融合STEM理念的初中科學(xué)教學(xué)實(shí)踐分析

鄭華東

科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心是培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立探索能力，實(shí)驗(yàn)操作能力和解決問題的能力。STEM的教學(xué)理念符合初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)。它不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識，問題意識和問題產(chǎn)生能力，而且可以有效地提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)提供了良好的保證。本文就STEM概念在初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)際探討。

STEM教育的重點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)生活中的問題，然后在老師和家長的指導(dǎo)下，學(xué)生使用多學(xué)科知識來設(shè)計和解決所發(fā)現(xiàn)的問題。為了使STEM教育與學(xué)校的科學(xué)技術(shù)特色完全融合，我們首先建立了STEM教育發(fā)展中心，該中心以負(fù)責(zé)人和科學(xué)小組的老師為主體，包括數(shù)學(xué)，信息和教育。其次，明確教育目標(biāo)，建立立場，實(shí)現(xiàn)STEM概念與課堂，“探索技能”，創(chuàng)新發(fā)明和品牌活動的結(jié)合，將STEM概念滲透到學(xué)校教育的各個角落，實(shí)現(xiàn)四項(xiàng)融合。

1 STEM概念與課堂教學(xué)整合

STEM概念旨在整合各種學(xué)科的知識并解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到的問題。學(xué)校以“問題探索”為核心，探索了一套“問題主導(dǎo)”課堂教學(xué)模式。同時，每個學(xué)期在每個年級科學(xué)課中選擇合適的課程類型，并結(jié)合數(shù)學(xué)，信息，藝術(shù)，音樂和其他學(xué)科來嘗試STEM教學(xué)。在一個學(xué)期中，可以開發(fā)多個STEM教育和創(chuàng)新課程，例如“旋轉(zhuǎn)風(fēng)車”和“水杯熱損失研究”。此外，學(xué)校還大力推動STEM概念與學(xué)校課程的整合。

1.1 明確的目標(biāo)

學(xué)校依托“崇明文明”校訓(xùn)，利用區(qū)教育局“探索技能”項(xiàng)目的發(fā)展，闡明了學(xué)生探索和學(xué)習(xí)合作的勇氣的三項(xiàng)核心科學(xué)素質(zhì)。并善于創(chuàng)新。

1.2 優(yōu)化過程

從國家課程和校本課程的兩個維度出發(fā)，我們整合了掃盲的核心共識，即培養(yǎng)學(xué)生探索，學(xué)習(xí)合作與創(chuàng)新并扎根于課堂的勇氣。國家課程級別：以“問題探索”為核心，探索了一套“問題主導(dǎo)”的課堂教學(xué)模型，即問題發(fā)現(xiàn)，問題探索，問題解決和綜合科學(xué)探究活動。根據(jù)學(xué)校的課程級別：我們學(xué)校編輯自己的“技術(shù)創(chuàng)新”教科書，每周使用一堂課進(jìn)行科學(xué)技術(shù)教育。教材內(nèi)容包括：科學(xué)思維，科學(xué)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)游戲和科學(xué)閱讀。同時，學(xué)校在每個星期五下午使用俱樂部班級開設(shè)精心設(shè)計的課程，例如電子拼圖，七巧板，機(jī)器人，技術(shù)生產(chǎn)，無人機(jī)和平衡車。

1.3 建立職位

在教室里，建立了以科學(xué)家命名的科學(xué)研究所，以開展流行的探究活動。在學(xué)校一級，成立了“新星”初級科學(xué)院，以開展競爭性的探究活動。

2 STEM教育理念在初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略

STEM教育的概念是將科學(xué)，技術(shù)，工程，數(shù)學(xué)等多學(xué)科內(nèi)容有機(jī)地整合起來，以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立探究，合作和現(xiàn)有知識的綜合運(yùn)用的能力。但是，由于初學(xué)者的學(xué)科知識有限，獨(dú)立的探索能力和分析研究能力，教師在將STEM教育理念應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，還必須采取相應(yīng)的教學(xué)策略和教學(xué)方法，以提高“教學(xué)”的效果。

2.1 合理設(shè)計STEM教學(xué)流程

STEM教育理念強(qiáng)調(diào)基于不同學(xué)科之間的綜合視角進(jìn)行教學(xué)，這涉及相對多的學(xué)科和知識內(nèi)容。因此，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師必須合理設(shè)計STEM過程。在設(shè)計過程中，他們還必須充分考慮如何通過整合各種學(xué)科以及解決項(xiàng)目或解決實(shí)際問題的過程來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過培訓(xùn)學(xué)生，可以實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識的獨(dú)立整合和實(shí)際應(yīng)用，從而達(dá)到培養(yǎng)目的，提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力，創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。在STEM教育理念下設(shè)計科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，是保證科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。因此，在進(jìn)行STEM教育理念下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，教師必須合理設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)過程。作者在浙江教育科學(xué)版八年級的“模擬潛水艇實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用了以下過程：過程1：情境整合（創(chuàng)建跨學(xué)科的應(yīng)用場景以激發(fā)學(xué)生的興趣）探索：引文學(xué)生對科學(xué)更感興趣。在以下情況下：這種情況可能給潛艇帶來麻煩，使學(xué)生可以獨(dú)立思考并探索“下沉并漂浮”在水中的基本原理。流程2：基于問題的學(xué)習(xí)或基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（提問）：為什么成千上萬的航母可以安全地在海上航行？為什么數(shù)萬噸的潛水艇在水中自由漂?。克麄兪侨绾巫龅降哪?？步驟3：將研究問題或項(xiàng)目分組（開放式教學(xué)，以開發(fā)學(xué)生的探索潛力）：首先，引導(dǎo)學(xué)生（或小組問自己），討論航空母艦為何能夠安全航行水域以及潛艇為何能夠自由漂浮。第二是設(shè)計。并傳達(dá)自己的“模擬潛艇下沉和漂浮實(shí)驗(yàn)”設(shè)計方案。流程4：核心學(xué)科知識（科學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的和主要內(nèi)容）的構(gòu)建：如何利用生活中的現(xiàn)有知識（多學(xué)科知識）和現(xiàn)有材料完成“潛艇自由沉沒和漂浮”實(shí)驗(yàn)。流程5：內(nèi)容整合或?qū)嶒?yàn)計劃整合（設(shè)計問題或?qū)嶒?yàn)計劃的解決方案）：完成實(shí)驗(yàn)計劃的設(shè)計和材料的收集（最小和最簡單的材料）;創(chuàng)造可以自由下沉和漂浮的“潛艇”，并進(jìn)行獨(dú)立的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。流程6：實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論和交流（知識交流，共享）：交流，討論和分享有關(guān)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果或缺陷的知識或?qū)嶒?yàn)技能。同時，我們需要討論“潛艇下沉和漂浮”過程中科學(xué)知識（浮力，重力，質(zhì)量，密度等）和數(shù)學(xué)知識（浮力，重力計算等）的應(yīng)用和交流。該實(shí)驗(yàn)旨在增強(qiáng)和增強(qiáng)學(xué)生的多學(xué)科，多技能的應(yīng)用意識和能力。流程7：如果教師想達(dá)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，應(yīng)該及時總結(jié)并反思教學(xué)。在將STEM教育理念應(yīng)用于初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，作者采用了上述教學(xué)過程。同時，結(jié)合科學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，采用不同的教學(xué)模式和情境模式，突出科學(xué)實(shí)驗(yàn)的開放性，動態(tài)性，實(shí)用性和綜合性。

2.2 明確STEM實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

盡管初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所涉及的知識相對廣泛并且并不困難，但教師還應(yīng)在STEM教學(xué)過程中闡明實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，以便學(xué)生可以清楚地定義實(shí)驗(yàn)的目的。在實(shí)驗(yàn)過程中，只有這樣，才能真正提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計的有效性和合理性。例如，在“模擬水下下沉和漂浮實(shí)驗(yàn)”的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，作者首先確定了教學(xué)目標(biāo)。

2.3 STEM教學(xué)內(nèi)容的合理設(shè)計

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容之一。它的教學(xué)內(nèi)容涵蓋了許多實(shí)驗(yàn)計劃的設(shè)計和實(shí)際操作，并將涉及許多學(xué)科知識，例如數(shù)學(xué)，化學(xué)，技術(shù)，物理等。盡管初中科學(xué)教科書中的許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)可以匹配。STEM教育理念并不意味著所有科學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都可以采用STEM教育理念。另外，STEM教學(xué)概念基于“項(xiàng)目”或“問題”或“任務(wù)”。因此，在STEM理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，理科教師還應(yīng)結(jié)合學(xué)術(shù)條件，學(xué)生的學(xué)科知識和實(shí)踐能力。開展并選擇一些適合學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來實(shí)施STEM教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)，實(shí)踐和解決科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的問題的過程中，將不同學(xué)科的知識有機(jī)地整合到科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。在“模擬海底”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，作者為學(xué)生設(shè)計了主要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容：1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)導(dǎo)論。使用航空母艦和潛艇在水中安全駕駛的做法引入了“潛艇”實(shí)驗(yàn)。它使學(xué)生能夠通過航空母艦和潛艇的視頻來積極思考影響兩者“漂浮”的基本原理和方法。同時，借助語境介紹，激發(fā)了學(xué)生的好奇心，增強(qiáng)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的興趣，增強(qiáng)了學(xué)生對科學(xué)實(shí)驗(yàn)的參與。第二是浮力和重力。讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計或體驗(yàn)浮力和重力，例如在水中放入泡沫，在水中放入結(jié)實(shí)的鐵球或記住游泳時的感覺。同時，觀察學(xué)生是否可以利用自己對不同學(xué)科的知識，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)來思考和設(shè)計實(shí)驗(yàn)計劃，并及時或適當(dāng)?shù)刂笇?dǎo)或回答學(xué)生提出的問題。第三是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計。讓學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)要求來獨(dú)立設(shè)計相應(yīng)的“下沉和漂浮”程序。在此教學(xué)中，作者旨在指導(dǎo)和鼓勵學(xué)生使用不同的思維方法和不同的科學(xué)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計。第四是驗(yàn)證和共享。在組織學(xué)生完成相關(guān)的“模擬潛艇下沉和漂浮”實(shí)驗(yàn)設(shè)計和驗(yàn)證后，作者將鼓勵學(xué)生利用課堂前收集的現(xiàn)有多學(xué)科知識和相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自主（或小組合作）實(shí)踐實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。從他人的實(shí)驗(yàn)設(shè)計計劃中學(xué)習(xí)，根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計劃，并培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。最后，作者將組織學(xué)生討論和分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計技巧和產(chǎn)品。通過討論和分享來促進(jìn)學(xué)生之間的知識交流對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，邏輯思維能力，驗(yàn)證能力和科學(xué)思維能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 結(jié)語

為了將STEM教育理念應(yīng)用到初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師必須結(jié)合學(xué)生現(xiàn)有的知識水平，知識理解能力和實(shí)驗(yàn)操作能力。同時，教師還應(yīng)根據(jù)STEM教育理念明確教學(xué)過程，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。從那時起，他們提高了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性，知識性和科學(xué)研究性，使學(xué)生可以將其現(xiàn)有的多學(xué)科知識應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。同時，在提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效率的同時，還可以不斷提高其科學(xué)素養(yǎng)。

（作者單位：杭州市余杭區(qū)光華外國語學(xué)校）