基于STEM理念下的初中科學(xué)概念教學(xué)設(shè)計(jì)

江錦君

【摘 ?要】本篇文章主要側(cè)重研究初中科學(xué)概念教學(xué)中存在的問題，并且吸取一定的科學(xué)知識(shí)理念，從而對(duì)教學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析研究，并初步確定杠桿科學(xué)概念教學(xué)實(shí)施階段中的STEM概念教學(xué)模式，從而應(yīng)用到初中教學(xué)之中。

【關(guān)鍵詞】STEM教育;初中科學(xué);概念教學(xué)設(shè)計(jì);分析

前言：

科學(xué)概念是知識(shí)的組成，是確定科學(xué)知識(shí)理論結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。學(xué)生能否掌握具有科學(xué)性的概念知識(shí)是教育發(fā)展研究的必要前提。因此，科學(xué)性的概念知識(shí)教學(xué)是學(xué)生形成科學(xué)知識(shí)概念的基本途徑，是教學(xué)最基礎(chǔ)、最重要的內(nèi)容之一。

1 現(xiàn)狀分析：初中科學(xué)概念教學(xué)的現(xiàn)狀

概念教學(xué)在目前我國初中教學(xué)中具有重要的主導(dǎo)地位，因此，教師對(duì)所學(xué)概念的知識(shí)教學(xué)應(yīng)十分重視。但從初中科學(xué)知識(shí)與新概念課程教學(xué)的專題問卷，進(jìn)行調(diào)查和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾點(diǎn)問題：

1.1學(xué)生方面

對(duì)我校學(xué)生進(jìn)行了抽樣調(diào)查分析，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果整理得出概念，學(xué)習(xí)行為發(fā)現(xiàn)“做大量習(xí)題學(xué)習(xí)”和“背誦記憶學(xué)習(xí)”占90%左右。針對(duì)這種因素，具體是什么原因造成很多學(xué)生以強(qiáng)加記憶為學(xué)習(xí)方法來代替概念學(xué)習(xí)。

1.2教師方面

針對(duì)初中學(xué)生非常低效的開設(shè)概念學(xué)習(xí)課程，在對(duì)初中學(xué)校教師開設(shè)科學(xué)概念課程的教學(xué)行為進(jìn)一步調(diào)查，整理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出科學(xué)教師對(duì)于概念教學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)行了分析。從中可以明顯發(fā)現(xiàn)，絕大部分初中教師在學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)概念思維教學(xué)時(shí)，重物理概念思維講述，輕數(shù)學(xué)概念思維建構(gòu)，缺乏對(duì)具體數(shù)學(xué)概念的基本科學(xué)定位和正確理解，阻礙了中學(xué)生進(jìn)行概念主義思維的橫向發(fā)展。

2.模式確定：初中科學(xué)概念教學(xué)實(shí)施STEM教育的途徑

筆者根據(jù)初中科學(xué)理念與課程教育概念結(jié)合教學(xué)理論，研究建立了關(guān)于科學(xué)概念的初中教學(xué)理論模型。

基于STEM教學(xué)理念的建構(gòu)初中科學(xué)概念探究教學(xué)模式，將圍繞核心概念問題展開，在初中教學(xué)情境下，教師需提出一個(gè)核心概念問題，學(xué)生通過運(yùn)用包括STEM四個(gè)不同方面的初中科學(xué)知識(shí)和初中科學(xué)概念探究思維來進(jìn)行問題研究，解決核心問題并最終完成科學(xué)概念。這樣的綜合教學(xué)模式，一是突出所學(xué)知識(shí)的實(shí)際內(nèi)在聯(lián)系;二是鼓勵(lì)廣大學(xué)生通過綜合性地運(yùn)用學(xué)科相關(guān)所學(xué)知識(shí)，創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題。根據(jù)以上兩種教學(xué)發(fā)展模型分析，可將新的教學(xué)發(fā)展途徑劃分為4個(gè)教學(xué)步驟，來組織進(jìn)行。

第1步：根據(jù)概念分析建立問題情境。創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境還需能夠引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際問題，并能綜合應(yīng)用于STEM教育的基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)，引出教學(xué)概念。

第2步：引導(dǎo)學(xué)生以問題小組為研究單位，運(yùn)用STEM等知識(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際問題研究，并學(xué)習(xí)收集相關(guān)問題的解決方法和分析數(shù)據(jù)，建構(gòu)問題概念。

第3步：引導(dǎo)學(xué)生在小組間溝通交流互相討論，設(shè)計(jì)并提出能夠解決實(shí)際問題的最佳解決方案，深化問題概念。

第4步：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)利用新概念建構(gòu)的基本概念方法解決新建構(gòu)問題，應(yīng)用新概念。

3 .教學(xué)實(shí)踐：凸顯STEM理念的杠桿概念建構(gòu)

杠桿概念是基于初中自然科學(xué)，初中教學(xué)模型設(shè)計(jì)過程中的重要教學(xué)概念，本文將通過結(jié)合初中科學(xué)概念STEM杠桿教學(xué)理念，基于初中教學(xué)模型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以及?016年浙教版初中下冊(cè)自然科學(xué)課程教材第三章第4節(jié)《簡單機(jī)械——杠桿》中的杠桿教學(xué)內(nèi)容和以杠桿為教學(xué)范例，建立以典型杠桿概念問題理論探究為主要教學(xué)中心的初中科學(xué)概念STEM典型杠桿教學(xué)理念的教學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本第節(jié)課對(duì)于杠桿基本概念的基礎(chǔ)知識(shí)體系建構(gòu)，已經(jīng)充分體現(xiàn)了STEM教育的基本理論實(shí)踐要求。通過學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)獨(dú)立思考，如何有效地地拔掉這些鐵釘子，讓學(xué)生深入地地理解我國現(xiàn)代科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四大交叉學(xué)科，不同領(lǐng)域之間的相互協(xié)作關(guān)系，逐步通過獨(dú)立思考建構(gòu)一套科學(xué)化的杠桿關(guān)系理論模型。最后讓學(xué)生思考并找出當(dāng)手拿物體抬起時(shí)、當(dāng)踮起腳尖時(shí)人體中杠桿的五要素，又將概念與工程聯(lián)系起來。

4 .實(shí)踐反思：基于STEM理念的初中科學(xué)概念教學(xué)實(shí)施建議

科學(xué)理論研究工作基于一種類似模型STEM新型科學(xué)理念的概念模型，做了一次本土化、學(xué)科化、操作化的理論分析與科學(xué)理論研究實(shí)踐，初步分析研究出了探索方案設(shè)計(jì)，并提出基于一種模型STEM新型科學(xué)技術(shù)理念的模型和初中教學(xué)理論實(shí)踐的設(shè)計(jì)方案示意圖，并將其廣泛應(yīng)用在科學(xué)理論概念模型教學(xué)實(shí)踐課堂中。在開展課程應(yīng)用教學(xué)理論實(shí)踐中，認(rèn)真研究總結(jié)并提出了關(guān)于綜合研究實(shí)施STEM應(yīng)用教學(xué)理念，科學(xué)教育概念的新課程應(yīng)用教學(xué)，有效教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)建議。

4.1"工程"的選擇要適切

圍繞概念引出的工程要有以下三個(gè)層次的特征：

4.1.1真實(shí)性

教師不僅需要注意創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)問題以及教學(xué)情境，并且在實(shí)施建筑工程教學(xué)設(shè)計(jì)管理教學(xué)中，對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)中的每個(gè)教學(xué)問題以及環(huán)節(jié)，要求所做到的都具有一定的教學(xué)知識(shí)性和梯度性，由深變淺化簡，由易入深，吸引中學(xué)生的自主學(xué)習(xí)力和興趣。比如，在建構(gòu)一個(gè)基于杠桿概念模型的數(shù)學(xué)課程教學(xué)中，如何正確用手撬起一根黑色木樁上的一根黑色釘子，再發(fā)展到用一把新的螺絲刀怎樣更有能力地撬起的一根釘子更容易，問題層層疊疊，走向更加深入，再通過一次引導(dǎo)每個(gè)學(xué)生三次的數(shù)學(xué)動(dòng)畫課和圖形練習(xí)，來幫助建立一個(gè)新的杠桿概念模型。

4.1.2注重學(xué)科性

工程中的需要必須包含大量的基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)技能，通過對(duì)工程核心技術(shù)問題的分析拆分，獲得更為細(xì)化的基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)技能。STEM技術(shù)理念組是涉及一個(gè)學(xué)科中所有相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、關(guān)鍵技術(shù)概念的整體組織，具有可以跨越多個(gè)不同學(xué)科研究領(lǐng)域的特殊重要性。

4.1.3延伸性

學(xué)術(shù)研究問題分析具有深入探討和不斷拓展延伸的學(xué)術(shù)價(jià)值，有利于發(fā)揮并挖掘的巨大學(xué)術(shù)研究潛能。比如在常用杠桿人體運(yùn)動(dòng)基本概念第一課的具體教學(xué)中，延伸而引導(dǎo)，讓學(xué)生從中尋找一些日常生活工作中的常用人體杠桿，以及學(xué)生了解一些人體杠桿運(yùn)動(dòng)過程中的一些常用杠桿等。

4.2學(xué)科的整合要聚焦

教師認(rèn)為需要努力探索克服以往零散知識(shí)片段中的復(fù)雜課程內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)，聚焦現(xiàn)代科學(xué)概念，引導(dǎo)中學(xué)生通過運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)原理，進(jìn)行問題探究、數(shù)學(xué)計(jì)算、技術(shù)理論基礎(chǔ)知識(shí)與科學(xué)技能的綜合訓(xùn)練等方法，來快速準(zhǔn)確完成各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)。比如，在一個(gè)物理杠桿到圓這個(gè)概念教學(xué)中，撬起一個(gè)木樁上的釘子這項(xiàng)新的知識(shí)中，涉及杠桿到圓的一條切線和一個(gè)支點(diǎn)，如何充分運(yùn)用一些基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)作為線索來牽引出一個(gè)數(shù)學(xué)杠桿到圓，作為整個(gè)概念理論教學(xué)過程中的一個(gè)數(shù)學(xué)核心力臂。鼓勵(lì)中學(xué)生教師在正確掌握教學(xué)核心知識(shí)概念上，可以不用花更多的時(shí)間深入透徹對(duì)其進(jìn)行教學(xué)理解，避免對(duì)教學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容的完全覆蓋。

4.3概念的應(yīng)用要開放

教師可以應(yīng)用概念性和遷移性地方法，解決實(shí)踐中的新概念問題，以有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)新概念的橫向深度學(xué)習(xí)。將建構(gòu)的杠桿運(yùn)動(dòng)模型橫向延伸到一個(gè)人體運(yùn)動(dòng)中的杠桿、展示學(xué)生藝術(shù)作品、小組互動(dòng)交流問題匯報(bào)等多種形式，共同研究解決學(xué)校生活學(xué)習(xí)中的新技術(shù)問題，最終真正達(dá)成師生深度融合學(xué)習(xí)。教師在數(shù)學(xué)概念的實(shí)際應(yīng)用教育過程中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展留出足夠的理論認(rèn)知發(fā)展空間和實(shí)際操作實(shí)踐空間，重視培養(yǎng)學(xué)生的活動(dòng)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)興趣發(fā)展，鼓勵(lì)培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)展創(chuàng)新主義思維。

5、結(jié)束語

教師可以結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，適時(shí)設(shè)置學(xué)生發(fā)展教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生牢固掌握科學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，開展更深層次的科學(xué)探究。因此，教師在開展初中學(xué)生科學(xué)概念教學(xué)活動(dòng)中，充分研究借鑒和探索，吸收初中STEM技術(shù)的教學(xué)理念、方法和教學(xué)內(nèi)容，對(duì)提高學(xué)生的初中STEM科學(xué)素養(yǎng)水平，具有重要的指導(dǎo)意義。

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