STEM理念下小學(xué)科學(xué)拓展課程資源的開(kāi)發(fā)與利用

江劉 呂麗

【摘? ?要】STEM教育是當(dāng)前課程改革的熱點(diǎn)，但STEM拓展課程資源比較稀缺。教師可以在STEM理念觀照下，從學(xué)生、教材、課堂、學(xué)校、社區(qū)五大途徑出發(fā)，尋找以學(xué)生為中心，以問(wèn)題解決為驅(qū)動(dòng)，提倡學(xué)科融合的小學(xué)科學(xué)拓展課程的資源，并通過(guò)“甄選課程資源”“整合多類資源”“合理重構(gòu)資源”等策略，合理利用STEM拓展課程資源，培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力。

【關(guān)鍵詞】STEM;小學(xué)科學(xué);課程資源;開(kāi)發(fā)利用

STEM教育提倡讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法，將傳統(tǒng)的輸入式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為以問(wèn)題解決為驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新精神和探索能力，全面提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。盡管 STEM教育成為當(dāng)前課程改革的熱點(diǎn)，但是直接來(lái)源于高校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)等的STEM課程資源非常匱乏。因此，教師可以在STEM理念觀照下，從學(xué)生、教材、課堂、學(xué)校、社區(qū)五大途徑開(kāi)發(fā)小學(xué)科學(xué)拓展課程資源，并通過(guò)甄選、整合、重構(gòu)的方式進(jìn)行有效利用，培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力，實(shí)現(xiàn)STEM課程的育人目標(biāo)。

一、STEM拓展課程資源的開(kāi)發(fā)途徑

（一）關(guān)注學(xué)生焦點(diǎn)，選取生活資源

激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是開(kāi)發(fā)STEM拓展課程資源的前提。因此，教師可觀察學(xué)生在實(shí)際生活中的關(guān)注焦點(diǎn)，從中發(fā)現(xiàn)切合學(xué)生實(shí)際，能激發(fā)學(xué)生好奇心與求知欲的生活資源。

紙飛機(jī)比賽在小學(xué)科技活動(dòng)中較為普遍，比賽的經(jīng)歷促使學(xué)生產(chǎn)生了提升紙飛機(jī)飛行距離和飛行速度的迫切愿望。為了找到改進(jìn)方法，他們提出了“紙飛機(jī)的外形構(gòu)造是否會(huì)影響飛行距離和速度”的問(wèn)題。于是，教師以這個(gè)學(xué)生關(guān)心的問(wèn)題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生從紙飛機(jī)的材質(zhì)、折法、放飛技巧、環(huán)境因素等多方面深入探究。學(xué)生選擇了三種不同外形構(gòu)造的紙飛機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象（見(jiàn)圖1），在無(wú)風(fēng)的室內(nèi)對(duì)每種飛機(jī)做了3次實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1）。

圖1? ?不同外形構(gòu)造的紙飛機(jī)

表1? ?紙飛機(jī)外形構(gòu)造與飛行距離、速度關(guān)系

[類型編號(hào) 外形構(gòu)造 平均飛

行距離 平均飛

行時(shí)間 平均飛行速度 1號(hào) 機(jī)身較矮，兩翼較寬，機(jī)頭較寬 0.327 m 1.40s 0.23m/s 2號(hào) 機(jī)身較高，兩翼較寬，機(jī)頭較尖 1.355m 2.72s 0.50m/s 3號(hào) 機(jī)身較矮，兩翼較窄，機(jī)頭較尖 4.562m 1.91s 2.39m/s ]

通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)分析，學(xué)生解開(kāi)了紙飛機(jī)飛行距離的秘密：1號(hào)紙飛機(jī)飛出后立刻180°轉(zhuǎn)彎，平均飛行距離最短;2號(hào)紙飛機(jī)飛行時(shí)間最長(zhǎng)，但飛出1米左右就會(huì)90°轉(zhuǎn)彎，飛行距離和速度均不足;3號(hào)紙飛機(jī)作弧線狀向前沖去，中途無(wú)任何轉(zhuǎn)彎，飛行距離最長(zhǎng)，飛行速度最快。因此，紙飛機(jī)的外形構(gòu)造能影響飛行距離和飛行速度。隨后，學(xué)生的研究又從紙飛機(jī)延伸到橡筋動(dòng)力模型飛機(jī)，再到模型彈射滑翔機(jī)、遙控電動(dòng)滑翔機(jī)等，由此開(kāi)發(fā)了“飛行器”系列STEM拓展課程。

（二）延伸探究實(shí)驗(yàn)，深化教材資源

教科版科學(xué)教材中涉及的探究活動(dòng)，是教材編寫(xiě)者精選的符合學(xué)生興趣和認(rèn)知發(fā)展水平的教學(xué)內(nèi)容，有助于學(xué)生在探究活動(dòng)中進(jìn)一步鞏固和運(yùn)用習(xí)得的科學(xué)概念。教師可圍繞教材原有主題和知識(shí)體系，設(shè)計(jì)情境任務(wù)，延伸探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生逐步解決問(wèn)題。

如五年級(jí)下冊(cè)第一單元“沉和浮”第四課《造一艘小船》中，將明輪船的歷史作為課后探究活動(dòng)“了解船舶發(fā)展史”的一部分，并非本節(jié)科學(xué)課的教學(xué)重點(diǎn)。但明輪船在船舶發(fā)展史中具有重要地位，了解其發(fā)明歷史、工藝結(jié)構(gòu)、科學(xué)原理，并親手制作，有助于學(xué)生鞏固浮力原理。與其他船舶相比，明輪船關(guān)鍵動(dòng)力結(jié)構(gòu)及模型制作的難度適中，適合小學(xué)STEM學(xué)習(xí)，能有效促進(jìn)科學(xué)課學(xué)習(xí)目標(biāo)的深度達(dá)成。

（三）捕捉意外問(wèn)題，提煉課堂資源

如果教師全程參與科學(xué)探究活動(dòng)，并關(guān)注學(xué)生的課堂行為，就能適時(shí)捕捉“即時(shí)興趣”，抓住“認(rèn)知困難”，發(fā)現(xiàn)“意外問(wèn)題”。如果對(duì)這些意外生成的課堂資源進(jìn)行梳理和歸納，就可以開(kāi)發(fā)為STEM拓展課程。

以四年級(jí)上冊(cè)《聲音的變化》一課為例，教材配套的學(xué)具袋雖然提供了一支五管簫（見(jiàn)圖2），但存在難以吹響、音高區(qū)不清等缺陷，對(duì)探究活動(dòng)造成影響，學(xué)生產(chǎn)生了改進(jìn)愿望。于是，“五管簫大變身”STEM拓展課程誕生了。課程共分為四個(gè)板塊：①吹奏、觀察五管簫，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題;②對(duì)比其他吹奏樂(lè)器，進(jìn)行歸因;③改造吹口，繪制“七管簫”設(shè)計(jì)圖;④學(xué)習(xí)和運(yùn)用3D打印技術(shù)，完成改進(jìn)任務(wù)（見(jiàn)圖3）。該課程讓學(xué)生不僅深入反思造成科學(xué)實(shí)驗(yàn)失敗的原因，將改進(jìn)學(xué)具的想法落實(shí)到課堂中，還能使用改良后的學(xué)具，體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)成功的喜悅。

圖2改進(jìn)前的“五管簫”? ? ? 圖3改進(jìn)后的“七管簫”

（四）結(jié)合主題活動(dòng)，挖掘校本資源

學(xué)校組織開(kāi)展的主題探究活動(dòng)，常常要用到校園內(nèi)的材料、工具、設(shè)施、人員等資源。教師可根據(jù)活動(dòng)主題，因地制宜地挖掘校本資源。

如某學(xué)校與區(qū)氣象局專家合作，長(zhǎng)期開(kāi)展“氣象與生活”主題探究活動(dòng)。學(xué)校除了必備的四年級(jí)上冊(cè)“天氣”單元的實(shí)驗(yàn)器材外，還配備了測(cè)風(fēng)器械、觀測(cè)場(chǎng)地、創(chuàng)客教室。學(xué)生曾做過(guò)日常天氣觀察記錄（如表2），也曾制作過(guò)最簡(jiǎn)單的風(fēng)向標(biāo)。因此，學(xué)校結(jié)合主題活動(dòng)，充分利用器械與設(shè)備、日常觀測(cè)數(shù)據(jù)、人力資源等校本資源，開(kāi)發(fā)了“風(fēng)向標(biāo)探秘”STEM拓展課程。

表2? ?家庭周邊氣溫和風(fēng)向觀測(cè)表（部分）

[12月15日 地址 氣溫（℃） 風(fēng)向 17：30 東郡尚都 7.9 西北 綠都小區(qū) 7.8 西 中山錦庭 8.0 西北 大田小區(qū) 8.2 東南 19：30 東郡尚都 6.5 西南 綠都小區(qū) 7.2 西 中山錦庭 7.7 東北 大田小區(qū) 7.6 南 ]

（五）組織校外實(shí)踐，開(kāi)發(fā)社區(qū)資源

教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生走出學(xué)校小課堂，走進(jìn)圖書(shū)館、博物館、科技中心、農(nóng)場(chǎng)果園、工廠碼頭等社會(huì)實(shí)踐大課堂，將社區(qū)資源融入STEM教學(xué)活動(dòng)，形成系列化小學(xué)科學(xué)STEM拓展課程體系。

教師在社區(qū)開(kāi)展STEM課程學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)社會(huì)實(shí)踐基地的主題、場(chǎng)地、特色活動(dòng)等資源設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單，并根據(jù)表單中的范例突破學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)。例如，在博物館進(jìn)行的“古代計(jì)時(shí)工具發(fā)展史”課程是一種項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程。在學(xué)習(xí)單的引導(dǎo)下，學(xué)生開(kāi)展觀察、記錄、實(shí)驗(yàn)、分析、制作、匯報(bào)等活動(dòng)（見(jiàn)表3）。其中“向組員介紹一種計(jì)時(shí)工具及其工作原理”是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，教師就以“圭表”的介紹為例，輔助學(xué)生收集其他古代計(jì)時(shí)工具的信息，模仿范例完成學(xué)習(xí)任務(wù)，輕松突破難點(diǎn)。

表3? ?“古代計(jì)時(shí)工具發(fā)展史”學(xué)習(xí)單

[任務(wù)目錄 完成情況 尋找中國(guó)古代計(jì)時(shí)工具，并記錄名稱 將尋找到的計(jì)時(shí)工具按照出現(xiàn)的年代進(jìn)行排序 向組員介紹一種計(jì)時(shí)工具及其工作原理 圭表是一種古代計(jì)時(shí)工具?！氨怼笔侵敢桓怪绷⒃诘孛娴臉?biāo)桿或石柱;“圭”是指從表的底部沿水平伸向北方的一條石板。每當(dāng)太陽(yáng)轉(zhuǎn)到正南方向時(shí)，表影就會(huì)落在圭面上。只要測(cè)量表影的長(zhǎng)度，就可以推算出各節(jié)氣的時(shí)刻。

根據(jù)一定的分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)找到的計(jì)時(shí)工具進(jìn)行分類 類別： 分類依據(jù)： 根據(jù)泄水型水鐘的原理，小組合作制造1分鐘計(jì)時(shí)器 （設(shè)計(jì)圖） ]

二、STEM拓展課程資源的利用策略

（一）圍繞問(wèn)題，甄選課程資源

STEM拓展課程資源并非開(kāi)發(fā)即能用，而要根據(jù)各學(xué)段具體的教學(xué)要求進(jìn)行甄選。甄選出來(lái)的課程資源要力求原理簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象直觀，符合學(xué)生當(dāng)下的認(rèn)知發(fā)展水平和注意規(guī)律，能夠迅速吸引學(xué)生的注意，降低理解難度，提升問(wèn)題解決的效率，增強(qiáng)問(wèn)題解決的成就感。

以“明輪船”STEM拓展課程為例（見(jiàn)表4），教師圍繞探究問(wèn)題，對(duì)不同的課程資源匯總后進(jìn)行甄選，發(fā)揮了課程資源的最大效益：根據(jù)學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)和興趣，甄選“折紙船、玩紙船”資源，因?yàn)榧埓谱骱?jiǎn)單且生動(dòng)有趣，更易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;從教材原有的探究活動(dòng)資源中，精選“用其他材料制造船”的任務(wù)，因材料多樣化，探究會(huì)更豐富;在校內(nèi)主題活動(dòng)資源中，教師選擇體積更大的充氣水池，因?yàn)樵撈鞑馁Y源便于小組同場(chǎng)競(jìng)技，縮短評(píng)價(jià)時(shí)間，能提高學(xué)生改進(jìn)的熱情;在社區(qū)科普教育資源方面，教師舍棄了游艇，選擇輪船作為觀察對(duì)象，因?yàn)槊鬏喆怯奢喆葑兌鴣?lái)，相似程度比游艇更高。

表4? ?“明輪船”拓展課程資源甄選表

[資源匯總 甄選結(jié)果 部分學(xué)生有觀察船運(yùn)貨入港的生活經(jīng)歷;大部分學(xué)生喜歡折紙船，并用紙船玩過(guò)小游戲 學(xué)生親自折紙船、玩紙船游戲 教材中有用橡皮泥造船并比較載貨量的實(shí)驗(yàn);有用其他材料造船，比較成本、載重、速度等因素的探究活動(dòng) 用其他材料造船，比較多方面因素 “家鄉(xiāng)的橋”校園主題活動(dòng)提供了大型水槽和充氣水池等配套器材 大型充氣水池 莼湖海濱公園配有小型游艇，象山港碼頭有較多的輪船 參觀碼頭，觀察貨輪的結(jié)構(gòu)和工作流程 ]

（二）凸顯情境，整合多類資源

在STEM拓展課程的明確問(wèn)題階段，如果教師面臨某類資源數(shù)量不足的情況時(shí)，就可以將不同類別的資源進(jìn)行整合，搭配使用，擺脫單一資源的桎梏，從而創(chuàng)設(shè)一個(gè)凸顯真實(shí)、富有趣味的問(wèn)題情境。

例如在“風(fēng)向標(biāo)探秘”STEM拓展課程中，教師面臨無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間帶領(lǐng)學(xué)生在氣象監(jiān)測(cè)站上課的困難。于是，在明確問(wèn)題階段，教師可先讓學(xué)生使用自制風(fēng)向標(biāo)，再與專業(yè)風(fēng)向標(biāo)進(jìn)行比較，思考并發(fā)現(xiàn)自制風(fēng)向標(biāo)存在的缺陷，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析真實(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)與氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)間的差距，并通過(guò)使用器具時(shí)的照片尋找原因。最后，結(jié)合“氣象與生活”主題探究活動(dòng)，由氣象研究員布置“小小氣象員” 的任務(wù)，提升學(xué)生研究自制風(fēng)向標(biāo)精準(zhǔn)程度的興趣。

（三）落實(shí)任務(wù)，合理重構(gòu)資源

分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施方案是STEM拓展課程的三個(gè)主要環(huán)節(jié)。學(xué)生在不同的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)需要不同的課程資源。如果教師給予學(xué)生大量未經(jīng)處理的資源，就會(huì)導(dǎo)致階段目標(biāo)混亂，增加完成任務(wù)的難度，降低解決問(wèn)題的成功率。所以，教師應(yīng)先將資源進(jìn)行適當(dāng)處理、合理重構(gòu)，再分階段提供給學(xué)生。

以“五管簫大變身”STEM拓展課程為例（見(jiàn)表5），由于學(xué)生在四年級(jí)上冊(cè)《聲音的變化》一課的探究活動(dòng)中，曾聽(tīng)過(guò)不同長(zhǎng)度的塑料管發(fā)出的聲音，但因缺乏比較，難以準(zhǔn)確識(shí)別音高。這時(shí)，教師可提供其他樂(lè)器進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析五管簫的缺點(diǎn)，提出改進(jìn)建議。臺(tái)虎鉗和切割機(jī)是本次切割改進(jìn)樂(lè)器的重要工具，與普通美工刀相比，具有使用方便的優(yōu)勢(shì)，屬于校內(nèi)主題活動(dòng)資源。但這些工具操作難度過(guò)大，無(wú)法直接用于STEM拓展課程，需要教師提前完成切割。

表5? ?“五管簫大變身”拓展課程資源重構(gòu)表

[資源原型 重構(gòu)結(jié)果 在探究活動(dòng)中，學(xué)生曾聽(tīng)過(guò)不同長(zhǎng)度的塑料管發(fā)出的聲音，能感知音高的變化 增加一個(gè)吹奏五管簫和豎笛的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)區(qū)分音高，感受差別 學(xué)生提出修剪五管簫塑料管的實(shí)驗(yàn)，但是制作效果不佳 依據(jù)學(xué)生的想法繼續(xù)改進(jìn)，制作出長(zhǎng)度適宜的五管簫后再次進(jìn)行對(duì)比 學(xué)校長(zhǎng)期開(kāi)設(shè)創(chuàng)客主題課程，配備了臺(tái)虎鉗、切割機(jī)等設(shè)備 分析豎笛等管樂(lè)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提前用設(shè)備切割五管簫的塑料管 ]

綜上，教師不僅需要從學(xué)生、教材、課堂、學(xué)校、社區(qū)五大途徑出發(fā)，開(kāi)發(fā)以學(xué)生為中心，以問(wèn)題解決為驅(qū)動(dòng)，提倡學(xué)科融合的小學(xué)科學(xué)拓展課程資源，同時(shí)還需要通過(guò)“甄選課程資源”“整合多類資源”“合理重構(gòu)資源”的策略對(duì)其加以合理利用，使STEM理念下小學(xué)科學(xué)拓展課程落地生根。

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（浙江省寧波市奉化區(qū)岳林中心小學(xué)? ?315500）