統(tǒng)合的力量：建設(shè)STEM版的“實(shí)踐科學(xué)”

摘 要：STEM教育理念引領(lǐng)小學(xué)科學(xué)教育不僅能夠提高教學(xué)的效率，還能讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)其他學(xué)科。文章從堅(jiān)持學(xué)生立場、運(yùn)行跨界思維、設(shè)計(jì)問題引領(lǐng)、注重探究過程四個(gè)方面闡述了在STEM教育背景下，以小學(xué)科學(xué)課程為載體，用STEM理念引導(dǎo)小學(xué)科學(xué)教學(xué)，聯(lián)系生活實(shí)際，豐富課堂，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的深度、創(chuàng)造學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生的綜合能力和科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：STEM教育;小學(xué)科學(xué);教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G623.6?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：2095-624X（2021）11-0033-02

一、STEM 教育形成的背景

STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的英文首字母縮寫。它是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)深度整合的教育。其中，科學(xué)在于認(rèn)識(shí)、解釋自然界的客觀規(guī)律; 技術(shù)和工程則是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界、解決遇到的問題;數(shù)學(xué)是技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。STEM 教育理念注重學(xué)生的思維能力、操作能力培養(yǎng)，注重讓學(xué)生通過自己已經(jīng)學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行科學(xué)真理探索。

二、基于STEM教育理念，打造新型科學(xué)課

當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域密切聯(lián)系了起來，我們面對(duì)的問題，也不再是單一學(xué)科的問題，而是綜合性問題。每個(gè)教師都教學(xué)自己的學(xué)科，但對(duì)于學(xué)生來說，卻要學(xué)習(xí)不同的學(xué)科。學(xué)科之間是互相有聯(lián)系的，有許多交叉的知識(shí)。 STEM 教育就特別提倡發(fā)展孩子的個(gè)性，也推崇不同學(xué)科的整合，提倡讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。由此可見，STEM教育與我們的小學(xué)科學(xué)教育追求的目標(biāo)是一致的。下面從四個(gè)方面說說如何用STEM教育理念引領(lǐng)我們的科學(xué)課。

（一）堅(jiān)持學(xué)生的立場，建設(shè)屬于兒童的真性課堂

學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，教育工作者只有站在學(xué)生的立場，設(shè)計(jì)符合學(xué)生現(xiàn)實(shí)需要的學(xué)習(xí)任務(wù)，才能促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。作為教師，必須從學(xué)生的角度去思考：學(xué)生喜歡什么樣的科學(xué)課？怎樣的設(shè)計(jì)是最符合學(xué)生年齡特點(diǎn)的？什么樣的實(shí)驗(yàn)材料是適合學(xué)生的？

我們可以從眾多的活動(dòng)中篩選適合學(xué)生探究的活動(dòng)主題，把一些教育的內(nèi)容游戲化、趣味化，把需要孩子探索的知識(shí)融入活動(dòng)中。在活動(dòng)一開始，我們就給學(xué)生自主的權(quán)利：讓學(xué)生自由組合，選擇志同道合的小組成員;各抒己見，選擇所需探究的方向;揚(yáng)長避短，選擇適合本小組探究的感興趣的問題;各取所需，選擇探究所需的材料……允許學(xué)生在活動(dòng)中犯錯(cuò)誤，把學(xué)生的錯(cuò)誤也看作重要的教學(xué)資源。正因?yàn)橹挥姓驹趯W(xué)生的立場，充分給予學(xué)生選擇的自由，才會(huì)激發(fā)學(xué)生的活動(dòng)熱情，取得最佳的活動(dòng)效果。

（二）運(yùn)行跨界思維，建設(shè)具有統(tǒng)合力量的大結(jié)構(gòu)課堂

小學(xué)科學(xué)課往往從學(xué)校周圍的自然環(huán)境以及身邊的各種材料入手，開展適合學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力和創(chuàng)新能力。我們在開展科學(xué)教學(xué)時(shí)，就可以以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為立足點(diǎn)，融入與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)知識(shí)，從而幫助學(xué)生建立起系統(tǒng)性的研究思想。

蘇教版小學(xué)五年級(jí)《科學(xué)》下冊有《形狀與結(jié)構(gòu)》這一單元。其中，《建橋梁》一課中有不少的探究活動(dòng)，有一個(gè)是有關(guān)比較不同類型橋梁的承受力的活動(dòng)。教材預(yù)設(shè)的活動(dòng)只是比不同橋梁的承受力，對(duì)于怎樣建造比較理想的橋梁并沒有涉及。教師運(yùn)用STEM 教育思想可以這樣設(shè)計(jì)：第一，先讓學(xué)生針對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容在小組討論，提出問題，并進(jìn)行假設(shè);第二，分小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并對(duì)小組的假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證;第三，在小組驗(yàn)證時(shí)滲透有關(guān)工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)方面的知識(shí);第四，根據(jù)小組成員討論的設(shè)計(jì)圖搭建出自己小組的獨(dú)特橋梁，并按要求測試橋梁的承受力，分析記錄得到的數(shù)據(jù)，從而得出結(jié)論，形成研究報(bào)告。

還是這一單元的內(nèi)容，《建高塔》這一內(nèi)容卻是探究不同結(jié)構(gòu)建筑材料的特點(diǎn)。我們可以圍繞如何使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固這一活動(dòng)來開展教學(xué)。這個(gè)活動(dòng)包含了設(shè)計(jì)與技術(shù)，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定這一要求既要學(xué)生掌握一定的科學(xué)知識(shí)，知道其中的科學(xué)原理，又要學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)和操作技術(shù)的知識(shí)。首先，學(xué)生可以先通過探究不同圖形（如三角形、平行四邊形、正方形等）的特點(diǎn)，了解有關(guān)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和穩(wěn)定性，通過動(dòng)手構(gòu)造認(rèn)識(shí)到三角形是一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。其次，學(xué)生通過嘗試加固立方體，理解結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與結(jié)構(gòu)的形狀，再通過不同材質(zhì)材料的比較，尋找到最合適的材質(zhì)。最后，學(xué)生通過設(shè)計(jì)和搭建建筑，探索建筑物的穩(wěn)固性與哪些因素有關(guān)。這樣加入STEM的探究活動(dòng)，不僅有助于學(xué)生對(duì)幾何形狀的有關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)的了解，還有助于學(xué)生學(xué)習(xí)到工程方面關(guān)于結(jié)構(gòu)材質(zhì)、連接方式等知識(shí)。這樣的活動(dòng)并不是簡單地將科學(xué)與工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)組合疊加，而是把一些小知識(shí)轉(zhuǎn)變成探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面。

（三）設(shè)計(jì)引領(lǐng)性問題，建設(shè)有思維張力的科學(xué)課程

學(xué)習(xí)科學(xué)就是為了解決實(shí)際生活中的問題。一個(gè)好的問題，經(jīng)過設(shè)計(jì)開發(fā)，可以豐富成為STEM科學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新。教師在教學(xué)時(shí)可以利用學(xué)生在生活中遇到的問題來激發(fā)學(xué)生探究的興趣，幫助學(xué)生像科學(xué)家一樣思考問題，像工程師一樣解決問題。

如在教學(xué)蘇教版小學(xué)四年級(jí)《科學(xué)》上冊第一單元第一課《空氣的性質(zhì)》時(shí)，教師可以通過這樣一個(gè)問題導(dǎo)入：兩個(gè)水瓶中各套有一個(gè)氣球，在其中一瓶子底部扎一個(gè)小孔，若對(duì)著瓶口吹這兩個(gè)氣球，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？通過實(shí)際的操作，學(xué)生發(fā)現(xiàn)有小孔瓶子里的氣球是能吹大的。學(xué)生對(duì)這一問題進(jìn)行了討論，得出結(jié)論：瓶子里有空氣，空氣也占據(jù)了空間，所以沒孔瓶子里的氣球吹不大，往有小孔瓶子里的氣球吹氣時(shí)可以把瓶子里的空氣擠出來，這樣就騰出了瓶子內(nèi)的空間，氣球就吹大了。

如果我們這樣設(shè)計(jì)的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的注意力主要還是集中于對(duì)科學(xué)概念的認(rèn)識(shí)與解釋，并沒有真正讓學(xué)生的能力得到提高。STEM科學(xué)活動(dòng)更注重解決活動(dòng)過程中所產(chǎn)生的問題，針對(duì)這樣的特點(diǎn)，我們可以對(duì)這一活動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膭?dòng)。

首先，請學(xué)生對(duì)著沒有鉆孔的套有氣球的瓶口吹，并猜一猜可能是什么原因造成氣球吹不大的。學(xué)生由此展開討論，提出自己的想法：吹氣球的力氣不夠大;瓶內(nèi)的氣球是不是壞的;吹的時(shí)候嘴巴漏氣了;瓶中有氣體，壓住了氣球讓它吹不大……

其次，在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上提出新任務(wù)：有沒有辦法能將瓶內(nèi)的氣球吹大？這樣的活動(dòng)設(shè)計(jì)符合學(xué)生的學(xué)情需要，也讓學(xué)習(xí)任務(wù)更具挑戰(zhàn)性。學(xué)生會(huì)根據(jù)剛才的討論，針對(duì)問題出現(xiàn)的可能原因找到解決問題的辦法，從而提高學(xué)生解決問題的能力（見表1）。

最后，趁熱打鐵，提出問題：瓶內(nèi)的空氣占據(jù)空間，能想辦法把你們趕跑瓶中的氣體這個(gè)過程讓同學(xué)們真真切切地看到嗎？集思廣益，學(xué)生又提出了各種方案（見表2）。

這些問題可以有效增加學(xué)生思維的深度與廣度，提高學(xué)生解決問題的能力，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手技能，并有效把科學(xué)教學(xué)與STEM對(duì)接起來。

（四）注重探究過程，建設(shè)實(shí)踐為主體的運(yùn)行機(jī)制

STEM教育的一個(gè)重要特點(diǎn)是注重讓學(xué)生通過實(shí)踐去獲得知識(shí)，學(xué)生常常依靠動(dòng)手操作來認(rèn)識(shí)、 理解世界。STEM的探究活動(dòng)與一般的科學(xué)探究活動(dòng)不同，師生在一堂課中可能無法得到一個(gè)合理、有效的結(jié)果，只能是與目標(biāo)不斷地靠近。

比如說，在五年級(jí)學(xué)生學(xué)完《電和磁》這一單元，認(rèn)識(shí)了簡單電路之后，教師就可以設(shè)計(jì)這樣的活動(dòng)——“讓我的小房間更亮”（見表3）。

學(xué)生在實(shí)際的操作中要對(duì)自己的猜想設(shè)計(jì)方案不斷修正調(diào)整以取得最優(yōu)效果。如在操作中要注意調(diào)整變量做對(duì)比，每種方案要注意對(duì)比時(shí)只改變一個(gè)條件。這個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生不僅要把電的知識(shí)學(xué)以致用，還要用到光的知識(shí)。在調(diào)整過程中，又要不斷地利用測量到的數(shù)據(jù)來幫助自己修改方案，這可以使學(xué)生各類能力得到發(fā)展。

再比如六年級(jí)的《吹泡泡》一課，學(xué)生通過對(duì)各種材料不斷嘗試，制造出多種有效的泡泡水。在這個(gè)調(diào)制的過程中，有對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)能力的培養(yǎng)（什么樣的配比最合適），技術(shù)的要求（不同的攪拌方法，水溫的高低，加入材料的先后順序），這樣的調(diào)配其實(shí)是對(duì)學(xué)生各種能力的培養(yǎng)。

STEM 教育理念為小學(xué)科學(xué)教學(xué)提供了新的方向，它不同于以往的以知識(shí)傳授為主的教學(xué)，是一種綜合多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用型教育。我們可以以小學(xué)科學(xué)課程為載體，為學(xué)生提供認(rèn)識(shí)世界的機(jī)會(huì)。通過多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)的零碎知識(shí)，變成相互聯(lián)系、統(tǒng)一的整體，開闊學(xué)生的視野， 帶領(lǐng)學(xué)生用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多種色彩織出絢麗的畫卷。

[參考文獻(xiàn)]

[1]葉兆寧，楊元魁.集成式STEM教育：破解綜合能力培養(yǎng)難題[J].人民教育，2015（9）：62-66.

[2]余勝泉，胡 翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究，2015（17）：17-18.

作者簡介：黃黎莉（1979— ），女，中小學(xué)一級(jí)教師，本科，研究方向：小學(xué)科學(xué)教學(xué)。