STEM教育在初中科學(xué)中的融合

摘要：在新課標(biāo)改革背景下，文章基于STEM理念相關(guān)知識(shí)，結(jié)合初中科學(xué)教學(xué)內(nèi)容初步確定STEM教育教學(xué)融合的基本原則、實(shí)施流程。在此基礎(chǔ)上，以浙教版《植物與土壤》教學(xué)為例重構(gòu)課程內(nèi)容，設(shè)計(jì)并實(shí)踐出符合學(xué)生認(rèn)知特征與發(fā)展能力的STEM項(xiàng)目課程，以期激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升初中科學(xué)課堂教學(xué)效率，全面培養(yǎng)學(xué)生的探究能力與科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：STEM;初中科學(xué);教學(xué)融合

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，復(fù)合型人才成為未來(lái)社會(huì)的重要人才需求。STEM教育是一種跨學(xué)科整合的教育理念，涉及科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)領(lǐng)域，要求以學(xué)科內(nèi)容為核心，構(gòu)造具有跨學(xué)科融合理念的項(xiàng)目式教學(xué)模式。初中科學(xué)包含地理、物理、生物、化學(xué)等多領(lǐng)域知識(shí)，將STEM教育理念融入初中科學(xué)教學(xué)中，不僅有利于將抽象的理論知識(shí)具象化，還促使學(xué)生在探究過(guò)程運(yùn)用跨學(xué)科工程思想，使學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際生活緊密聯(lián)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)新時(shí)代背景下的初中科學(xué)教學(xué)目的。

一、 基于STEM理念的初中科學(xué)教學(xué)原則

查閱國(guó)內(nèi)外STEM理念在中小學(xué)教育領(lǐng)域的教學(xué)原則，在此將結(jié)合我國(guó)初中科學(xué)課程性質(zhì)與教學(xué)內(nèi)容對(duì)STEM教育原則作出適度調(diào)整，分別從教學(xué)目標(biāo)、情境創(chuàng)設(shè)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、教學(xué)要求方面闡述基于STEM理念的初中科學(xué)教學(xué)原則。

（一）教學(xué)目標(biāo)

充分調(diào)用所整合學(xué)科內(nèi)容，習(xí)得物理、化學(xué)、生物方面的理論知識(shí)與相關(guān)技能。

（二）情境創(chuàng)設(shè)

圍繞初中科學(xué)教材核心，以技術(shù)、工程為背景貼近學(xué)生真實(shí)生活與經(jīng)驗(yàn)，整合基于數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、技術(shù)元素的情境主題。

（三）項(xiàng)目設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵循跨學(xué)科性、真實(shí)性與創(chuàng)造性原則。

（1）跨學(xué)科性指依托多個(gè)學(xué)科搭建橋梁，圍繞科學(xué)課程探究與學(xué)習(xí)其他STEM知識(shí);

（2）真實(shí)性指STEM教育融入復(fù)雜、真實(shí)世界，引導(dǎo)學(xué)生將課堂知識(shí)遷移至現(xiàn)實(shí)生活中;

（3）創(chuàng)造性指通過(guò)STEM教育激發(fā)學(xué)生的高階思維能力。

（四）教學(xué)要求

（1）以項(xiàng)目任務(wù)、問(wèn)題解決驅(qū)動(dòng)，促使學(xué)生在主動(dòng)探究過(guò)程中實(shí)現(xiàn)學(xué)科融合，完成新舊知識(shí)的銜接與架構(gòu);

（2）以學(xué)生為課堂主體，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)的合作與交流;

（3）多元評(píng)價(jià)與自我反思，給予學(xué)生及時(shí)反饋與調(diào)整的機(jī)會(huì)。

二、 教學(xué)實(shí)踐：《植物與土壤》STEM教學(xué)案例

（一）設(shè)計(jì)思路

“植物生長(zhǎng)”是初中科學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要概念，《植物與土壤》是浙教版八年級(jí)下冊(cè)第三章第1節(jié)內(nèi)容，涉及生物與化學(xué)知識(shí)，闡述了土壤中的各種元素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，植物細(xì)胞的吸水與失水反應(yīng)等。學(xué)生需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)植物生長(zhǎng)影響因素作出一步步探究。其中，細(xì)胞吸水、失水實(shí)驗(yàn)容易觀察，而元素影響變化不容易觀察，需教師協(xié)助引導(dǎo)。結(jié)合STEM理念下的初中科學(xué)教學(xué)原則與框架，建立以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式的STEM教學(xué)活動(dòng)，要求學(xué)生以小組為中心，以工程師視角觀察與記錄表格，分析與歸納植物與土壤的關(guān)系。

（二）教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：觀察植物失水、吸水的變化狀態(tài);分析土壤元素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

難點(diǎn)：植物細(xì)胞失水與吸水的原理

（三）跨學(xué)科內(nèi)容

科學(xué)：掌握科學(xué)分析方法，了解與建構(gòu)植物與土壤關(guān)系的科學(xué)知識(shí)。

技術(shù)：利用小刀、顯微鏡、燒杯、量筒等工具，逐步剖析植物生長(zhǎng)與土壤的關(guān)系。

工程：反復(fù)試驗(yàn)、分析、推理植物與土壤的關(guān)系，并以嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度記錄表格。

數(shù)學(xué)：計(jì)算并控制相應(yīng)容積、高度、刻度、濃度等實(shí)驗(yàn)變量。

（四）教學(xué)過(guò)程

基于STEM理念的初中科學(xué)教學(xué)主體分為教師（引導(dǎo)者、組織者）與學(xué)生（探索者、完成者），在此將以對(duì)兩者的教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行綜合處理，整合為四個(gè)環(huán)節(jié)的初中科學(xué)STEM教學(xué)過(guò)程。

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，確定主題

由于本課需要重點(diǎn)掌握兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，因此在課堂開(kāi)始創(chuàng)設(shè)兩個(gè)教學(xué)情境。

（1）針對(duì)植物細(xì)胞吸水與失水變化，教師準(zhǔn)備兩份涼拌黃瓜，一份用鹽腌制過(guò)，另一份未放任何佐料。請(qǐng)同學(xué)品嘗，并判斷哪份水分更充足？

（2）創(chuàng)設(shè)科學(xué)情境，借助多媒體工具營(yíng)造火星表面，提出問(wèn)題：“火星土壤能種植植物嗎？”

該環(huán)節(jié)主體為教師，要求教師對(duì)教材內(nèi)容作出全面掌握，通過(guò)分析學(xué)生認(rèn)知情況與最近發(fā)展區(qū)，遵循情境創(chuàng)設(shè)原則設(shè)計(jì)出貼近生活，激發(fā)學(xué)生興趣的教學(xué)情境;而學(xué)生在此環(huán)節(jié)需明確項(xiàng)目主題，為后續(xù)知識(shí)建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

環(huán)節(jié)二：解釋核心概念，講解觀察實(shí)驗(yàn)的基本步驟

為確保學(xué)生順利探究STEM項(xiàng)目，將科學(xué)知識(shí)融入、遷移至項(xiàng)目任務(wù)中，教師需在課程伊始向?qū)W生解釋核心概念，而學(xué)生在此期間能夠從中獲得新舊知識(shí)的銜接與建構(gòu)。

情境創(chuàng)設(shè)后，學(xué)生依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)感受與以往經(jīng)驗(yàn)思考上述問(wèn)題，此時(shí)教師不必急于宣布答案，而向?qū)W生揭示教學(xué)內(nèi)容，解釋細(xì)胞吸水、失水，各種無(wú)機(jī)鹽的核心概念。按照從植物外部到內(nèi)部、由淺至深的、由簡(jiǎn)單至復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)順序，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)照任務(wù)單對(duì)植物狀態(tài)進(jìn)行觀察與記錄。

環(huán)節(jié)三：小組協(xié)作，項(xiàng)目探究

該環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體，要求學(xué)生按照教師下發(fā)的項(xiàng)目任務(wù)單，圍繞問(wèn)題明確任務(wù)具體要求、各自提出解決方案、觀察分析并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行如下問(wèn)題的討論：

（1）植物吸水和失水的條件是什么？

（2）植物吸收水分的關(guān)鍵部位是哪里？

（3）可否用植物的吸水、失水原理解釋生活、生產(chǎn)中的現(xiàn)象？

（4）土壤中常見(jiàn)的無(wú)機(jī)鹽有什么？

（5）植物生長(zhǎng)除了水外，還需要什么無(wú)機(jī)鹽？

（6）查閱資料，分析火星土壤成分有什么？

（7）對(duì)照上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析火星土壤可以種植植物嗎？

作為活動(dòng)輔助者，教師應(yīng)隨時(shí)觀察小組討論動(dòng)態(tài)，及時(shí)參與到小組團(tuán)隊(duì)中，與學(xué)生共同觀察與分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)給予落后小組適當(dāng)指導(dǎo)與幫助。

環(huán)節(jié)四：成果匯報(bào)、強(qiáng)化訓(xùn)練

以小組為單位將科學(xué)項(xiàng)目成果進(jìn)行展示，不同小組可以互相評(píng)價(jià)對(duì)方的項(xiàng)目成果，并分享實(shí)驗(yàn)觀察與推理過(guò)程中的思路。教師對(duì)學(xué)生探究成果的分析與總結(jié)，選取典型的任務(wù)成果作出針對(duì)性講解，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)點(diǎn)的正確理解、強(qiáng)化訓(xùn)練成果。

三、 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)科學(xué)教學(xué)多局限于理論知識(shí)的單向灌輸，忽略了學(xué)科之間的聯(lián)系與學(xué)生的主觀能動(dòng)性。STEM教育將多學(xué)科零碎知識(shí)進(jìn)行邏輯串聯(lián)，使學(xué)生在新知學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)綜合實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。本文以《植物與土壤》為例，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)上融入STEM教育理念，充分利用STEM理念的開(kāi)放性、綜合性、實(shí)踐性、豐富性特征，將傳統(tǒng)初中科學(xué)課程轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)、深層、綜合、人本的教學(xué)模式。教師在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)充分吸收與借鑒STEM教育理念與方法，為全面培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)作出進(jìn)一步變革與推動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]喻丹丹.融合STEM理念的初中科學(xué)教學(xué)實(shí)踐探索[J].科學(xué)咨詢：科技·管理，2020（3）：227.

作者簡(jiǎn)介：

黃堅(jiān)鋼，浙江省紹興市，浙江省紹興市柯橋區(qū)華舍中學(xué)。