STEM教育理念與跨學(xué)科實驗教學(xué)整合模式

沈杰

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150028）

STEM 教育理念屬于一種新型的教育理念，用于學(xué)校的教學(xué)過程中可以有效提升學(xué)生的 STEM 素養(yǎng)，促使學(xué)生可以綜合應(yīng)用自身所掌握的科學(xué)、技術(shù)、工程、技術(shù)四個方面的知識，并能夠游刃有余的應(yīng)用知識來分析、思考、解決相關(guān)問題，有效整合四個方面的知識，給予學(xué)生全方位的跨學(xué)科教育教學(xué)，應(yīng)用融合STEM 教育理念的跨學(xué)科教學(xué)模式，促使學(xué)生對于多門學(xué)科知識的實驗教學(xué)產(chǎn)生興趣，以此充分發(fā)揮自身的主觀能動性，進行不同學(xué)科知識關(guān)系的探索，使得學(xué)生的跨學(xué)科綜合素養(yǎng)得到顯著增強。

1 STEM 教育理念概述

該理念具體而言指的是科學(xué) （Science）、技術(shù)（Technology）、工 程（Engineering）、數(shù) 學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文釋義的縮寫，在教學(xué)期間，教師需要對上述四門學(xué)科知識進行有機融合，形成系統(tǒng)的知識框架與結(jié)構(gòu)，進而對學(xué)生做以不同學(xué)科知識的整體性教學(xué)，使得學(xué)生可以在知識接受與掌握中具備創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力以及動手實踐的能力，可以從多個方面、角度來思考問題，給出問題全面的答案[1]。該理念最早是由美國的教育學(xué)家提出，待獲得諸多國家學(xué)者認同后形成了以這四種學(xué)科為主體的多門學(xué)科教學(xué)的教育理念，教學(xué)目標為通過對學(xué)生這幾種學(xué)科知識的教育教學(xué)，使得學(xué)生可以具有四種學(xué)科下的科學(xué)、技術(shù)、工程以及數(shù)學(xué)素養(yǎng)，進而聯(lián)系知識與自身能力探索世界更多的奧秘與真相[2]。研究該理念的核心特性，主要包括有設(shè)計性、情境性、趣味性、實證性、跨學(xué)科性、協(xié)作性等多種，以其中最重要的跨學(xué)科性為例進行分析，可知常規(guī)教學(xué)理念之下要求教學(xué)者根據(jù)學(xué)科知識的差異，將不同學(xué)科作以區(qū)分，并且結(jié)合學(xué)界多于相關(guān)學(xué)科所作出的研究，構(gòu)建學(xué)科知識的教學(xué)模塊，來進行以學(xué)生為主體的教學(xué)活動，此種將學(xué)科割裂開來的教學(xué)模塊，具有單一學(xué)科的特征，教師教授過程中的難度較低且學(xué)生的接受程度高，學(xué)生可以在較短的時間內(nèi)理解掌握學(xué)科知識，以此讓學(xué)生可以在面對具體問題時具備較強的解決能力，實際工作中可以快速解決相關(guān)難題。

2 STEM 教育理念和跨學(xué)科實驗教學(xué)整合模式分析

2.1 跨學(xué)科實驗教學(xué)整合模式

目前在 STEM 教育理念的不斷深入推廣應(yīng)用期間，可以采用相關(guān)課程、廣域課程兩種模式開展跨學(xué)科教學(xué)工作。前一種模式表示可以將四種學(xué)科仍然按照單一學(xué)科來教學(xué)，但是在教學(xué)過程中需要做好不同知識相關(guān)性的研究，繼而讓學(xué)生把握好四種學(xué)科知識之間的關(guān)聯(lián)性，以此掌握不同學(xué)科較為接近的知識，能夠在后續(xù)的問題處理中分析事件中體現(xiàn)出的知識關(guān)系，從而調(diào)動該部分有關(guān)系的知識共同進行問題處理與解決。例如，數(shù)學(xué)以及物理教師在進行知識教授之前，可以就教學(xué)計劃進行共同探討，以此將兩個學(xué)科中存在關(guān)聯(lián)的知識放置在較為接近的時間進行授課，其中數(shù)學(xué)學(xué)科的概念知識為最先教授的知識，而后再教授物理知識，最終學(xué)生可以在兩門學(xué)科知識學(xué)習(xí)中掌握教學(xué)計劃中要求要掌握的內(nèi)容，還可以直接利用所學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)概念處理物理問題[3]。后一種教學(xué)模式則要求將學(xué)科之間的教學(xué)壁壘直接打破，繼而整合多門學(xué)科知識，以便教師可以從結(jié)構(gòu)化的課程結(jié)構(gòu)出發(fā)，面向?qū)W生完成授課工作；該種模式多采用實踐活動等形式來進行，如太陽能車輛、太陽能電池等實驗設(shè)計活動，教師可以同學(xué)生一道參與到實驗中，進而讓學(xué)生充分調(diào)動所學(xué)習(xí)的多學(xué)科知識與創(chuàng)新精神、創(chuàng)造力開展實驗。需要教育學(xué)者可以在兩種模式應(yīng)用期間，結(jié)合實際應(yīng)用情況，總結(jié)應(yīng)用時的經(jīng)驗與教訓(xùn)，繼而對于模式存在的應(yīng)用問題進行合理化的規(guī)避研究[4]。

跨學(xué)科整合模式應(yīng)用期間，需要堅持三項取向：其一為整合學(xué)科知識取向，由于 STEM 教育理念之下的四種學(xué)科定位與教學(xué)側(cè)重點各不相同，所以在教學(xué)時需要從不同的學(xué)科中找出共性，以此連接各個學(xué)科知識，實現(xiàn)跨學(xué)科知識的邏輯化處理，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的課程教學(xué)體系。其二為整合生活經(jīng)驗取向，即為學(xué)生在校所學(xué)習(xí)的所有知識，均要應(yīng)用于社會實踐中，來解決實際問題，之后由小組中的全體成員自行進行相關(guān)問題的調(diào)研，所以此種模式取向?qū)W(xué)生放在了問題研究的主體地位，強調(diào)學(xué)習(xí)者需要結(jié)合自身的生活經(jīng)驗、需要找到不同學(xué)科用于問題處理的知識契合點，并且在學(xué)生學(xué)習(xí)時的好奇心、滿足感驅(qū)使之下，展現(xiàn)學(xué)生解決問題的思路。

2.2 設(shè)計跨學(xué)科整合問題

在上述模式應(yīng)用期間，關(guān)系著模式應(yīng)用成敗的關(guān)鍵點在于問題設(shè)計，如果設(shè)計出的問題存在問題，將無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，那么跨學(xué)科學(xué)習(xí)的質(zhì)量、效率會嚴重下降，學(xué)生會感受到強烈的挫折感，難以在學(xué)習(xí)中獲得有用的知識，各方面的能力也無法有效提升。

分析教學(xué)基本情況，整合跨學(xué)科知識并不是將不同學(xué)科知識直接作以整合就可以的，需要教師對于教學(xué)情況加以分析，明確該次教學(xué)的主要目標，把握學(xué)生是否對知識學(xué)習(xí)感興趣以及不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力情況，還需要了解教授不同學(xué)科知識的具體內(nèi)容等，以此才可以保證設(shè)計出的問題情境不僅可以實現(xiàn)教學(xué)目標，而且可以確保學(xué)生在感興趣、學(xué)習(xí)效能較高的前提下有效學(xué)習(xí)所要掌握的內(nèi)容。而設(shè)計的學(xué)習(xí)活動，則可以讓學(xué)生積極地參與其中，實現(xiàn)知識的內(nèi)部轉(zhuǎn)換，促使學(xué)生可以將所學(xué)習(xí)的知識真正的應(yīng)用到實處，借助于解決問題的思路提升學(xué)習(xí)質(zhì)量與效率[5]。

2.3 模式應(yīng)用分析

該文研究 STEM 教育理念和跨學(xué)科實驗教學(xué)整合模式期間，選擇某所初中一個班級的學(xué)生進行 STEM跨學(xué)科課程教學(xué)效果的研究對象。班級內(nèi)共計有 40 名學(xué)生，在模式應(yīng)用之前研究學(xué)生的跨學(xué)科基礎(chǔ)理論知識掌握與實驗案例處理能力的考察結(jié)果顯示，大部分學(xué)生的理論知識考評分數(shù)遠高于實驗?zāi)芰Ψ謹?shù)，8 名（20.00%）學(xué)生兩項分值均衡，另有 2 名（5.00%）學(xué)生的利用多學(xué)科知識解決實驗問題的分值高，表示該班級學(xué)生的多學(xué)科知識教學(xué)成果較差，學(xué)生解決問題的綜合能力較為薄弱。

在模式應(yīng)用之后，教師整合不同學(xué)科知識對于班級學(xué)生進行了跨學(xué)科知識教學(xué)。以“插座改良”為例，初中階段的學(xué)生剛接觸物理學(xué)科，雖然對于該門學(xué)科知識具有強烈的探索欲、求知欲，但是教師設(shè)計的該實驗案例，涉及學(xué)生進入高中階段才會學(xué)習(xí)的變壓器、電磁感應(yīng)等知識，使得學(xué)生們在插座具體改良方法研究時面臨著較多的問題，此時教師可以結(jié)合研究小組整理出的研究問題，引導(dǎo)學(xué)生借助于互聯(lián)網(wǎng)查詢這些知識，讓學(xué)生對于這些知識有一個初步的了解，而后教師需要設(shè)計出實驗案例研究計劃，讓學(xué)生在清晰的規(guī)劃中利用已經(jīng)掌握的知識以及調(diào)查得出的新穎知識點資料，使用三維設(shè)計軟件得出插座改良工程圖，此時教師需要檢驗學(xué)生的圖紙質(zhì)量，給出富有價值的建議，待學(xué)生通過自身、小組成員以及教師群策群力之下成功完成插座改良實驗后，師生需要對實驗過程進行評價，以此方便教師把握設(shè)計的實驗案例應(yīng)用的有效性，便于指導(dǎo)后續(xù)的跨學(xué)科實驗案例設(shè)計工作有效進行。在多個由學(xué)生主導(dǎo)、教師引導(dǎo)下的跨學(xué)科實驗案例成功開展后，教師再次考察學(xué)生的知識掌握與實踐能力培養(yǎng)情況，發(fā)現(xiàn)班級內(nèi)有 35 名（87.50%）學(xué)生的實驗?zāi)芰υ鰪姡? 名（10.00%）學(xué)生的實踐能力略遜一籌，僅有 1 名（2.50%）學(xué)生由于基礎(chǔ)薄弱仍需要教師加強理論知識的教學(xué)與實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)，總體來看 stem 教育理念下的跨學(xué)科實驗教學(xué)模式應(yīng)用以后學(xué)生掌握的知識增多，使用不同學(xué)科知識解決問題的能力也明顯提升。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段我國應(yīng)用 STEM 教育理念開展跨學(xué)科教育教學(xué)的工作正處于起步階段，在實際的教學(xué)活動中有著較多的缺陷和不足之處，使得學(xué)生難以對繁雜的知識產(chǎn)生興趣，所以學(xué)校教師需要對該理念繼續(xù)做以研究，在理念應(yīng)用中找出基于 STEM 教育理念的跨學(xué)科實驗教學(xué)整合模式，來對學(xué)生進行不同學(xué)科知識的系統(tǒng)性教學(xué)，降低學(xué)科問題偽解決、學(xué)科知識探究證偽等問題的發(fā)生風(fēng)險，以此使得學(xué)生獲得知識跨學(xué)科學(xué)習(xí)的成就感，實現(xiàn)自身素養(yǎng)與價值的綜合提升，為 STEM教育理念在諸多學(xué)校多學(xué)科教學(xué)中的深入推廣與應(yīng)用提供參考經(jīng)驗。