融合STEM理念的初中科學教學實踐分析

樓小英

(浙江省義烏市賓王中學 浙江金華 322000)

STEM是英文Science、Technology、Engineering、Math四個詞的首字母的組合，STEM教育打破了傳統(tǒng)的學科教育的界限，以科學理論認識自然、解釋自然界的規(guī)律的認識為基礎(chǔ)，讓同學們在遵循客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用規(guī)律、改造世界。在改造世界的過程中，實現(xiàn)對自然界的控制和利用的同時，解決在學習和發(fā)展中遇到的各種問題。在學科的科學融合過程中，實現(xiàn)學生對世界的科學探索和實踐。在初中科學教學實踐中，將STEM教育理念融入科學探究活動，讓同學們在科學探究活動中，在動手實踐的過程中，將一個個科學知識理論通過活生生的動手實踐，實現(xiàn)科學和實踐的有效融合，讓科學理論成為實踐活動的真正指導，讓同學們在科學的探究實踐中，認識到科學理論對實踐的指導性作用，認識科學理論和實踐之間的相互聯(lián)系、相互依存的密切關(guān)系。在同學們的科學探究實踐中，實現(xiàn)學生科學精神和探索品質(zhì)的有效培養(yǎng)和發(fā)展。本文以初中科學教學為例，談談將STEM理念與科學教學融合的有效策略。

一、科學為引，動手支架，情感陶冶

科學理論是引導學生在學習活動中建構(gòu)知識體系、形成科學知識結(jié)構(gòu)框架的重要指導。在科學學習活動中，開展科學探究實踐活動，結(jié)合具體而生動的動手操作實踐，讓同學們在豐富的感性動手操作的過程中經(jīng)歷知識結(jié)構(gòu)框架建構(gòu)的每一個細節(jié)，探索和研究知識體系的每一個知識成長的過程，在同學們對學習活動科學而能動的參與體驗中，實現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)的有效建構(gòu)[1]。

例如，學習“植物分類”這部分內(nèi)容時，根據(jù)教材圖2-69給植物分類的圖示，結(jié)合同學們的科學探究實踐，讓同學們在學習活動的過程中，真正地動起手，結(jié)合地域觀察，結(jié)合現(xiàn)代化的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等素材，制作植物分類圖譜。圖示給出的是有無種子的分類，將STEM理念融入科學探究活動中，讓同學們在動手和動腦相結(jié)合的操作實踐中，完成知識圖譜的創(chuàng)設。植物的分類圖譜包括有無種子、到有無花、有無葉、有無莖、有無根須等，在細節(jié)性的豐富和完善的過程中，以科學理論為引子，科學的分類方法是同學們活動開展的基礎(chǔ)和前提，也是學生在學習活動中，保持活動的條理性和系統(tǒng)性的基礎(chǔ)。結(jié)合同學們的技術(shù)和工程基礎(chǔ)與數(shù)學統(tǒng)計歸納分析等，在動手和動腦相結(jié)合的實踐操作過程中，同學們制作出了一張張形象生動、活潑有趣的植物檢索圖譜。隨著現(xiàn)代生活技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代家庭背景下的孩子們接近自然、走進自然的機會越來越少，教師以科學探究活動為契機，讓同學們在科學探究的過程中產(chǎn)生與自然的親密接觸，展開對自然的生動活潑的調(diào)查和研究活動，制作自然檢索圖譜，將結(jié)合生活實踐得到的圖譜整理制作成冊，并利用3D打印機將之打印出來，梳理成系統(tǒng)的知識圖譜。同學們再根據(jù)圖譜對自己觀察到的植物對象展開再度分類歸納總結(jié)和概括等活動。在同學們和自然、和世界的親密溝通和交流的過程中，充分激發(fā)學生的學習能動性，學生在對自然的積極探索和實踐過程中，能夠發(fā)現(xiàn)豐富的自然的規(guī)律，能夠在探索活動中感受大自然的強勁生命力和活力，在積極的探索實踐中，可實現(xiàn)學生基礎(chǔ)知識和能力的有效發(fā)展，實現(xiàn)對學生道德情操的有效陶冶。

二、探索生疑，科學釋疑，理性生長

初中階段的學生，隨著其知識閱歷的增長，他們的邏輯思維能力也會在具體的學習實踐中不斷發(fā)展起來?？茖W是一門與現(xiàn)實生活聯(lián)系十分密切的學科，同學們生活中常見的許多現(xiàn)象都能夠與科學聯(lián)系起來，都能夠運用科學知識和原理來解決和釋疑。同時，科學學習活動具有很強的實踐性，與STEM理念的有效融合，能夠促進學生在生動活潑的學習活動中，培養(yǎng)起積極的質(zhì)疑精神和科學的探索品質(zhì)，在科學的活動探究過程中，實現(xiàn)學生知識和能力的科學發(fā)展[2]。

例如，學習“物理性質(zhì)和化學性質(zhì)”時，同學們發(fā)現(xiàn)，電燈泡點亮是物理變化，而木炭點燃卻是化學變化。兩者同樣都是點燃，為什么發(fā)生的變化卻是不同的呢？在具體的實踐的基礎(chǔ)上，同學們的質(zhì)疑意識被充分地點燃。教師以科學的定義為基礎(chǔ)，讓同學們展開對科學學習對象的觀察活動。電燈在點燃的過程中，產(chǎn)生了形狀、溫度、顏色等的變化，但是并沒有新的物質(zhì)產(chǎn)生；而木炭燃燒后，通過科學觀察實驗，同學們發(fā)現(xiàn)了碳單質(zhì)、二氧化碳、水以及一些金屬氧化物、礦物鹽等物質(zhì)。從原來的木炭，到最后生成了許多新的物質(zhì)，很顯然，在木炭點燃后，發(fā)生了化學變化，生成了新的物質(zhì)。當然，電燈點燃并不是只有物理變化，如果長時間點燃電燈，其燈芯也會發(fā)生化學變化，產(chǎn)生氧化作用。在科學質(zhì)疑和科學探究活動中，實現(xiàn)了學生理性思維的發(fā)展。

三、科學生成，實踐鞏固，拓展提升

在科學學習活動中，知識的學習能讓同學們獲取理論性的學習對象，但同學們對學習對象是否真正認識和理解，實在無法得到驗證。而在科學學習活動中，將STEM理念融入其中，讓同學們在科學理論的引導和支持下，展開積極的活動探究和實踐，同學們對學習對象的認識和理解的過程，也會在具體的動手操作過程中，在對感性的經(jīng)驗的具體驗證過程中，形成對學習對象的深入理解和鞏固[3]。

因此，學習“日食和月食”時，雖然書本上的演示實驗能夠給同學們創(chuàng)設直觀的情境，但是同學們畢竟沒有經(jīng)過親身經(jīng)歷和體驗，對學習對象的理解程度和消化程度自然不是十分理想。因而，在學習活動中，老師和同學們一起結(jié)合STEM活動，制作太陽、月亮、地球三個星球的模擬結(jié)構(gòu)形狀，太陽作為一個光球，當太陽被地球的一個部分遮擋時，同學們從自己的角度來觀察日食的具體產(chǎn)生過程。相較于教材上的演示實驗，同學們在自己的動手制作和自己的親身模擬實驗過程中，獲得了日食形成過程的各種不同體驗，同樣地，月食現(xiàn)象也是在三者的相互作用過程中產(chǎn)生的，同學們通過具體的位置移動觀察，記錄不同的位置下觀察到的情況，通過拍照、繪畫、記錄等豐富的形式，獲取對實驗觀察過程的理性分析、考察和研究，在具體而生動的科學探究活動中，形成對日食和月食現(xiàn)象的科學而生動的認知理解過程。當然，在模型制作的過程中，同學們必須根據(jù)太陽、月亮、地球的比例等制作三個模型，否則在觀察過程中，就會出現(xiàn)各種問題。很顯然，在科學活動中融合STEM理念，必須有科學的知識和精確的數(shù)學作基礎(chǔ)，還要有靈活的技術(shù)手段作輔助，這樣才能充分體現(xiàn)科學活動的效果。

總之，在中學科學學習活動中融合STEM技術(shù)，能讓科學學習活動在同學們的動手過程中變得更加形象和生動，同學們在動手的過程中，能結(jié)合感性經(jīng)驗強化豐富的理解體驗，而科學理論的指導作用，能夠帶給同學們學習中的無限成就和滿足，在充滿挑戰(zhàn)性和趣味性的STEM活動實踐中，能夠有效鞏固和拓展學生的學習效果，實現(xiàn)學生情感態(tài)度價值觀的發(fā)展和延伸。STEM理念的支持和引領(lǐng)，讓科學活動更加生動有趣，實現(xiàn)了高效科學課堂的有效構(gòu)建。