STEAM教育理念下培養(yǎng)學生科學探究能力的策略探究

宗若燦，楊成鐸

（營口實驗學校）

STEAM 是 一 種 融 入 科 學（Science）、技 術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學（Mathematics）五種教育的綜合性教育，它不是把知識進行簡單的疊加，而是圍繞一個問題或項目，靈活地運用多學科知識解決真實的問題。STEAM 教育是一種倡導跨學科的實踐教育，它是基于真實問題解決的探究性學習，也是基于設(shè)計的實踐性學習。STEAM 教育力求引導學生以真實問題解決為任務(wù)驅(qū)動，通過多學科知識與多學科思維，在具體的實踐活動中創(chuàng)造性地解決實際問題。

在教育實踐中，小學科學學科應(yīng)以探究性學習為主，注重在探究活動中培養(yǎng)學生的科學思維、問題解決能力、創(chuàng)新能力、實踐能力、信息素養(yǎng)，這與STEAM 教育理念高度一致。把科學教學與STEAM教育進行深度融合是一線教師需要思考的問題。據(jù)2017 年3 月由教育部教育管理信息中心、北京師范大學聯(lián)合北京國信世教信息技術(shù)研究院共同撰寫發(fā)布的《中國STEAM 教育發(fā)展報告》中數(shù)據(jù)顯示（見圖1），現(xiàn)階段小學開設(shè)的STEAM 課程學習方式較為單一，主要以探究學習和合作學習為主，而項目式學習、基于問題的學習、基于設(shè)計的學習較前兩種方式來說占比相對較少，單一的學習方式限制了學生動手解決問題能力的發(fā)展。因此，科學教師要尋求多種方法，豐富教學策略，提高課堂教學實效。

圖1 STEAM教學方式分布

一、創(chuàng)設(shè)真實情境，引導學生發(fā)現(xiàn)問題

著名教育家陶行知說：“創(chuàng)造始于問題，有了問題才會思考，有了思考，才有解決問題的方法，才有找到獨立思路的可能?！盨TEAM 教育是一種探究性學習活動，只有引導學生自主發(fā)現(xiàn)問題，才能充分調(diào)動學生的思維，激發(fā)學生的探究熱情。STEAM 教育的問題應(yīng)該是生活情境中的真實問題，問題只有與學生的生活實際相聯(lián)系，才能使學生感受到探究的價值，體驗到探究的樂趣。

例如，在“太陽鐘”一課的教學中，學生根據(jù)影子的變化規(guī)律，在木板上垂直插入一根竹簽，制作成一個簡單的牛頓鐘，然后將牛頓鐘平放到操場上，于整點時刻畫出竹簽的影子，并標記上對應(yīng)的時間。經(jīng)過連續(xù)幾天的檢測，學生發(fā)現(xiàn)自己制作的牛頓鐘計時十分準確。在學生在歡呼雀躍時，我繼續(xù)提出問題：三個月后我們再來核查，牛頓鐘的計時是準確的嗎？學生們大惑不解。

三個月后，學生帶著制作的牛頓鐘再次來到操場上核查牛頓鐘的計時。當學生看到此時牛頓鐘與標準時間竟然相差了二十多分鐘，都感到十分意外。在學生百思不得其解時，我引導學生將牛頓鐘南側(cè)向上抬起一定的角度再進行觀察。

學生操作之后，發(fā)現(xiàn)當牛頓鐘南側(cè)向上抬起到一個角度時，它的計時依然十分準確。這是為什么？學生紛紛陷入了深思。經(jīng)過啟發(fā)、引導，學生最終解開了其中的秘密，并根據(jù)其中的原理，再次制作出了一個計時準確的工具——日晷（赤道式日晷）。

二、樹立先進教學理念，提高學生探究熱情

STEAM 教育重視學生主動參與探究過程，強調(diào)在實踐活動中讓學生獲得真實的學習體驗，使學生在學習體驗中有效探究、深層思考。

（一）在玩中學，激發(fā)學生的興趣

興趣是最好的老師，只有激發(fā)學生在STEAM 教育活動中的探究興趣，學生才能以飽滿的熱情和堅韌的毅力進行深入研究。在STEAM 教育中，教師要最大限度地激發(fā)學生的學習需求和探究興趣，使學生想要探究、樂于探究。在玩中學，“玩”是有目的、有引導、有針對性地“玩”，能夠使學生在玩的活動中深入學習，提高思維技巧，提升探究能力。

在“葉和花”一課教學中，教師組織學生到操場上采摘各種樹木的葉片，學生看到秋色正濃的校園風光時興奮不已，紛紛行動起來。學生采摘完樹葉后，教師引導學生觀察各種樹葉的差異。經(jīng)過對比，學生發(fā)現(xiàn)這些樹葉的葉形、葉序、葉脈等都存在著差異。經(jīng)過師生的共同研究，學生將這些樹葉按照葉形和葉序進行分類。通過深入探究，學生掌握了各種葉形和葉序的特征，并將那些有特點的葉片制作成葉脈畫、葉脈書簽、葉貼畫等。最后，在教師的指導下，學生繪制出了校園植物圖譜。

（二）在差異中尋發(fā)展，促進學生有效探究

STEAM 課程倡導開展開放式的學習活動，對于不同層次的學生，教師需要進行個別化指導，同時為學生呈現(xiàn)的探究資源（實驗材料、學習型課件、微視頻教學）也要有層次性，以滿足不同學生的學習需求。學生可以根據(jù)自己的興趣、能力、學習基礎(chǔ)、探究能力，自主選擇合適的學習資源。

在“做個太陽能熱水器”一課教學中，教師要求學生做一個太陽能熱水器，并將200 毫升水的溫度在15 分鐘內(nèi)盡可能地升上去。這是一個開放式的探究活動，學生不僅要考慮吸熱與物體顏色、太陽光照射角度的關(guān)系，還要考慮太陽能熱水器的材料選取、保溫效果、制作成本、外形美觀程度等。學生在設(shè)計出太陽能熱水器的草圖后，教師組織學生進行制作，并在評比后組織獲勝組介紹自己的設(shè)計原理。整個探究活動，調(diào)動了學生的參與熱情，激發(fā)了學生的創(chuàng)新思維，使不同層次的學生都獲得了不同程度的發(fā)展。

（三）在疑難處點撥，激活學生的科學思維

STEAM 教育的目的之一是培養(yǎng)學生解決問題的能力。問題的解決離不開學生的科學思維，因此在探究活動中要努力提高學生的辯證思維能力，使學生全面、動態(tài)地分析、解決問題。學生在進行探究活動過程中，必然會遇到各種困難，此時教師要在疑難處給予學生必要的引導、點撥，激活學生的科學思維，使不同學習背景、知識水平的學生在交流、討論的基礎(chǔ)上，思維能夠產(chǎn)生碰撞，相互取長補短。

在教學“太陽和影子”一課后，為了使學生深入理解太陽和影子之間的關(guān)系，教師引導學生成立“圭表”科學探究小組。在學生對二十四節(jié)氣充分了解的基礎(chǔ)上，教師指導學生利用材料制作圭表，學生進行小組討論交流，制定探究計劃。之后，學生在每個節(jié)氣的正午12 點，利用圭表記錄太陽的影子。經(jīng)過一年的跟蹤記錄，學生發(fā)現(xiàn)了太陽高度角的變化規(guī)律。此時學生不禁產(chǎn)生了疑問：日影的長度變化與節(jié)氣之間有什么關(guān)系？教師與學生共同討論，得出“利用圭表可以測定回歸年，劃分二十四節(jié)氣”的結(jié)論。

在利用圭表測量回歸年和二十四節(jié)氣的過程中，學生掌握了正南方向的確定，理解了每個節(jié)氣的含義和確定方法，提升了自己的科學探究能力。

三、實施多種學習方式，深化學生探究能力

STEAM 教育注重在實踐中進行深入探究，教師要結(jié)合科學探究的特點，充分利用各種學習方式，使學生進行深度探究。

（一）在基于問題的學習中培養(yǎng)學生的問題解決能力

基于問題的學習，即構(gòu)建真實、有意義的問題情境，引導學生發(fā)現(xiàn)問題并在自主探究中綜合運用所學知識，積極解決問題的一種學習方式。它是以學生自主解決問題為中心，其中問題是真實而非虛構(gòu)的，與學生的生活實際相聯(lián)系?？梢哉f，問題是學生持續(xù)學習的動力，學生圍繞問題展開思維，尋求解決問題的方法，從而提高解決問題的能力。

在教學“小水鐘”一課時，為了提高學生的探究能力和問題解決能力，教師要求學生制作一個能計時10 分鐘的水鐘，用制作的水鐘計時并檢驗水鐘計時是否準確，再找出影響水鐘計時準確的因素。教師引導學生先設(shè)計制作方案，然后用自己帶來的塑料瓶制作水鐘。在進行匯報時，學生發(fā)現(xiàn)了許多問題：水鐘的刻度并不是均勻的；水流的速度并不是固定不變的，而是先快后慢；塑料瓶的形狀影響水流的速度，等等。

經(jīng)過充分討論，學生根據(jù)生病時靜脈輸液的經(jīng)歷，想到了可以用輸液滴漏器控制水流的速度。為了使水勻速流下來，必須保持液面高度不變。為了解決這一問題，學生制作了“多級受水型”漏壺。在中間一級壺的上方開一個開口，這樣就可以使上面流下來的過量水自動從開口流出去，保證了水位不變，從而保證水流的速度不變。

（二）在基于項目的學習中培養(yǎng)學生的探究能力

基于項目的學習，即創(chuàng)設(shè)一個富有挑戰(zhàn)性的項目，引導學生充分利用各種資源，在精心設(shè)計、深度參與的基礎(chǔ)上，進行長期開放探究的一種學習方式。它是以學生圍繞特定的項目主題為中心，學生綜合運用所學知識在實踐中以創(chuàng)造產(chǎn)品的方式探究真實問題的解決辦法，從而提高創(chuàng)新能力。

在教學“怎樣得到更多的光和熱”一課后，學生對太陽能熱水器的傾斜角度產(chǎn)生了好奇，我便組織學生成立了科學探究小組，引導學生從多角度展開深入探究。在探究的初始階段，要設(shè)計對比實驗，找出“太陽能熱水器”傾斜角度是多少時水溫升高速度最快。第一組學生負責設(shè)計圖紙；第二組學生負責尋找材料；第三組學生負責制作熱水器；第四組學生負責測量、記錄；第五組學生負責測量二十四節(jié)氣的太陽高度角。第三組學生將八個試管的外壁涂滿墨汁，里面裝入等量清水，在橡皮塞上鉆孔后插入溫度計，再分別塞住八個試管口，然后將八個試管分別以不同的角度擺放在架子上。經(jīng)過連續(xù)的測量，學生最終發(fā)現(xiàn)了太陽能熱水器的傾斜角度與當?shù)氐木暥纫恢聲r水溫升溫最快的結(jié)論。

STEAM 教育是一種教學理念和學習方式，強調(diào)學生自主參與，綜合運用多學科知識解決真實的問題。教師要領(lǐng)悟其精髓，把握其核心，樹立全新的教育教學觀。教師要有意識地應(yīng)用STEAM 教育理念，精心設(shè)計課堂教學，充分引導學生深入探究自己感興趣的問題和項目，為學生搭建自主探究的舞臺，這樣就會使學生在探究過程中不斷提高自己的核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。