用“腦”探究，有效生成
——例談STEM理念下學(xué)生科學(xué)應(yīng)用能力生長(zhǎng)實(shí)踐研究

江蘇省常熟市教育局教學(xué)研究室 徐兆燚

“動(dòng)手動(dòng)腦做科學(xué)”，已經(jīng)成為近年來(lái)科學(xué)課的一句熱門(mén)“標(biāo)語(yǔ)”，這一理念已經(jīng)在廣大科學(xué)教師心中扎了根。在最新版的《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中也明確了科學(xué)探究是科學(xué)研究過(guò)程的本質(zhì)特征，具有重要的教育價(jià)值，科學(xué)探究是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。

確實(shí)，在如今的科學(xué)課堂上，學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)多了，然而，日常課堂中的學(xué)生科學(xué)探究往往存在只做表面功夫，只動(dòng)手不用腦的現(xiàn)狀，學(xué)生轟轟烈烈的“探究”著，卻沒(méi)有真正思考過(guò)自己在探究些什么，并且真正參與科學(xué)探究的學(xué)生也占少數(shù)，多數(shù)學(xué)生只在旁觀，科學(xué)課堂存在著熱鬧但低效的現(xiàn)象，學(xué)生的科學(xué)應(yīng)用能力沒(méi)有得到生成與生長(zhǎng)。在新課標(biāo)中，明確新增了技術(shù)與工程學(xué)，即STEM中的“T”和“E”的重要性，并明確要讓學(xué)生體會(huì)到“動(dòng)手”的成功和樂(lè)趣，養(yǎng)成通過(guò)“動(dòng)手做”解決問(wèn)題的習(xí)慣。

一、細(xì)化探究要求，引導(dǎo)探究的方向

科學(xué)課堂上琳瑯滿目的實(shí)驗(yàn)器材，是最吸引學(xué)生的，而恰恰也是這些器材的豐富性讓學(xué)生忘記了要用它們來(lái)做什么。因此，在學(xué)生動(dòng)“手”之前，教師必須對(duì)探究的具體規(guī)則與要求等進(jìn)行細(xì)化，讓每一位學(xué)生都能搞清探究活動(dòng)的方向。下面先請(qǐng)看六年級(jí)上冊(cè)《建高塔》一課教學(xué)片斷：

師：這節(jié)課，老師還是想讓大家來(lái)動(dòng)手，我們來(lái)建一座高塔好不好？

材料已經(jīng)為大家準(zhǔn)備好了，每組：一個(gè)大瓶子，兩個(gè)小瓶子，200ml的水，一卷膠布，15根小木棒，6根橡皮筋，剪刀。

建塔規(guī)則也很簡(jiǎn)單，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（12分鐘）用盡可能少的材料建造出一座最高的塔。具體要求有四條，請(qǐng)大家仔細(xì)看清楚：

1.裝水的容器不能參與搭建。

2.剪刀只能用來(lái)剪膠布，不能用來(lái)破壞其他材料。

3.最后高度是指從桌面到瓶子的最高處。

4.節(jié)約度是看最后每組剩下多少木棒。

（展示評(píng)價(jià)表）建好塔后，我們將從高度、穩(wěn)定度、節(jié)約度、美觀度四個(gè)角度，來(lái)綜合評(píng)價(jià)各小組的作品，其中前兩項(xiàng)采用最高五顆星、最低一顆星，后兩項(xiàng)則采用最高三顆星、最低一顆星這一打星評(píng)價(jià)方法，來(lái)評(píng)選出“最精美之塔”……

師：大家都明白建塔規(guī)則了嗎？動(dòng)手之前先動(dòng)腦，我們得先來(lái)設(shè)計(jì)一下——利用這些材料，你們小組準(zhǔn)備搭建出一座怎樣的高塔？請(qǐng)各組先完成設(shè)計(jì)草圖，同時(shí)把搭建的步驟寫(xiě)下來(lái)……

《建高塔》可以說(shuō)是一堂典型STEM課，當(dāng)學(xué)生收到“建高塔”的任務(wù)，并面對(duì)著瓶子、水、小木棒、橡皮筋等材料時(shí)，他們頭腦中立馬出現(xiàn)了他們想要搭建的高塔的樣子。此時(shí)如果不明確具體要求就開(kāi)展活動(dòng)，那就似幼兒園小朋友搭積木，能夠生成的科學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)的科學(xué)能力也就較為膚淺。而在上面這一教學(xué)片斷中，教師把“高塔”的具體規(guī)則要求以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)簡(jiǎn)明扼要的文字、一目了然的圖表形式，讓學(xué)生明確了建塔任務(wù)，尤其較為細(xì)化的評(píng)價(jià)表，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)了高塔評(píng)定中高度和穩(wěn)定度的重要性，這樣，他們接下來(lái)動(dòng)手建高塔就有了方向性。

此外，由于想法是抽象的，于是教師就要求學(xué)生把想法轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)圖，像建筑師那樣在圖紙的指導(dǎo)下去搭建，這也是體現(xiàn)了STEM理念，把科學(xué)和工程聯(lián)系了起來(lái)。這樣，教師從介紹材料、提出任務(wù)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)草圖幾個(gè)層面逐一細(xì)化，給學(xué)生指明了動(dòng)“腦”與動(dòng)“手”的方向,使學(xué)生的探究活動(dòng)富有成效。

二、聯(lián)系生活現(xiàn)象，明確探究的目的

生活中處處是科學(xué)，科學(xué)知識(shí)又指導(dǎo)著我們的生活。學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的其中一點(diǎn)就是能夠用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)來(lái)解釋生活中的科學(xué)問(wèn)題，相反，生活中的很多常見(jiàn)現(xiàn)象，也能幫助學(xué)生更好地做科學(xué)。

例如在學(xué)習(xí)五年級(jí)上冊(cè)《做一個(gè)太陽(yáng)能熱水器》這一課之前，其實(shí)學(xué)生已經(jīng)儲(chǔ)備了一些如何獲取更多光和熱的科學(xué)知識(shí)，只是怎樣把這些知識(shí)應(yīng)用到這堂課的制作中，很多學(xué)生還是無(wú)從下手。這時(shí)就需要生活的指導(dǎo)，向?qū)W生介紹生活中的太陽(yáng)能熱水器，先讓學(xué)生利用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)來(lái)解釋太陽(yáng)能熱水器的原理，這時(shí)學(xué)生就自然而然有了思路，他們接下來(lái)的設(shè)計(jì)制作過(guò)程就變得有目的、有方向了。

又如《神奇的紙》一課，課堂面對(duì)的是低年級(jí)小朋友，他們消化不了過(guò)于復(fù)雜的語(yǔ)言解釋或者過(guò)于深?yuàn)W的科學(xué)原理，但是他們也有很豐富的生活經(jīng)驗(yàn)，把課堂上的探究活動(dòng)和他們熟悉的生活現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，對(duì)于動(dòng)手探究是事半功倍的。

師（展示快遞箱）：這個(gè)紙箱子見(jiàn)過(guò)嗎？前幾天徐老師網(wǎng)上買(mǎi)了一箱蘋(píng)果，這個(gè)箱子就是用來(lái)裝蘋(píng)果的，小朋友們你們看看這個(gè)箱子有什么特點(diǎn)？為什么不把蘋(píng)果直接全部放進(jìn)一個(gè)大箱子？用手分別在桌面上按一按普通紙和你折成瓦楞形狀的紙，告訴老師有什么不同的感受？（普通紙沒(méi)有彈性不能彈回，瓦楞紙有彈性能彈回）現(xiàn)在你知道為什么蘋(píng)果要裝在這樣的箱子里了嗎？因?yàn)橥呃慵堄袕椥裕梢云鸬骄彌_的作用，用一圈瓦楞紙板包圍住蘋(píng)果就不容易撞壞了。

師（展示瓦楞紙杯）：這種瓦楞紙杯見(jiàn)過(guò)嗎？在哪里見(jiàn)過(guò)？這種紙杯有什么作用？（學(xué)生回答）它有隔熱的作用？這是真的嗎？想不想親自感受一下？（取出裝有熱水的密封袋）老師這里有一袋熱水，一會(huì)你可以一手貼著一張普通的紙，一手貼著你折出來(lái)的瓦楞紙，把這個(gè)裝有熱水的袋子夾在中間，感受一下，注意不要大力按壓，袋子被壓壞了會(huì)燙傷手的。小組長(zhǎng)來(lái)領(lǐng)密封袋，感受完成，再把密封袋交上來(lái)。誰(shuí)來(lái)談?wù)勀愕母惺堋＃▽W(xué)生交流）

從上述的教學(xué)片斷中，可以看出教師把這幾個(gè)探究活動(dòng)穿插在各個(gè)生活場(chǎng)景中，用生活現(xiàn)象來(lái)幫助學(xué)生明確探究的目的，用買(mǎi)蘋(píng)果的箱子引導(dǎo)學(xué)生感受普通紙和瓦楞紙彈性的不同，讓學(xué)生思考裝蘋(píng)果的箱子為何要用瓦楞紙板，用星巴克的杯托引導(dǎo)學(xué)生思考瓦楞紙的隔熱性能。把課堂和生活充分結(jié)合，用生活經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)課堂知識(shí)的學(xué)習(xí)，再反過(guò)來(lái)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)來(lái)解釋實(shí)際生活中的現(xiàn)象，幫助學(xué)生提高科學(xué)應(yīng)用能力。

三、關(guān)聯(lián)其他學(xué)科，尋求探究的準(zhǔn)則

新課程標(biāo)準(zhǔn)給出了科學(xué)課程與其他學(xué)科融合的建議，尤其是與數(shù)學(xué)學(xué)科的關(guān)聯(lián)與互動(dòng)，這也是STEM理念對(duì)科學(xué)教學(xué)的要求。盡可能地要讓學(xué)生在科學(xué)探究的過(guò)程中使用數(shù)學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)思維方式，給科學(xué)探究確立一個(gè)準(zhǔn)則，讓科學(xué)探究有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性，而不是亂做一通?？茖W(xué)探究活動(dòng)對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)有一定的依賴(lài)性，也可以說(shuō)，學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí)為學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)積累了豐富的前概念。其實(shí)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中很多知識(shí)和技能都可以成為科學(xué)學(xué)習(xí)的有力輔助。比如對(duì)于大小、數(shù)字、顏色、形狀等的的認(rèn)知，在科學(xué)觀察實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中以及科學(xué)觀察記錄過(guò)程中起到了很好的指導(dǎo)作用。

一年級(jí)《給物體分類(lèi)》這一課，要求通過(guò)運(yùn)用觀察的方法，根據(jù)不同物體的其中一種特征，進(jìn)行分類(lèi)，如：用手摸、掂重量等。學(xué)生在一年級(jí)上學(xué)期的數(shù)學(xué)課上，就已經(jīng)學(xué)過(guò)了初步的分類(lèi)和整理，能夠根據(jù)種類(lèi)、顏色、形狀區(qū)分簡(jiǎn)單物品，主要是用眼睛看的觀察方法。那這些知識(shí)就為學(xué)生本課的觀察活動(dòng)提供了準(zhǔn)則。

又如最典型的科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，便是數(shù)學(xué)中對(duì)變量的控制。對(duì)比實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中最基本、應(yīng)用最廣泛的探究方法之一，《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》《溶解的快與慢》等課中都有對(duì)比實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用。要得出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，那就要明確對(duì)比實(shí)驗(yàn)的規(guī)范和準(zhǔn)則——“只改變一個(gè)條件，保持其他條件都不變”。而這一公平性準(zhǔn)則并不是由教師告訴學(xué)生的，是教師引導(dǎo)學(xué)生自己尋求到的，事實(shí)上，學(xué)生也完全有能力獲得，因?yàn)樗麄冊(cè)跀?shù)學(xué)學(xué)習(xí)的過(guò)程中已經(jīng)無(wú)形中具備了這個(gè)思維。

四、關(guān)注“弱勢(shì)群體”，保證探究的全員性

學(xué)生是科學(xué)學(xué)習(xí)的主體,這里的“學(xué)生”指的應(yīng)該是全體學(xué)生,而在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中總有那么一些“弱勢(shì)群體”，有些是不愿意參與探究，有些是不會(huì)探究。教師也很容易睜一只眼閉一只眼，讓科學(xué)探究成為了個(gè)別學(xué)生的“專(zhuān)利”，帶著其他學(xué)生走過(guò)場(chǎng)。似乎看起來(lái)，這也完成了科學(xué)探究的任務(wù)，但這卻是不負(fù)責(zé)任的科學(xué)探究，更談不上有效的科學(xué)探究。教師要善于捕捉這些學(xué)生身上的閃光點(diǎn)，通過(guò)一些激勵(lì)機(jī)制，扶著他們走第一步，培養(yǎng)他們對(duì)科學(xué)探究的興趣，盡量讓每一個(gè)學(xué)生都參與進(jìn)來(lái)。

想讓學(xué)生在探究中獲得更多的生成，得到更大程度的科學(xué)應(yīng)用能力的生長(zhǎng)，教師需要不斷積累引導(dǎo)學(xué)生用“腦”探究的策略，唯有且行且思考，方能鑄就更好的課堂，成就更好的學(xué)生。