要紙、雙面膠及事先準(zhǔn)備好的壓縮空氣就能夠讓火箭飛起來(lái)。讓學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式每個(gè)小組設(shè)計(jì)制作1枚紙火箭，涂上自己喜歡的顏色并命名。當(dāng)每個(gè)小組都完成了紙火箭的制作后，操場(chǎng)上多了許多五顏六色的火箭，這些顏色代表著學(xué)生熱情洋溢的笑臉，以及團(tuán)結(jié)合作的結(jié)果。當(dāng)小組組員踩下作為動(dòng)力的空氣開(kāi)關(guān)后，剛才還在地面上的紙火箭瞬間就飛升到空中，有二三十米高，大家的熱情被點(diǎn)燃?！澳銈冞€有沒(méi)有什么辦法能夠改進(jìn)紙火箭，讓火箭可以飛得更高？”類似這樣的問(wèn)題激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，小組成員熱情高漲，積極地討論可以通過(guò)怎樣的技術(shù)改進(jìn)讓自己的火箭發(fā)射得更高、打破班級(jí)記錄。這樣的課堂與生活緊密結(jié)合，使學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)不再拘泥于文本，而是從生活中思考，從生活中創(chuàng)新，不斷激發(fā)智力，提升創(chuàng)新水平。

3.與各科整合，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

STEM教育要系統(tǒng)地融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)與技能，因此教師在教學(xué)中要注重于各科知識(shí)的整合，如數(shù)學(xué)、勞技等，通過(guò)知識(shí)整合的方式引起學(xué)生更加深入的思考與探索?？茖W(xué)的探究不僅需要科學(xué)的知識(shí)，還需要數(shù)學(xué)課的分析、勞技課的動(dòng)手能力，只有通過(guò)各科的整合，才能全方位地提高小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

例如在教學(xué)6年級(jí)“杠桿的科學(xué)”一課時(shí)，需要學(xué)生理解杠桿原理，并且能夠明白遠(yuǎn)離支點(diǎn)的物體會(huì)產(chǎn)生更大的力。在這節(jié)課的學(xué)習(xí)中，教師可以通過(guò)與數(shù)學(xué)學(xué)科整合的方式，幫助學(xué)生更好地理解杠桿原理。在這一課中，有一個(gè)利用杠桿尺探索杠桿原理的環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)要求學(xué)生記錄鉤碼數(shù)與鉤碼到支點(diǎn)的距離。教師結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)，讓學(xué)生探索鉤碼數(shù)與鉤碼到支點(diǎn)的距離之間的關(guān)系。學(xué)生在探究過(guò)程中，最容易發(fā)現(xiàn)的就是在兩邊的鉤碼數(shù)相同的情況下，兩邊的鉤碼到支點(diǎn)的距離也相同，而且不管距離有多遠(yuǎn)，都是保持平衡的狀態(tài)。接著教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考鉤碼數(shù)與鉤碼到支點(diǎn)的距離是否存在某些數(shù)量上的關(guān)系。學(xué)生通過(guò)觀察數(shù)據(jù)，能夠很快從一些特殊的數(shù)據(jù)中觀察到：鉤碼×鉤碼到支點(diǎn)距離=另一邊的鉤碼×鉤碼到支點(diǎn)的距離。在學(xué)生觀察出這個(gè)數(shù)學(xué)模型后，教師要先讓學(xué)生用自己記錄下來(lái)的其他數(shù)據(jù)驗(yàn)證這個(gè)想法是否正確，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。當(dāng)學(xué)生通過(guò)自己實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證成功后，就會(huì)感到十足的成就感。在這樣的引導(dǎo)下建立的知識(shí)，比直接告訴學(xué)生更具有教育意義。在學(xué)生了解了杠桿原理之后，教師還通過(guò)結(jié)合勞技課的方式，讓學(xué)生利用杠桿原理設(shè)計(jì)制作1個(gè)能夠稱量50克物體重量的小桿秤。這樣的活動(dòng)將學(xué)生從以往的知識(shí)學(xué)習(xí)引入到設(shè)計(jì)制作當(dāng)中，讓學(xué)生運(yùn)用多元化的知識(shí)完成設(shè)計(jì)制作的過(guò)程，從而提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

四、結(jié)語(yǔ)

在小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)中，能夠運(yùn)用STEM教育理念的方面還有很多，教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)入手、與生活結(jié)合，以及與學(xué)科整合，引導(dǎo)學(xué)生一步步來(lái)到科學(xué)世界的大門，運(yùn)用自己的思維開(kāi)啟科學(xué)世界的殿堂，在STEM教育理念下啟迪心靈，學(xué)會(huì)實(shí)踐，學(xué)會(huì)團(tuán)結(jié)，學(xué)會(huì)運(yùn)用不同學(xué)科的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。當(dāng)然，教師在運(yùn)用STEM教育理念時(shí)要貼合學(xué)生生活實(shí)際，讓學(xué)生從生活中思考，更好地培養(yǎng)創(chuàng)新能力，進(jìn)而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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點(diǎn)評(píng)

隨著當(dāng)代科學(xué)的不斷發(fā)展和教育的日趨現(xiàn)代化，作為基礎(chǔ)教育階段的科學(xué)教育，一些新的理念諸如STEM教育理念等也在不斷融入，并將進(jìn)一步豐富我國(guó)科技創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)的模式。本文作者正是根據(jù)上述觀點(diǎn)，依托自身在科學(xué)教育實(shí)踐中的探索，研究和總結(jié)出在小學(xué)科學(xué)教育中應(yīng)用STEM教育模式，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的具體案例和相關(guān)策略，值得廣大科學(xué)教師和科技輔導(dǎo)員在培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才過(guò)程中予以參考或借鑒。

如果作者能夠更為深入地理解STEM教育理念，并進(jìn)一步規(guī)范科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力等概念，以及加強(qiáng)文章整體的邏輯關(guān)系，將使本文不僅具備實(shí)踐性，也會(huì)顯著提升學(xué)術(shù)性。

——翟立原（中國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會(huì)理論工作委員會(huì)副主任委員，第26屆全國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員論文征集活動(dòng)評(píng)審委員會(huì)主任委員）