基于STEM理念設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)提高實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課的教學(xué)效率

朱杰兵

摘 要：STEM教育與科學(xué)課堂教育本質(zhì)上就是鼓勵(lì)學(xué)生多自己的思考;多自己的想法;多自己的創(chuàng)新;不怕范錯(cuò)誤;充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，鼓勵(lì)他們動(dòng)手實(shí)踐，自己找到解決問題的最佳方案。實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課在初中科學(xué)復(fù)習(xí)課中占舉足輕重的地位，利用STEM的理念設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)，來提高實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課的效率，改變學(xué)生在中考實(shí)驗(yàn)探究、分析說理、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等題型上的得分較低的情況。通過設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)可以充分挖掘?qū)嶒?yàn)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和深層思維的發(fā)展，專題實(shí)驗(yàn)中逐步培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

關(guān)鍵詞：STEM理念;專題實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí);動(dòng)手實(shí)踐;深層思維;高階思維

一、基于STEM理念設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課的必要性

依據(jù)心理學(xué)家耶基斯和多德森的定律，在一般情況下，動(dòng)機(jī)愈強(qiáng)烈，工作積極性愈高，潛能發(fā)揮的愈好，取得的效率也愈大所以我們的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課如果想調(diào)動(dòng)學(xué)生積極主動(dòng)參與，就必須要有嶄新的設(shè)計(jì)，而基于STEM理念設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課正是為了這一所需。

從2018年底，初中學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)已將實(shí)驗(yàn)單獨(dú)進(jìn)行評(píng)價(jià)并計(jì)入綜合評(píng)價(jià)成績，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)主要包括四個(gè)方面的評(píng)價(jià)觀察能力、動(dòng)手能力、評(píng)價(jià)與交流、思維能力幾個(gè)方面剛好與筆者提出的專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的設(shè)計(jì)目的吻合。最新2019年初中學(xué)業(yè)水平考試與高中招生實(shí)施意見的通知中，2023年中考科學(xué)總分為190分，增加的10分為實(shí)驗(yàn)考查成績。所以在此背景下嘗試?yán)肧TEM的理念進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課提高實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的教學(xué)有效性是十分有必要的。

二、基于STEM理念設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課有利于提高學(xué)生課堂的主動(dòng)性和參與度，促進(jìn)學(xué)生間更緊密的合作交流。

1.學(xué)生需要積極主動(dòng)參與的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課

調(diào)查實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課是沒實(shí)驗(yàn)，只是機(jī)械的做實(shí)驗(yàn)的題目;其次學(xué)生也不喜歡重復(fù)的實(shí)驗(yàn)。而STEM教學(xué)理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生四個(gè)方面的教育：一是科學(xué)素養(yǎng)，即運(yùn)用科學(xué)知識(shí)理解自然界并參與影響自然界的過程;二是技術(shù)素養(yǎng)，也就是使用、管理、理解和評(píng)價(jià)技術(shù)的能力;三是工程素養(yǎng)，即對(duì)技術(shù)工程設(shè)計(jì)與開發(fā)過程的理解;四是數(shù)學(xué)素養(yǎng)，也就是學(xué)生發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決多種情境下的數(shù)學(xué)問題的能力。因此基于這樣的理念設(shè)計(jì)的專題實(shí)驗(yàn)，不在單純地重復(fù)教材中的實(shí)驗(yàn)，也不是單獨(dú)再現(xiàn)某一個(gè)實(shí)驗(yàn);也不再是通過實(shí)驗(yàn)題目的練習(xí)去鞏固某個(gè)實(shí)驗(yàn);而是將多個(gè)核心實(shí)驗(yàn)組合到一起，通過給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)接一個(gè)的實(shí)驗(yàn)問題和任務(wù)，學(xué)生必須根據(jù)問題去思考，去合作設(shè)計(jì)，然后動(dòng)手實(shí)踐，在實(shí)踐中又會(huì)遇到更深層次的問題和任務(wù)，引發(fā)學(xué)生更深層次的思維和更深層次的合作，學(xué)生感覺這樣的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課是嶄新的，是充滿挑戰(zhàn)的，自然課堂的主動(dòng)性和參與度就更高了。

2.任務(wù)的解決需要學(xué)生間更緊密的合作交流

專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課，目的在于復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn);在于培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的深層思維能力;在于提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐解決綜合性問題的能力;所以在專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課中，我們自然會(huì)設(shè)計(jì)有挑戰(zhàn)性有梯度的實(shí)驗(yàn)問題和實(shí)驗(yàn)任務(wù)，而很多任務(wù)的完成需要學(xué)生的緊密合作，需要學(xué)生思維的碰撞，深度的交流討論。例如在七年級(jí)上冊(cè)的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中可以將體積的測(cè)量、質(zhì)量的測(cè)量、密度的測(cè)量等核心實(shí)驗(yàn)綜合起來，運(yùn)用STEM理念設(shè)計(jì)一個(gè)專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課?！耙活w螺絲帽的秘密”給學(xué)生一個(gè)待測(cè)螺絲帽和相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生選擇合適的器材，設(shè)計(jì)好測(cè)量方案，學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐，有的學(xué)生負(fù)責(zé)觀察、有的負(fù)責(zé)測(cè)量、有的負(fù)責(zé)記錄，而對(duì)測(cè)量的結(jié)果和誤差原因的分析又需要他們的深度思考和交流。在完成這一任務(wù)后，如果再將選擇器材中的人量筒等器材去除，學(xué)生就會(huì)遇到困難和挑戰(zhàn)，他們需要進(jìn)一步的合作交流，去思考如何解決，這樣的實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課堂學(xué)生參與度和學(xué)生的積極主動(dòng)性，合作交流情況自然不言而喻了。

三、基于STEM理念設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課有利于培養(yǎng)深層思維、高階思維能力;有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力;

1、學(xué)生深層思維高階思維能力的培養(yǎng)是中考的方向和解決綜合性問題的需求

縱觀近年來無論是溫州各地市的試題考查還是浙江省的各市區(qū)的中考，無一例外的都注重對(duì)學(xué)生思維能力的考查，而輕記憶和背誦。平時(shí)學(xué)生對(duì)反復(fù)呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)或習(xí)題的考查往往得分情況良好，而在重思維能力考查的題型上，如實(shí)驗(yàn)探究、分析說理等題型上丟分嚴(yán)重。所以我們通過設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課，通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)的分析，誤差的分析，采用不同的實(shí)驗(yàn)方法達(dá)到同樣的測(cè)量目的。這樣的專題實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的確能快速有效地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。仍以七年級(jí)上冊(cè)體積的測(cè)量、質(zhì)量的測(cè)量、密度的測(cè)量專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課為例。在完成一些基礎(chǔ)任務(wù)后，缺失量筒的情況下如何利用玻璃管自制量筒，這就需要給玻璃管標(biāo)注刻度，必須測(cè)量出一定體積的水，而一定體積的水沒有量筒只用天平和燒杯又怎么測(cè)量呢？這就結(jié)合了水的密度，只需要測(cè)出一定質(zhì)量的水，最終通過學(xué)生的一層層的思考分析，最終問題落實(shí)到如何測(cè)出一定質(zhì)量的水？然后才能動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，具體分工合作。在這樣的過程中學(xué)生的深層思維能力自然而然地得到了很好的鍛煉和培養(yǎng)。

2.創(chuàng)新能力和意識(shí)能拓展學(xué)生思維的寬度和廣度豐富學(xué)生解決問題的角度，有利于學(xué)生更巧妙、更多方法去解決問題。

創(chuàng)新能力是技術(shù)和各種實(shí)踐活動(dòng)領(lǐng)域中不斷提供具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值的新思想、新理論、新方法和新發(fā)明的能力。在專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課中，我們可以借助于STEM理念設(shè)計(jì)精巧的綜合性實(shí)驗(yàn)，來突出培養(yǎng)這方面的能力。比如在八年級(jí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，電學(xué)實(shí)驗(yàn)是非常核心的實(shí)驗(yàn)，而伏安法測(cè)電阻又是重中之重。那么我們可以創(chuàng)設(shè)一個(gè)電阻測(cè)量的專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課，有電流表和電壓表來設(shè)計(jì)測(cè)量方案，去除電壓表，只用2個(gè)電流表;或去除電流表，只用2個(gè)電壓表;或者提供定值電阻;或者采用單刀雙擲開關(guān)等等模式。鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，并不斷分析方案的可行性、操作的簡便性。并不斷修正方案，加上滑動(dòng)變阻器去多次測(cè)量，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性等。這樣一個(gè)電阻測(cè)量的問題，就有了不同的思考角度，一個(gè)測(cè)量電阻的實(shí)驗(yàn)就有了不同的設(shè)計(jì)。學(xué)生的今后在解決綜合問題時(shí)，思維的局限性就會(huì)被打開，解決問題的方法和策略自然也就會(huì)更靈活。

四、總結(jié)反思

根據(jù)發(fā)展性教育理論，發(fā)展的三個(gè)方面包括觀察力，思維能力和實(shí)際操作能力。觀察對(duì)于發(fā)展學(xué)生的智力有極其重要的意義，如果具有很強(qiáng)的觀察力，則會(huì)通過各種途徑獲得很多的知識(shí)。培養(yǎng)觀察力，就是啟發(fā)了求知欲。知識(shí)和發(fā)展之間有某種“剪刀差”，要始終注意發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性和創(chuàng)造性。實(shí)際操作能力是學(xué)生發(fā)展的重要因素。筆者已經(jīng)采用這樣的專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課進(jìn)行實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課的教學(xué)，并與名師工作室的同行們一起進(jìn)行探討和研究，并設(shè)計(jì)了一些專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課，基本得到認(rèn)可。但基于STEM理念設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課，對(duì)教師本身而言準(zhǔn)備起來需要一些時(shí)間和精力。所以，必須做好合適的專題選擇?？傮w而言，基于STEM理念設(shè)計(jì)專題實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課，能有效促進(jìn)我們的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課教學(xué)的有效性。有助于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的深層思維和高階思維能力，更加有利于促進(jìn)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和合作交流能力的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋宜謙. 耶基斯-多德森定律[J]. 中學(xué)生數(shù)理化：人教版， 2008（12）.

[2]朱麗娜， 葉兆寧. STEM教育如何從理念走向?qū)嵺`[J]. 湖北教育：科學(xué)課， 2016（1）.

[3]朱立偉， 鄧鵬， 丁娟. 基于STEM教育理念的“滲透作用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J]. 中學(xué)生物學(xué)， 2018（5）.