科學(xué)教學(xué)中的STEM教育

曾恒

在社會(huì)日新月異發(fā)展的今天，世界出現(xiàn)了多極化，經(jīng)濟(jì)變得全球化。經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力和杠桿已經(jīng)變成了科技創(chuàng)新，國(guó)家之間的科技實(shí)力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力以及國(guó)家之間的綜合實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)演變?yōu)榭萍既瞬诺母?jìng)爭(zhēng)。因此，培養(yǎng)創(chuàng)新型的科技人才是國(guó)家教育的重要內(nèi)容，實(shí)施STEM教育戰(zhàn)略成了培養(yǎng)人才最關(guān)鍵的手段和法寶。在經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代，科技創(chuàng)新不斷推進(jìn)，幾乎所有的職業(yè)和領(lǐng)域都需要STEM知識(shí)和技能，STEM 教育有助于培養(yǎng)學(xué)生具有適應(yīng)未來的關(guān)鍵能力，因此成為世界各國(guó)實(shí)施教育改革的戰(zhàn)略選擇。

在小學(xué)階段，科學(xué)課是實(shí)施STEM教育的重要學(xué)科載體之一。怎樣才能有效地在小學(xué)科學(xué)課中組織實(shí)施好STEM教育，提高學(xué)生的科學(xué)學(xué)科素養(yǎng)和STEM素養(yǎng)，增強(qiáng)科學(xué)課堂教學(xué)的實(shí)效性，最大程限地激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，完成預(yù)定的科學(xué)教學(xué)目標(biāo)？我在這些年的教育教學(xué)實(shí)踐中，有一些淺顯的思考，特與大家分享。

一、 科學(xué)教師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)STEM教育的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)

在當(dāng)前我國(guó)的小學(xué)學(xué)科教師隊(duì)伍中，小學(xué)科學(xué)專業(yè)教師所占比例極少，專職科學(xué)教師嚴(yán)重不足，絕大部分科學(xué)課都由兼職教師擔(dān)任。我調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前一線科學(xué)教師絕大多數(shù)都不了解STEM是什么，對(duì)STEM教育更不能理解。因此，加強(qiáng)對(duì)小學(xué)科學(xué)教師宣傳普及STEM教育非常必要。STEM即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學(xué)（Mathematics） 的縮寫，STEM教育創(chuàng)新理念就是鼓勵(lì)學(xué)生在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域加強(qiáng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其科技理工素養(yǎng)，開展STEM教育暨多學(xué)科融合培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教育教學(xué)活動(dòng)。研究中，我發(fā)現(xiàn)早在1986年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)發(fā)表的《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》報(bào)告中就提出“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)教育集成”的綱領(lǐng)性建議，被視作是提倡STEM教育的開端。我國(guó)開始關(guān)注STEM教育是在2008年，當(dāng)時(shí)很碎片化地呈現(xiàn)在一些研究人員的論文中。2011年開始STEM教育進(jìn)入我國(guó)少部分高校和基礎(chǔ)教育學(xué)校。2015年9月官方層面開始關(guān)注，并正式在少部分區(qū)域?qū)嵤㏒TEM課程，以此推進(jìn)中小學(xué)教育創(chuàng)新。2017 年教育部印發(fā)《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，建議教師可以在教學(xué)實(shí)踐中嘗試 STEM 教育。從此，STEM教育便進(jìn)入小學(xué)科學(xué)教學(xué)的視野。

二、 科學(xué)教師要知曉科學(xué)教材中適合開展STEM教育的內(nèi)容

在科學(xué)教材內(nèi)容中，也不是所有內(nèi)容都可以融入STEM教育，一方面需要教師對(duì)教材內(nèi)容有深入的研究和理解，另一方面需要科學(xué)教師運(yùn)用適當(dāng)，做到恰到好處?！缎W(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中建議：“科學(xué)學(xué)科與小學(xué)其他學(xué)科關(guān)系密切，科學(xué)學(xué)科可以為其他學(xué)科做貢獻(xiàn)，其他學(xué)科也可以為科學(xué)學(xué)科做貢獻(xiàn)?！边@是根據(jù)科學(xué)教材內(nèi)容所提出的建議，科學(xué)教師在組織教學(xué)過程中不能用單一學(xué)科知識(shí)引導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)習(xí)，需要整合多學(xué)科知識(shí)開展教學(xué)活動(dòng)，以及要能組織開展跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式。

從小學(xué)科學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)上看，技術(shù)與工程這部分比較適合直接開展STEM教育，比如教科版中的“做一頂帽子”“做一個(gè)指南針”“電路檢測(cè)器”“沉浮子”“建高塔”“做框架”“做一座紙橋”“制作一個(gè)鐵釘電磁鐵”“做一個(gè)熱氣球”“做一個(gè)太陽能熱水器”“搭建一個(gè)瓜皮拱”“制作我們的小賽車”等。當(dāng)然，科學(xué)教材內(nèi)容中其他部分也可以采用STEM教育理念，組織開展相關(guān)教學(xué)活動(dòng)。比如：在教學(xué)《像氣球那樣驅(qū)動(dòng)小車》這一課，學(xué)生自主探究影響小車行駛距離遠(yuǎn)近的因素中，小車行駛的遠(yuǎn)近與氣球安放的位置和角度、氣球充氣的多少、氣球的重量、小車放置的位置等因素有關(guān)。如果教師對(duì)給學(xué)生探究的條件進(jìn)行限制，按照控制變量法只研究其中的一個(gè)條件，根本不能培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)素養(yǎng)，課堂教學(xué)也只是流于形式，沒有探究的意義。但是用一節(jié)課組織學(xué)生開展多因素的探究，時(shí)間顯然是不充分的，也無法探究出氣球驅(qū)動(dòng)小車的最佳條件及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。這就需要教師根據(jù)學(xué)生情況重組教材，設(shè)計(jì)符合學(xué)生發(fā)展需求的教學(xué)活動(dòng)，根據(jù)STEM教育理念的“選擇主題--發(fā)現(xiàn)問題--討論和制定解決方案--探究實(shí)踐--收集并整理數(shù)據(jù)--總結(jié)分析--展示與交流”這一過程，規(guī)劃課時(shí)和設(shè)計(jì)內(nèi)容。根據(jù)學(xué)生實(shí)際現(xiàn)狀，教學(xué)活動(dòng)有時(shí)可能需要2課時(shí)、也可能需要3課時(shí)或者更多時(shí)間，最終達(dá)到讓學(xué)生在活動(dòng)中創(chuàng)新思維得到發(fā)展，創(chuàng)造能力得到提高。

三、科學(xué)課中開展STEM教育可以借鑒的做法

STEM教育是一個(gè)系統(tǒng)化的項(xiàng)目，目前沒有統(tǒng)一的模式。根據(jù)內(nèi)容的不同，也有不同的做法，我們可以大膽嘗試，在不斷實(shí)踐的過程中總結(jié)提煉。以下是我在實(shí)踐中的做法。

（一）明確研究主題

讓學(xué)生明白研究對(duì)象，并弄清楚具體研究?jī)?nèi)容、項(xiàng)目。

（二）聚焦研究問題

組織學(xué)生對(duì)已經(jīng)明確的主題內(nèi)容進(jìn)行分組或者集中研討分析，充分發(fā)揮其想象力。結(jié)合現(xiàn)有資源，明白哪些問題不需要研究，哪些問題可以研究，哪些問題很難展開研究，哪些問題不能開展研究。把問題進(jìn)行梳理，研判問題的可行性，篩選出當(dāng)前有價(jià)值的問題。

（三）設(shè)計(jì)解決方案

根據(jù)小組或者班級(jí)篩選的問題，撰寫猜想或者假說，開展預(yù)探究，練習(xí)實(shí)驗(yàn)技能，嘗試科學(xué)寫作，關(guān)注實(shí)驗(yàn)安全和倫理問題，選擇并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟。最終擬定翔實(shí)、可操作的計(jì)劃，可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)STEM教育活動(dòng)有全面的思考和掌控。

（四）實(shí)踐探究過程

根據(jù)預(yù)探究情況，按照擬定的解決方案開展探究活動(dòng)，控制好探究條件中的變量與不變量，做到觀察仔細(xì)，記錄詳細(xì)。實(shí)事求是記錄探究過程中出現(xiàn)的新現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)的新問題、產(chǎn)生的新想法，同時(shí)加強(qiáng)STEM活動(dòng)的驗(yàn)證。

（五）收集整理數(shù)據(jù)

對(duì)開展探究過程中生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，將觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行整理（可以用圖表、文字等方式整理）。這一過程需要更加仔細(xì)，既是對(duì)探究勞動(dòng)過程的尊重，也是對(duì)后續(xù)分析總結(jié)得出的結(jié)論負(fù)責(zé)。

（六）分析與總結(jié)

從整理的結(jié)果中進(jìn)行分析。包括分析圖表中各項(xiàng)數(shù)量關(guān)系，分析探究過程中的誤差，分析探究過程中的主客觀影響因素等;最后將分析結(jié)果進(jìn)行梳理匯總，用科學(xué)的語言撰寫行文。

（七）成果展示交流

這是學(xué)生展示自己的研究成果，表達(dá)自己的觀念，建構(gòu)新認(rèn)知，訓(xùn)練自己的思維品質(zhì)的過程;也是同伴之間思維碰撞，認(rèn)知沖突，產(chǎn)生共鳴，概念建構(gòu)的過程。

不管學(xué)生獲得怎樣的探究成果，教師都要積極給予學(xué)生展示的機(jī)會(huì)，并保存其研究成果。展示的方式可以多樣化，比如組織學(xué)生開展一場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)比賽、舉辦一次主題辯論會(huì)或成果發(fā)布會(huì)，集中展示優(yōu)秀作品等。讓學(xué)生深刻經(jīng)歷探究后的反思，體驗(yàn)學(xué)習(xí)中的各種情緒，培養(yǎng)尊重事實(shí)、善于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度，不斷激發(fā)學(xué)生在反思中尋找問題、發(fā)現(xiàn)問題、認(rèn)同差距、敢于直面問題的科學(xué)精神。

四、 科學(xué)課中開展STEM教育活動(dòng)的意義

（一）STEM教育有利于培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的思維能力

有利于訓(xùn)練學(xué)生系統(tǒng)的思維方式。學(xué)生在項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，會(huì)經(jīng)歷開始自己選擇主題、發(fā)現(xiàn)問題、思考解決問題的辦法、在探究中不斷認(rèn)識(shí)自己思維的不足，直到獲得新的認(rèn)知并不斷修正自己的錯(cuò)誤認(rèn)知、向他人表達(dá)自己的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)等一系列過程。學(xué)生所經(jīng)歷的這一完整過程，就是建構(gòu)知識(shí)的過程，就是科學(xué)概念習(xí)得的過程，就是系統(tǒng)思維能力逐漸發(fā)展和形成的過程。

（二）STEM教育是符合當(dāng)前所倡導(dǎo)地站在兒童的立場(chǎng)思考問題

人類對(duì)科學(xué)知識(shí)的探究和發(fā)現(xiàn)是永無止境的。尤其是少年兒童對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)是天馬行空的，不僅會(huì)產(chǎn)生很多為什么，還會(huì)突發(fā)奇想，按照自己的元認(rèn)知猜想出很多大人不會(huì)想到、也無法想到的結(jié)論。即便有些猜想是不符合一般規(guī)律的，但它是符合兒童年齡特征的。因此，開展STEM教育就是為了使學(xué)生在建構(gòu)概念的過程中堅(jiān)持實(shí)事求是的探究精神，堅(jiān)持尊重事實(shí)、以事實(shí)為依據(jù)的科學(xué)態(tài)度，用自己的理解和認(rèn)識(shí)學(xué)會(huì)解釋自然現(xiàn)象。

（三）STEM教育是科學(xué)教育改革和發(fā)展的需要

科學(xué)教學(xué)中之所以倡導(dǎo)跨學(xué)科教育模式，是源于當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需要。教育教學(xué)的改革和發(fā)展必須適應(yīng)社會(huì)進(jìn)步的需要，社會(huì)在發(fā)展過程中跨領(lǐng)域的整合已經(jīng)是事實(shí)，沒有哪一個(gè)行業(yè)是獨(dú)立成長(zhǎng)和發(fā)展進(jìn)步的。小學(xué)科學(xué)教育不僅是奠定中學(xué)物理、化學(xué)、生物、地理這四門學(xué)科的基礎(chǔ)，在實(shí)際的教育教學(xué)中也涉及語文、美術(shù)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)等。其并不僅僅是知識(shí)層面的結(jié)合，關(guān)鍵是方法的學(xué)習(xí)和掌握，比如與語文相關(guān)聯(lián)的聽說讀寫的訓(xùn)練，學(xué)生撰寫科技論文和觀察日記、研究日志、總結(jié)探究數(shù)據(jù)和現(xiàn)象、撰寫科普劇表演腳本等。

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展STEM教育，就是讓學(xué)生摒棄傳統(tǒng)碎片化的死記硬背知識(shí)的學(xué)習(xí)方式，鼓勵(lì)學(xué)生通過手腦結(jié)合，從問題入手，在解決問題的過程中獲得新知，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自主建構(gòu)不同學(xué)科之間知識(shí)的能力，發(fā)展學(xué)生系統(tǒng)思維、結(jié)構(gòu)思維、邏輯思維、創(chuàng)新思維等方面的能力，學(xué)會(huì)同伴互助、理解與寬容，激發(fā)自我實(shí)現(xiàn)的愿望。因此，在小學(xué)科學(xué)課中開展STEAM教育，有利于培養(yǎng)具有創(chuàng)造和革新精神的未來社會(huì)人才，努力成就未來能面向問題去創(chuàng)新創(chuàng)造的復(fù)合型人才。