實(shí)施STEM導(dǎo)學(xué)策略 著力提升科學(xué)素養(yǎng)

曾坤宗

摘 要：文章剖析了小學(xué)科學(xué)課堂STEM教育導(dǎo)學(xué)四策略，深入淺出地闡述了科學(xué)教師應(yīng)如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)知識探究。只有這樣，才能發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生獲取和處理科學(xué)信息的能力，提高學(xué)生分析和解決科學(xué)問題的能力，逐漸提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：STEM;探究過程;導(dǎo)學(xué);科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號：G623.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 收稿日期：2019-04-17 文章編號：1674-120X（2019）24-0121-02

STEM是指用科學(xué)、數(shù)學(xué)知識和技術(shù)，以工程思維解決問題。STEM教育的核心是“發(fā)現(xiàn)問題—思考、設(shè)計(jì)解決方法—利用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)知識解決問題”。

在科學(xué)教學(xué)中實(shí)施STEM教育有效課堂探究教學(xué)活動(dòng)，可以引發(fā)學(xué)生進(jìn)行積極的科學(xué)探究活動(dòng)。教師應(yīng)緊扣科學(xué)教學(xué)的各學(xué)段目標(biāo)，結(jié)合學(xué)生已有的科學(xué)認(rèn)知，靈活利用實(shí)驗(yàn)研究器材，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，在“學(xué)中做”，以激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究動(dòng)機(jī)，使學(xué)生能夠積極搜索科學(xué)探究信息，重視有價(jià)值的科學(xué)認(rèn)知沖突。努力培養(yǎng)學(xué)生分析與解決科學(xué)問題的能力，使學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)科學(xué)知識、規(guī)律，豐富外在的科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)化探究科學(xué)知識的活動(dòng)意愿，掌握科學(xué)知識的探究方法與策略。學(xué)生再通過自我反思與評價(jià)，以及能力的遷移，進(jìn)一步提升科學(xué)素養(yǎng)。

一、巧用情境質(zhì)疑，激發(fā)探究動(dòng)機(jī)

教師采取STEM課堂教學(xué)策略，把小學(xué)科學(xué)教材中的圖文以靈動(dòng)多樣的形式呈現(xiàn)，創(chuàng)設(shè)富有童趣的圖文情境，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)知識探究的情感，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)知識探究的動(dòng)機(jī)。學(xué)生在直觀的多媒體影像情境中，通過觀察、感知與合作交流過程，找到現(xiàn)實(shí)生活與已有經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)知沖突，積極參與學(xué)習(xí)共同體的分析與探討，解決科學(xué)知識的問題，形成邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性的科學(xué)探究思維，逐漸增強(qiáng)探究科學(xué)知識的能力，凸顯STEM教學(xué)操作思路“情境創(chuàng)設(shè)”環(huán)節(jié)。

例如，教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)“做酸奶”活動(dòng)2——認(rèn)識細(xì)菌的基本形態(tài)時(shí)，學(xué)生從活動(dòng)1“做酸奶”的親歷探究過程，初步明白牛奶制成酸奶的原因是細(xì)菌（酸乳菌）的存在。教師運(yùn)用STEM活動(dòng)策略，引發(fā)學(xué)生提出質(zhì)疑：“細(xì)菌（酸乳菌）到底是什么樣子？形狀是否多樣化？在生活中是否處處存在著細(xì)菌呢？”為了取得較好的學(xué)習(xí)效果，教師激發(fā)學(xué)生積極探究，把教材中介紹的桿狀細(xì)菌、球狀細(xì)菌、螺旋狀細(xì)菌，運(yùn)用動(dòng)畫進(jìn)行演示，輔以細(xì)菌小精靈娓娓介紹，制成生動(dòng)、具體、直觀的動(dòng)畫演示課件。從動(dòng)畫演示過程中，學(xué)生了解了各種形態(tài)細(xì)菌的基本作用。通過觀察多媒體屏幕上放大的各種細(xì)菌圖片，學(xué)生自主運(yùn)用科學(xué)的語言，敘述細(xì)菌的外形特點(diǎn)，進(jìn)一步了解細(xì)菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過學(xué)習(xí)共同體相互交流、相互彌補(bǔ)觀察上的不足，實(shí)現(xiàn)小組成員的共同進(jìn)步，學(xué)生掌握了3種細(xì)菌的基本形態(tài)。

又如，教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)“使沉在水里的物體浮起來”時(shí)，學(xué)生把土豆放進(jìn)小組裝有水的燒杯中，觀察會有什么現(xiàn)象。當(dāng)觀察土豆沉入杯底這一現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生注意觀察教師的操作，把土豆放入裝有水（其實(shí)是較濃的鹽水）的燒杯中，發(fā)現(xiàn)土豆略沉入水中后又往上升，結(jié)果懸浮在水面上。這一下子激發(fā)了學(xué)生的探究興趣，到底是怎么回事？同樣的操作，卻有不一樣的結(jié)果。學(xué)生的認(rèn)知有了沖突，探究的欲望特別強(qiáng)烈。當(dāng)教師說出是鹽水時(shí)，學(xué)生覺得不可思議，都想通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下。即使是看過死海奇特之處的學(xué)生，也因沒有鹽水能使土豆浮起來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，都躍躍欲試。教師創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生探究欲望，自然會幫助學(xué)生形成科學(xué)探究的意識。

二、善用探究問題，親歷自主建構(gòu)

STEM教學(xué)活動(dòng)策略注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究活動(dòng)過程，注重學(xué)生在探究行為、情感以及認(rèn)知上的互動(dòng)，注重發(fā)展學(xué)生的科學(xué)知識和技能。教師在運(yùn)用STEM教學(xué)活動(dòng)策略時(shí)，要靈活地采取STEM科學(xué)探究方式，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)共同體里自主感知與體驗(yàn)教材內(nèi)容，自主對科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行觀察，從觀察與分析中獲取科學(xué)信息，從實(shí)踐探究中處理科學(xué)信息。學(xué)生深入論證科學(xué)問題，自主運(yùn)用科學(xué)思維與他人進(jìn)行討論，再通過橫向互動(dòng)交流活動(dòng)，形成探究觀點(diǎn)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)共同促進(jìn)，從而親歷了和完善了科學(xué)知識概念建構(gòu)的過程。

例如，教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)“給蠶寶寶記日記”時(shí)，通過STEM導(dǎo)學(xué)策略，學(xué)生從探究情境中提出問題：“蠶寶寶長大后是什么樣子？有什么變化？”學(xué)生基于科學(xué)探究問題和活動(dòng)內(nèi)容要求，根據(jù)活動(dòng)1到活動(dòng)6的每個(gè)環(huán)節(jié)，對蠶寶寶的生長過程進(jìn)行細(xì)致的觀察、思考，把每一次的活動(dòng)觀察發(fā)現(xiàn)和結(jié)果，運(yùn)用科學(xué)語言進(jìn)行描述。學(xué)生在學(xué)習(xí)共同體中自主完成探究活動(dòng)1至活動(dòng)6，了解了蠶卵到蠶蛾的變化過程，掌握了蠶卵的外部特征、蠶卵孵化過程的變化、不同齡蠶幼蟲外形特點(diǎn)、蠶蛹和蠶蛾的外形特點(diǎn)。在“討論”探究教學(xué)環(huán)節(jié)里，學(xué)生根據(jù)科學(xué)探究問題：蠶一生經(jīng)歷了哪些生長階段？每個(gè)生長階段各有什么特點(diǎn)？回顧了活動(dòng)1至活動(dòng)6的探究過程，學(xué)生列舉出自己的觀察與探究結(jié)果。如闡述自己在活動(dòng)1“蠶寶寶的出生”的觀察探究活動(dòng)，講述了怎樣自主觀察、搜集數(shù)據(jù)、運(yùn)用數(shù)據(jù)分析與處理，如何總結(jié)蠶的體長變化規(guī)律。闡述活動(dòng)4“蛹”探究過程時(shí)，學(xué)生敘述觀察到蠶蛹的外形特點(diǎn)，提出許多有關(guān)蠶蛹的問題，在學(xué)習(xí)共同體中讓大家一起想辦法尋找答案。通過觀察與比較、分析與整理、概括與總結(jié)的科學(xué)探究活動(dòng)，學(xué)生掌握了蠶在生長過程中的規(guī)律，以及科學(xué)探究的基本方法。

又如，在教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)“聲音的傳播”時(shí)，教師帶領(lǐng)學(xué)生做“不同物質(zhì)的傳聲效果不同”實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生分別隔著沙子、水和空氣做傳播聲音效果的實(shí)驗(yàn)，對傳聲效果從好到差進(jìn)行排序。學(xué)生仔細(xì)傾聽，反復(fù)實(shí)驗(yàn)和比較。小組內(nèi)成員都做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，充分表達(dá)自己的新發(fā)現(xiàn)、新推測，最終統(tǒng)一認(rèn)識，得出結(jié)論，所有物體都能傳遞聲音，不同的物體傳遞聲音的本領(lǐng)不一樣。

三、利用實(shí)驗(yàn)材料，完善認(rèn)知規(guī)律

STEM教學(xué)活動(dòng)策略要求教師注重對科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的選擇，讓學(xué)生根據(jù)科學(xué)探究任務(wù)，掌握實(shí)驗(yàn)探究需要選擇材料的初步方法，思考如何更好地利用實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行規(guī)范化操作。通過自主合作學(xué)習(xí)，學(xué)生設(shè)計(jì)較為完整的實(shí)驗(yàn)操作方案，明白了實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)注意哪些操作事項(xiàng)、如何正確使用操作方法等，進(jìn)而獲得準(zhǔn)確而科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。STEM導(dǎo)學(xué)策略要求學(xué)生通過合作學(xué)習(xí)活動(dòng)，自主從科學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中尋找和發(fā)現(xiàn)科學(xué)信息，提出科學(xué)探究問題，形成質(zhì)疑意識，在實(shí)驗(yàn)中理性操作、理性思考，逐步完善科學(xué)認(rèn)知規(guī)律。

例如，教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)“蠟燭的變化”時(shí)，活動(dòng)1的科學(xué)探究目標(biāo)，主要是讓學(xué)生了解物質(zhì)在形態(tài)方面的變化，以及產(chǎn)生新物質(zhì)的變化過程。STEM導(dǎo)學(xué)策略要求學(xué)生根據(jù)教材內(nèi)容需求和每個(gè)活動(dòng)探究目標(biāo)，互動(dòng)合作設(shè)計(jì)完整的操作方案，合理選擇實(shí)驗(yàn)材料，積極開展實(shí)踐探究?；顒?dòng)2“尋找身邊的物質(zhì)變化”，學(xué)生自主選擇生活中熟悉的事物，在課外活動(dòng)或家庭生活的時(shí)間里，自由選擇一種或多種物質(zhì)，如沖泡奶粉、糖水，觀察蔬菜從生到炒熟的過程，煎蛋、放鹽進(jìn)水等，仔細(xì)觀察這些物質(zhì)變化現(xiàn)象，并做好過程記錄，特別標(biāo)注變化的證據(jù)。課堂上，學(xué)生相互交流，嘗試描述以上這些生活中熟悉物質(zhì)變化前后的現(xiàn)象，以及變化過程，進(jìn)一步明白物質(zhì)會發(fā)生變化，變化前后的性質(zhì)與狀態(tài)決然不同。在課堂合作互動(dòng)探究活動(dòng)中，學(xué)生自由選擇“在裝有白醋的玻璃杯中放入一個(gè)生雞蛋”或“往澄清的石灰水吹氣”，設(shè)計(jì)互動(dòng)合作方案，探討實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)和如何正確使用操作方法，做好實(shí)驗(yàn)分工，讓實(shí)驗(yàn)探究有序、順利進(jìn)行。學(xué)生合理選擇材料和經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過程，就是STEM教育中的工程問題，學(xué)生再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，能更深刻地領(lǐng)悟不同的物質(zhì)。它們的變化現(xiàn)象各不相同，學(xué)生在這一過程中有效地完善了科學(xué)認(rèn)知。

四、使用反思評價(jià)，形成自我監(jiān)控

STEM教育教學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，教師使用反思、總結(jié)與評價(jià)策略，是貼近課堂教學(xué)活動(dòng)舉一反三的杠桿，可以使學(xué)生在科學(xué)思維探究上形成自我評價(jià)，也能促使學(xué)生的自我意識得到充分的表達(dá)。學(xué)生必須熟悉科學(xué)知識學(xué)習(xí)活動(dòng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)會對探究過程進(jìn)行反思與總結(jié)。學(xué)生要帶著反思與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在學(xué)習(xí)共同體里合作學(xué)習(xí)、探究科學(xué)知識，形成一股相互幫助、相互競爭、相互促進(jìn)的學(xué)習(xí)氛圍。教師適時(shí)使用反思與評價(jià)策略，隨時(shí)針對性地指出學(xué)生不足與優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生自然積極深入思考探究。學(xué)生思維的廣度和深度不斷地拓展，從而確?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)探究有序而高效。教師也要善于指導(dǎo)學(xué)生對科學(xué)課堂探究過程進(jìn)行總結(jié)性的自評與互評，讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識的主體地位和功能得到發(fā)揮。

例如，教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)“能量的轉(zhuǎn)換”時(shí)，學(xué)生在進(jìn)行“燃燒花生米使水溫升高”的實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先掌握此次科學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的，并做好實(shí)驗(yàn)前的各種材料準(zhǔn)備，如三腳架、石棉網(wǎng)、細(xì)鐵絲、花生米、燒杯（內(nèi)裝水50ML）、打火機(jī)、蠟燭、溫度計(jì)等，然后安靜等待教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。學(xué)生應(yīng)了解各實(shí)驗(yàn)器材的使用方法及用途，并聆聽教師講解實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)過程;學(xué)習(xí)要進(jìn)行小組討論交流，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，虛心聽取其他同學(xué)的不同意見，并及時(shí)發(fā)表自己的觀點(diǎn)。教師也應(yīng)提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的科學(xué)合理操作及安全注意事項(xiàng)。學(xué)生熟悉操作過程后，積極參與分組動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，如用細(xì)鐵絲扎花生米、點(diǎn)燃花生米等，以及先后測兩次水溫，計(jì)算一?；ㄉ兹紵D(zhuǎn)換成的能量能使50ML的水溫升高多少度等。小組成員認(rèn)真觀察、討論，及時(shí)做好觀察記錄，實(shí)驗(yàn)過程中保持實(shí)驗(yàn)課桌、教室的整潔。學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究結(jié)束時(shí)，師生共同對此次實(shí)驗(yàn)探究過程進(jìn)行過程性評價(jià)與反思、總結(jié)活動(dòng)。反思與評價(jià)參與探究的積極程度、是否勤于動(dòng)手操作、是否積極觀察思考交流、實(shí)驗(yàn)時(shí)間調(diào)控是否適度、是否整潔收放實(shí)驗(yàn)器材等方面。通過互動(dòng)評價(jià)、反思與總結(jié)活動(dòng)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的不足和長處，進(jìn)一步參與科學(xué)知識探究的強(qiáng)烈動(dòng)機(jī)被激發(fā)，學(xué)生的個(gè)性潛力得以挖掘。這個(gè)過程提升了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力，促使學(xué)生形成科學(xué)探究思維。

教師應(yīng)貼近STEM科學(xué)探究導(dǎo)學(xué)策略，關(guān)注學(xué)生科學(xué)探究動(dòng)機(jī)與認(rèn)知沖突，適時(shí)調(diào)整相應(yīng)的STEM教學(xué)指導(dǎo)策略，使學(xué)生能主動(dòng)探究、主動(dòng)分析與思考、主動(dòng)概括和提煉科學(xué)概念，自主建構(gòu)豐富的科學(xué)知識和實(shí)踐活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。這樣學(xué)生的自我評價(jià)與反思科學(xué)探究過程的能力得以提升，最終提升了科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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