基于STEM理念開展的小學(xué)科學(xué)家庭實驗探索

莊麗情

【摘要】《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“小學(xué)科學(xué)是一門探究性課程?！毙W(xué)科學(xué)課程把探究活動作為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式，強(qiáng)調(diào)從學(xué)生熟悉的日常生活出發(fā)，通過學(xué)生親身經(jīng)歷動手動腦等實踐活動，學(xué)習(xí)知識，提高能力。本文以五年級《種子發(fā)芽實驗》為例，詳細(xì)闡述基于STEM理念如何開展小學(xué)科學(xué)家庭實驗，結(jié)合活動效果，對開展相關(guān)研究提出可供參考的實施建議。

【關(guān)鍵詞】STEM;小學(xué)科學(xué)家庭實驗;種子發(fā)芽實驗

一、課程開展背景

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫。STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過跨學(xué)科式的探究活動，在情境中動手實踐，建構(gòu)知識提升能力?？茖W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的實踐性課程，探究活動是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。小學(xué)科學(xué)鼓勵學(xué)生像科學(xué)家那樣親身經(jīng)歷科學(xué)探索實踐過程，綜合運用不同領(lǐng)域的知識和方法，解決日常生活問題。綜合比較可以發(fā)現(xiàn)二者高度契合，STEM理念與小學(xué)科學(xué)的融合能夠為小學(xué)科學(xué)回歸生活情境創(chuàng)造了無限可能。

實驗是科學(xué)探究的重要形式，傳統(tǒng)的科學(xué)實驗主要是指課堂上的實驗，包括教師演示實驗和學(xué)生小組實驗，然而在實際教學(xué)中，并非所有實驗都適合在課堂上開展，如，低年級的種植鳳仙花、養(yǎng)蠶，高年級的種子發(fā)芽實驗、做一個生態(tài)瓶等，學(xué)生需要較長時間進(jìn)行持續(xù)觀察，只靠課堂實驗是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要將實驗延至課外。那么，開展家庭實驗就是解決這種情況的有效途徑?；赟TEM理念開展的小學(xué)科學(xué)家庭實驗探索是推進(jìn)小學(xué)科學(xué)發(fā)展的現(xiàn)實需求，本文以五年級《種子發(fā)芽實驗》為例，通過對課程整體設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)闡述，旨在交流，以期為同行開展相關(guān)研究提供參考。

二、《種子發(fā)芽實驗》課程整體設(shè)計

（一）課程概述

《種子發(fā)芽實驗》是教科版科學(xué)五年級上冊第一單元第一課時和第二課時的內(nèi)容，這兩課主要是探究種子發(fā)芽需要的條件，教材的設(shè)置是讓學(xué)生經(jīng)歷提出問題、進(jìn)行假設(shè)、設(shè)計實驗、動手實驗、觀察記錄、匯報交流等探究過程，種子發(fā)芽實驗需要持續(xù)觀察一個星期左右，非常適合開展家庭實驗探究。

五年級的學(xué)生已有種植鳳仙花的經(jīng)驗，對植物生長的基本條件也有所了解，但對于種子發(fā)芽需要什么條件并沒有進(jìn)行科學(xué)的研究。此次家庭實驗用生活中熟悉的綠豆進(jìn)行探究。在實驗的過程中，通過交流分享，讓學(xué)生意識到需要注意實驗的公平性。因此，需要控制變量，這正是對照實驗的要點，學(xué)生在動手實踐的過程中應(yīng)用知識解決問題。

（二）教學(xué)過程

《種子發(fā)芽實驗》分為三個階段：設(shè)計實驗方案、開展家庭實驗、整理分析實驗結(jié)果。其中，設(shè)計實驗方案是第一課時，開展家庭實驗用時一個星期，由學(xué)生在家完成，實驗完成后第二課時整理分析實驗結(jié)果。

1.設(shè)計實驗方案

很多植物的一生是從種子發(fā)芽開始的，種子發(fā)芽需要什么條件？學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗，自然而然會聯(lián)系到水分、空氣、陽光等條件，可以做出合理的猜測。如何通過實驗驗證猜想，這就需要確定研究的問題，設(shè)計實驗方案。教材以種子發(fā)芽和水分的關(guān)系為例，制訂了實驗計劃。

筆者在課堂上先采用師生問答的形式，引導(dǎo)學(xué)生思考探究種子發(fā)芽與水分的關(guān)系，需要將種子分成兩組，一組給水，一組保持干燥，進(jìn)行對比觀察，看看哪組種子發(fā)芽。然后，小組討論實驗需要注意什么，綜合全班同學(xué)的想法，完善實驗方案。學(xué)生提出在實驗中要注意公平性，兩組種子除了水分的條件不同，其他條件應(yīng)該保持一致。學(xué)生還提出每組至少需要3粒種子，如果只用一粒種子，種子沒有發(fā)芽，有可能是因為種子本身不能萌發(fā)，而非實驗條件所致，這樣的做法更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。

設(shè)計意圖：通過設(shè)計種子發(fā)芽實驗方案，讓學(xué)生意識到科學(xué)探究要嚴(yán)謹(jǐn)，需要注意控制變量，初步了解對照實驗。設(shè)計實驗方案的過程正是STEM理念所倡導(dǎo)的立足生活，解決問題。

2.開展家庭實驗

種子發(fā)芽可能需要水分、空氣、陽光、溫度等條件。筆者讓學(xué)生自由選擇感興趣的條件進(jìn)行探究，自主設(shè)計實驗方案開展家庭實驗，并將每天的實驗現(xiàn)象以拍照、錄制視頻等方式上傳到“班級小管家”進(jìn)行每日打卡。

根據(jù)學(xué)生打卡，整理發(fā)現(xiàn)，全部50個學(xué)生都選擇了感興趣的實驗條件進(jìn)行探究，主要集中在探究種子發(fā)芽是否需要水分、空氣、溫度和陽光等條件，很多學(xué)生甚至做了多組實驗，種子發(fā)芽情況整理如下表1：

在學(xué)生開展家庭實驗的過程中，筆者主要對學(xué)生每天的打卡進(jìn)行評價，收集學(xué)生實驗中出現(xiàn)的問題，整理如下：

（1）在第一天的實驗打卡中，孩子們的思維沒有受限于課本中的綠豆種子，而是出現(xiàn)了綠豆、紅豆、黃豆、黑豆、花生、玉米等多種常見的種子，不同種類的種子讓實驗結(jié)果更加可靠。

（2）第一天的實驗方案五花八門，絕大部分學(xué)生能注意實驗中要設(shè)置兩組進(jìn)行比較，只改變一個實驗條件，做到實驗中控制變量。然而，有個別學(xué)生在實驗中進(jìn)行了兩組實驗，但同時改變了多個條件，實驗條件設(shè)置不合理，如有水分低溫和無水分常溫比較，這些都是實驗中很好的錯誤案例。

（3）學(xué)生將每天的實驗現(xiàn)象發(fā)到“班級小管家”打卡，同學(xué)們可以互相評論點贊。在第二天的打卡中，就發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生已經(jīng)修正自己的實驗方案，而這正是學(xué)生在打卡中通過觀察別人的實驗，發(fā)現(xiàn)了自己的問題、從而改進(jìn)實驗的過程。

設(shè)計意圖：通過家庭實驗打卡，學(xué)生交流分享，讓學(xué)生在實驗中理解對照實驗的要點。短短一個星期的實驗打卡，所有學(xué)生都完整地經(jīng)歷了種子發(fā)芽的全過程，并且學(xué)會了用文字、照片、視頻等方式記錄實驗現(xiàn)象，打卡交流的過程中，很多學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)自身不足，自我改進(jìn)，在實驗中滲透了STEM教育改進(jìn)優(yōu)化的理念。

3.整理分析實驗結(jié)果

家庭實驗結(jié)束后，學(xué)生要整理分析實驗結(jié)果，這是完成的科學(xué)探究過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。通過整理、分析、交流、分享實驗過程，從而知道種子發(fā)芽需要的條件。在實際教學(xué)中，整理分析實驗結(jié)果以匯報課的形式開展，讓學(xué)生分組，提前整理小組實驗成果，搜集相關(guān)資料，通過PPT、視頻或者實物展示，進(jìn)行課堂上的分享交流、答疑解惑。

課堂上學(xué)生分組匯報，將小組成員的實驗結(jié)果匯總整理，通過比較全班種子發(fā)芽情況，不難發(fā)現(xiàn)種子發(fā)芽是需要水分、空氣和適宜的溫度，而陽光并不是必要條件。學(xué)生在臺上匯報的同時，也跟臺下的學(xué)生進(jìn)行互動，借此解決學(xué)生實驗中提出的諸多問題。如種子發(fā)芽不需要陽光，那種子發(fā)芽需要的營養(yǎng)物質(zhì)來自于哪里？經(jīng)過解釋，學(xué)生們才明白，原來種子發(fā)芽的時候的營養(yǎng)由子葉提供，此時沒有長出來葉子，也就不需要陽光進(jìn)行光合作用。

在學(xué)生匯報完成后，學(xué)生們總結(jié)出種子發(fā)芽的必要條件，同時也引發(fā)了大家的思考，種子發(fā)芽后的成長需要什么條件，并且根據(jù)之前的實驗結(jié)果，分析發(fā)芽后的豆苗可能需要陽光，針對這一假設(shè)，再次討論該如何設(shè)計實驗方案進(jìn)行進(jìn)一步探究，正是第三課時《觀察綠豆芽的生長》的內(nèi)容。

設(shè)計意圖：這是一節(jié)融合了STEM理念的匯報課，經(jīng)過一節(jié)課的成果展示分享，學(xué)生學(xué)會了如何整理實驗數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)分析得出科學(xué)結(jié)論。也深刻認(rèn)識了對照實驗是科學(xué)探究中常用了實驗方法，明確嚴(yán)格控制實驗和重復(fù)實驗的重要性。

三、總結(jié)與反思

此次家庭實驗最大的特點是充分體現(xiàn)了STEM理念的開放性、自主性、實踐性。讓學(xué)生自由探究，自主設(shè)計實驗方案，收到的反饋是令人驚喜的，

開放性主要體現(xiàn)在學(xué)生探究條件和實驗材料不受限于書本，學(xué)生根據(jù)生活常識思考種子發(fā)芽可能需要什么條件，并自行設(shè)計實驗。探究了水分、溫度、陽光、空氣等多個條件。同時，此次實驗學(xué)生用到的種子類別很多，綠豆、黃豆、紅豆、花生，甚至還有鷹嘴豆、黑豆、玉米等，實驗用的器皿也是五花八門，一次性杯子、礦泉水瓶、碗、酸奶盒、學(xué)生早餐用過的塑料碗等，充分體現(xiàn)了實驗的開放性。

自主性主要體現(xiàn)在家庭實驗和匯報課上。家庭實驗是全班全員參與，每個學(xué)生獨立設(shè)計實驗方案自主探究，完整地經(jīng)歷實驗的過程。匯報課以學(xué)生為主體，讓學(xué)生上臺展示分享，通過生生對話將知識講解清楚，努力做到讓學(xué)生做課堂的主人。這一次的匯報學(xué)生積極性很高，很多學(xué)生每天打卡拍照錄視頻解說，查閱了課外資料，甚至做了PPT展示，在課堂上匯報，解答同學(xué)的問題。

實踐性貫穿科學(xué)探究的全過程，從設(shè)計實驗方案到動手實驗、記錄觀察、整理數(shù)據(jù)、分析匯報，每一個環(huán)節(jié)都由學(xué)生親身經(jīng)歷完成，學(xué)生在選種、播種、澆水、觀察種子發(fā)芽的過程中，感受到科學(xué)探究的魅力。實驗中為了解決出現(xiàn)的問題，學(xué)生還會主動去查閱資料，反復(fù)查證。經(jīng)過這次的家庭實驗，掌握了科學(xué)探究的基本步驟，學(xué)生的科學(xué)概念和科學(xué)素養(yǎng)都得到了很大的提升。

四、開展家庭實驗的實施策略

家庭實驗是科學(xué)課堂的有效延伸，能夠激發(fā)學(xué)生探究熱情，提高學(xué)生動手能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。基于STEM理念開展家庭實驗，要結(jié)合課堂教學(xué)，從實際問題出發(fā)，經(jīng)歷完整的科學(xué)實驗探究過程，讓家庭實驗真正成為拓展科學(xué)課堂探究活動的有效途徑。

（一）選題立足課堂教學(xué)，貼近生活實際

小學(xué)科學(xué)開展家庭實驗，要考慮實驗的選題，要有趣味性，要貼近生活實際，盡可能實驗材料易得，學(xué)生容易操作。因此家庭實驗的選題要結(jié)合課堂教學(xué)，在開展家庭實驗前，教師要根據(jù)實驗內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)刂v解，讓學(xué)生在回家實驗前就明白實驗操作的要領(lǐng)和注意事項。例如，本課《種子發(fā)芽實驗》，筆者利用一節(jié)課的時間跟孩子們一起設(shè)計“種子發(fā)芽與水分的關(guān)系”的實驗方案，引導(dǎo)學(xué)生正確理解實驗要點，學(xué)會舉一反三，自主設(shè)計實驗探究其他條件。

（二）充分爭取家長配合，實現(xiàn)家校共育

家庭實驗的開展需要家長的支持和配合。很多實驗需要家長給予支持，例如養(yǎng)蠶、做一個生態(tài)瓶等實驗，都需要家長同意才能順利開展。為了最大限度爭取家長的配合，筆者在每學(xué)期的家長會上都跟家長強(qiáng)調(diào)小學(xué)科學(xué)開展實驗的必要性和重要性，在平時也會和家長溝通交流孩子們的實驗情況。在每一次家庭實驗開展之前，筆者會將此次實驗的要求通過作業(yè)平臺發(fā)布，讓家長清楚實驗操作的流程，在孩子遇到困難的時候可以提供幫助和指導(dǎo)。例如，《動物的一生》需要觀察蠶的生長變化，家長們都積極地給孩子購買蠶和桑葉。

（三）教師及時跟進(jìn)實驗，進(jìn)行即時評價

很多家庭實驗需要較長時間才能完成，小學(xué)生往往沒有耐心進(jìn)行持續(xù)性的觀察，這就需要教師及時跟進(jìn)實驗，對學(xué)生在實驗中的亮點和不足進(jìn)行評價，鼓勵學(xué)生通過手抄報、思維導(dǎo)圖、小報告、觀察日記等方式記錄實驗過程，在實驗成果匯報課、作品展示會上和同學(xué)們交流，借此充分調(diào)動學(xué)生參與實驗的熱情。例如，五年級學(xué)生學(xué)習(xí)《種子發(fā)芽實驗》時，種子發(fā)芽需要3-7天，學(xué)生們通過書面、口頭、拍照、錄制視頻等方式在班群中進(jìn)行每日分享，教師和學(xué)生都可以評論點贊，實驗匯報課上學(xué)生們將實驗過程整理，做成PPT或者視頻等進(jìn)行課堂上的展示交流，互動評價有效地提高了學(xué)生實驗的積極性。

（四）關(guān)注學(xué)生習(xí)慣養(yǎng)成，規(guī)范實驗操作

小學(xué)生對實驗興趣濃厚，然而很多學(xué)生是抱著動手玩一玩的心態(tài)做實驗，對于為什么做實驗、具體怎么做目的性不明確，做完實驗進(jìn)行匯報的時候不會表達(dá)，甚至不知道為何而做，實驗流于“做”的表面，所以培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣就顯得尤為重要。借助家庭實驗，可以讓每一個學(xué)生親自動手，親身經(jīng)歷實驗探究的每一個環(huán)節(jié)。因此，教師在開展家庭實驗的過程中，要對學(xué)生實驗進(jìn)行跟蹤，規(guī)范實驗操作，對做得好的及時表揚肯定，對做得不理想的要進(jìn)行指導(dǎo)，讓學(xué)生在實驗的過程中培養(yǎng)良好的習(xí)慣。

五、結(jié)語

STEM教育強(qiáng)調(diào)實踐，在小學(xué)科學(xué)課程中融入STEM理念，重點在于讓學(xué)生能夠親身體驗探究活動，在活動中建構(gòu)知識，提高能力。家庭實驗是小學(xué)科學(xué)實驗的有效延伸，教師在教學(xué)中應(yīng)該選擇合適的項目開展實驗，以此提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

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