STEM教育視角下融合地區(qū)特色的小學(xué)科學(xué)案例設(shè)計(jì)
——以“牛奶大變身”為例

郭 姣 張雅嫻

(呼倫貝爾學(xué)院 內(nèi)蒙古 海拉爾 021008)

2017版《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出：小學(xué)科學(xué)課程是一門綜合性課程，強(qiáng)調(diào)科學(xué)課程與數(shù)學(xué)、語文等課程相互滲透，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展；突出學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)建，為學(xué)生提供更多自主選擇的學(xué)習(xí)空間和充分的探究式學(xué)習(xí)機(jī)會，強(qiáng)調(diào)做中學(xué)、學(xué)中思[1]。而STEM教育強(qiáng)調(diào)打破學(xué)科界限，融合相關(guān)的跨學(xué)科知識，以問題解決的形式，將其運(yùn)用到真實(shí)的情境中，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，促進(jìn)高階思維的發(fā)展。鑒于此，本研究欲將STEM教育融于我國小學(xué)科學(xué)課程中，以期改善小學(xué)科學(xué)課程現(xiàn)狀，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

一、選題的確定

目前傳統(tǒng)的小學(xué)《科學(xué)》教學(xué)模式并不能滿足學(xué)生創(chuàng)造力與科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的訴求，并且在課程設(shè)置上缺少跨學(xué)科融的理念，教方法不夠多樣，教學(xué)過程過于結(jié)構(gòu)化，導(dǎo)致無法達(dá)到小學(xué)《科學(xué)》課程教學(xué)目標(biāo)。而STEM教育則提供一種跨學(xué)科融合的理念，有助于提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力與創(chuàng)新應(yīng)用能力[2]。

在設(shè)計(jì)案例時，最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)的一步是選題。在選題的過程中，既要體現(xiàn)民族特色，更要符合小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)規(guī)律，使教學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)揮最大功效。因此本研究將STEM教育融入小學(xué)科學(xué)課程，并且結(jié)合地區(qū)特色，圍繞“牛奶大變身”來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(一)選題依據(jù)

STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的英文首字母縮寫，是集科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)于一體的綜合教育。從內(nèi)在含義上來看，STEM 教育強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)課程以跨學(xué)科的課堂形式整體呈現(xiàn)，并用于解決現(xiàn)實(shí)中存在的實(shí)際問題[3]。

由教育部印發(fā)《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出倡導(dǎo)開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，并鼓勵科學(xué)教師將STEM運(yùn)用于自己的教學(xué)實(shí)踐。小學(xué)科學(xué)作為一門以探究、實(shí)踐為主的課程，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為核心，以發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力、問題解決能力與設(shè)計(jì)思維為目標(biāo)。將STEM教育融入小學(xué)科學(xué)課程，不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)課的學(xué)習(xí)興趣，提高元認(rèn)知技能、批判思維和創(chuàng)造思維[4]，而且有利于創(chuàng)新型科技人才培養(yǎng)。

本研究通過將 STEM 教育理念融入小學(xué)科學(xué)案例設(shè)計(jì)，著重培養(yǎng)小學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)有獨(dú)立意識去發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的習(xí)慣，從而逐漸培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為我國當(dāng)前小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)提供借鑒和指導(dǎo)。

(二)選題特色

本研究在設(shè)計(jì)小學(xué)科學(xué)課程案例的時候不僅要結(jié)合STEM教學(xué)模式，還與地區(qū)特色相結(jié)合。豐富的自然資源和文化資源，為開展STEM教育提供了豐富的課程資源。

蒙古族奶制品制作工藝集中反映了蒙古族在生產(chǎn)生活方式、風(fēng)俗習(xí)慣等方面的情形，展現(xiàn)了蒙古族人民熱愛草原，以及對美好生活的追求。通過在生活中體驗(yàn)、觀察牛奶如何變身為不同奶制品的過程，讓學(xué)生感受民族食品加工工藝的特殊性，體會其中所蘊(yùn)含的人與自然和諧相處的生態(tài)智慧。

本研究以“牛奶大變身”為主線，既可以追溯牛奶的來源即奶牛，將胎生和卵生動物的區(qū)別、動物后代與親代的異同、滅絕生物與當(dāng)今生物的異同融入教學(xué)，又可以通過學(xué)生親自動手將牛奶制作為酸奶、奶皮子、奶豆腐的過程融入教學(xué)，將微生物與生活的關(guān)系、物質(zhì)狀態(tài)的改變、物體的三態(tài)納入到項(xiàng)目研究中。

(三)選題開展

STEM教育模式不僅強(qiáng)調(diào)把科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)知識進(jìn)行融合，還特別強(qiáng)調(diào)將原本分散的各種學(xué)科通過重組成為一個全新的整體，可以幫助學(xué)習(xí)者擺脫只有一種學(xué)科知識系統(tǒng)的拘束，激勵學(xué)習(xí)者運(yùn)用跨學(xué)科來處理真實(shí)情境中的問題。本研究將STEM教育模式與教學(xué)過程進(jìn)行如下結(jié)合：

1.采用項(xiàng)目式教學(xué)

STEM教育強(qiáng)調(diào)采用實(shí)驗(yàn)探究和工程設(shè)計(jì)為主的項(xiàng)目式教學(xué)模式。案例以真實(shí)的項(xiàng)目為驅(qū)動，需要學(xué)生借助多種可用資源來開展探究活動，在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行跨領(lǐng)域的知識整合和思維整合，從而解決一系列問題鏈。在完成所有項(xiàng)目制作的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的語言表達(dá)、溝通協(xié)作、自主思考、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、寫作和繪畫等能力。

2.強(qiáng)調(diào)情境性

STEM課程是基于建構(gòu)主義理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的主動建構(gòu)、情境性和與社會生活的互動聯(lián)系[5]。案例以學(xué)生熟知的“舌尖上的中國”節(jié)目中黃豆的不同奇妙的變身來引出蒙古族特色食物——牛奶的變身，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以讓學(xué)生主動積極的參與其中。

3.強(qiáng)調(diào)小組協(xié)作

STEM教育強(qiáng)調(diào)群體互幫互助、相互啟發(fā)，所以在案例設(shè)計(jì)中，讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行探究，小組之間可以協(xié)作制作，在遇到困難的時候可以相互提出自己的觀點(diǎn)，可以利用頭腦風(fēng)暴來解決問題，而且培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，懂得團(tuán)隊(duì)的重要性。

4.強(qiáng)調(diào)跨領(lǐng)域融合

案例通過牛奶的變身不僅將科學(xué)、工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)四個領(lǐng)域進(jìn)行融合，而且將小學(xué)科學(xué)課程中物質(zhì)領(lǐng)域與生物領(lǐng)域中多個知識點(diǎn)進(jìn)行融合，確保學(xué)生在真實(shí)、復(fù)雜的情境中探究解決問題。

5.注重產(chǎn)品的設(shè)計(jì)性

案例中通過觀察、記錄、嘗試制作的過程逐步引導(dǎo)學(xué)生制作不同奶制品，在此過程中讓學(xué)生體驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程。通過分解的任務(wù)、解決問題的支架，逐漸幫助學(xué)生提高設(shè)計(jì)、制作產(chǎn)品的能力。

二、前期分析

(一)總體教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中對科學(xué)課程總目標(biāo)的描述，以及在設(shè)計(jì)STEM教學(xué)案例時對目標(biāo)中科學(xué)知識和地區(qū)特色的融合，本教學(xué)設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)以知識目標(biāo)、探究目標(biāo)、態(tài)度目標(biāo)為引領(lǐng)展開設(shè)計(jì)。各個維度的目標(biāo)具體如下：

1.知識目標(biāo)

知識目標(biāo)主要呈現(xiàn)本STEM教學(xué)案例中融入了小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中1-2年級所對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，如表1所示。

表1 知識目標(biāo)

2.探究目標(biāo)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對科學(xué)探究目標(biāo)的描述，針對5-6年級的學(xué)生在這一學(xué)段應(yīng)該達(dá)到的水平，將核心目標(biāo)放在“學(xué)生自主完成探究任務(wù)”。整個探究過程體現(xiàn)在教學(xué)活動的各個環(huán)節(jié)。在本案例中各個探究環(huán)節(jié)學(xué)生應(yīng)能達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 探究目標(biāo)

3.態(tài)度目標(biāo)

這里的態(tài)度目標(biāo)既包括科學(xué)態(tài)度，也包括傳承和弘揚(yáng)民族文化的目標(biāo)。在本案例中體現(xiàn)在下面兩個方面。(見表3)

表3 態(tài)度目標(biāo)

(二)學(xué)習(xí)者特征分析

本研究針對的學(xué)習(xí)者為小學(xué)1-2年級的學(xué)生，由于學(xué)生年齡小,無意注意占優(yōu)勢,注意力不穩(wěn)定,容易分心,不善于調(diào)節(jié)和控制自己的注意力，因此教師需要鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，用豐富多彩的教學(xué)內(nèi)容和生動靈活的教學(xué)方法來調(diào)動學(xué)生思維的積極性和對知識的求知欲。

(三)教學(xué)內(nèi)容分析

小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容包含物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域、生命科學(xué)領(lǐng)域、地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域、技術(shù)與工程領(lǐng)域這四個領(lǐng)域。本研究將小學(xué)科學(xué)課程單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，內(nèi)容主要選自生命科學(xué)領(lǐng)域中生命的延續(xù)、生物與環(huán)境的關(guān)系以及物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域中的物質(zhì)的狀態(tài)。以蒙古族特色食物——牛奶的變身將這些內(nèi)容進(jìn)行跨領(lǐng)域融合，在學(xué)生熟悉且真實(shí)的情境中培養(yǎng)和提高科學(xué)素養(yǎng)。

三、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

教學(xué)過程的設(shè)計(jì)充分依據(jù)了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、“做中學(xué)”理論、探究性學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目式的教學(xué)模式等。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)者的基本特征，將本節(jié)課的教學(xué)活動設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 教學(xué)活動流程

(一)創(chuàng)設(shè)情境

呼倫貝爾作為中國三大黃金奶源之一，盛產(chǎn)純天然牛奶。牛奶除了可以制作蒙古族日常的奶茶外，還可以變身為具有蒙古族特色的奶酪、奶皮子、奶豆腐、奶渣子、酸奶等等奶制品。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)主要目的是創(chuàng)設(shè)真實(shí)的生活情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。建構(gòu)主義教學(xué)觀強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的主動性、社會性和情境性，不能無視學(xué)習(xí)者的已有知識經(jīng)驗(yàn)，其中持文化歷史觀的建構(gòu)主義學(xué)者維果斯基特別強(qiáng)調(diào)，在人的發(fā)展過程中社會文化歷史的作用，因此在本環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)呼倫貝爾地區(qū)特色食物奶制品情境，是置于學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)和社會文化背景之下的。

(二)明確任務(wù)

提出與本主題相關(guān)的問題：

1.奶牛媽媽隨時都可以產(chǎn)奶嗎？奶牛寶寶是怎么出生的？

2.牛奶是如何變身為我們?nèi)粘Ｖ械乃崮?、奶皮子、奶豆腐的?/p>

設(shè)計(jì)意圖：基于問題學(xué)習(xí)認(rèn)為，好的問題都是來自現(xiàn)實(shí)生活中的問題，問題一般要與實(shí)際生活相關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生覺得所要解決的問題就是自己身邊的現(xiàn)實(shí)問題，自己與這些問題有一定的關(guān)系。因此本環(huán)節(jié)在明確任務(wù)時，都是從學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活中提出的。

(三)自主探究

1.學(xué)生探究牛奶的來源

通過查閱資料、訪談家長、實(shí)地考察等方式探究奶牛媽媽是否隨時都可以產(chǎn)奶，并填寫表4。

表4 觀察記錄文檔

2.胎生和卵生的區(qū)別

教師呈現(xiàn)雞寶寶、鳥寶寶、牛寶寶、羊?qū)殞毜葎游锏某錾绞?，提出胎生、卵生的概念，學(xué)生通過觀察、討論等對比二者不同填寫表5。

表5 觀察記錄文檔

3.比較牛寶寶和牛媽媽的異同

教師呈現(xiàn)圖片，引導(dǎo)學(xué)生比較牛寶寶和牛媽媽的異同填寫表6。

表6 觀察記錄文檔

4.說一說猛犸與當(dāng)今哪種動物相像，有哪些異同。

參觀扎拉諾爾猛犸公園，觀察猛犸象化石的形態(tài)，填寫表7。

表7 對比文檔

(四)動手制作

1.學(xué)生與家長一起動手制作。使用1斤牛奶，用最簡便的方法制作酸奶、奶皮子、奶豆腐任意一種或幾種，體驗(yàn)傳統(tǒng)制作過程；2.記錄物體狀態(tài)的變化、物體重量的變化、需要的溫度、時間；3.小組討論牛奶重量變化的原因和制作奶制品的基本步驟，填寫表8。

表8 奶制品制作記錄表

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)以問題和任務(wù)的形式讓學(xué)生探究完成，通過相關(guān)表格的填寫引導(dǎo)探究。

第一，本環(huán)節(jié)的教學(xué)活動融合了本課的教學(xué)知識目標(biāo)、探究目標(biāo)和態(tài)度目標(biāo)，包含明確的教學(xué)內(nèi)容，即小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容和生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容。

第二，該課題能夠?qū)⒖茖W(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，如下表9所示。

表9 STEM 目標(biāo)表

第三，學(xué)生獨(dú)立提出假設(shè)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證假設(shè)的方案，驗(yàn)證假設(shè)的機(jī)會。學(xué)生能夠根據(jù)教師提供的表格在制作奶制品過程中發(fā)現(xiàn)牛奶的質(zhì)量有變化，從而根據(jù)實(shí)際情況提出牛奶質(zhì)量變化的原因的假設(shè)，獨(dú)立設(shè)計(jì)驗(yàn)證假設(shè)的方案，并根據(jù)方案驗(yàn)證假設(shè)，在此過程中學(xué)生的探究能力得到培養(yǎng)。

第四，學(xué)習(xí)結(jié)束時，有明確而具體的成果展示。

第五，在整個探究和協(xié)作的過程中，教師既給學(xué)生提供必要的引導(dǎo)，如讓學(xué)生記錄由牛奶制作成奶制品后質(zhì)量的改變，同時又給學(xué)生獨(dú)立探索的機(jī)會，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。

第六，在整個過程中，既有個人獨(dú)立探索又有小組協(xié)作學(xué)習(xí)，既培養(yǎng)了獨(dú)立探索的能力，又促進(jìn)了學(xué)習(xí)者相互交流、討論、協(xié)商，共同進(jìn)行意義的建構(gòu)。

第七，教師給學(xué)生提供了顯性的行為建模和隱形的認(rèn)知過程建模支持。包括教師給學(xué)生提出了每個探究活動應(yīng)該完成的內(nèi)容，并提供相應(yīng)表格，讓學(xué)生明確在每一個學(xué)習(xí)活動階段應(yīng)該進(jìn)行哪些活動以及如何完成這些活動；教師在整個過程中起著重要的引導(dǎo)作用。

第八，整個活動很好地采用支架式教學(xué)策略為學(xué)生搭建支架。通過分任務(wù)的形式使學(xué)生沿著教師搭建的“支架”逐步攀升，從而完成對復(fù)雜知識的意義建構(gòu)。

(五)展示交流

按照表10匯報(bào)。

表10 匯報(bào)主要內(nèi)容表

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)采用展示交流的方式，將學(xué)生自主探究和小組學(xué)習(xí)的結(jié)果加以呈現(xiàn)：一方面可以實(shí)現(xiàn)知識領(lǐng)域的目標(biāo)，包括物質(zhì)狀態(tài)變化的原因，酸奶中益生菌與生活的關(guān)系等；另一方面通過交流，學(xué)生可以共享每個小組在提出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)過程中有益的做法，互相學(xué)習(xí)，從而提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題和創(chuàng)新的能力，對提升學(xué)生的科學(xué)能力和科學(xué)態(tài)度有非常積極的意義。