小學(xué)科學(xué)課程STEM教學(xué)設(shè)計(jì)策略例談

歐文龍（甘肅省莊浪縣北城九年制學(xué)校）

STEM 教育將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科整合在一起，在STEM 教育發(fā)展初期，其被定義為“跨學(xué)科的應(yīng)用型教學(xué)方法”。配合不同的教學(xué)板塊，學(xué)生能夠在認(rèn)知科學(xué)知識(shí)的同時(shí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，讓學(xué)生在科學(xué)課程上形成自主探究、總結(jié)歸納的良好素質(zhì)。

一、圍繞科學(xué)落實(shí)STEM 教育，回歸育人本質(zhì)

相比傳統(tǒng)的教學(xué)方式，STEM 教育不僅關(guān)注學(xué)生的課業(yè)成績(jī)，而且其教育重心更偏向于學(xué)生的綜合發(fā)展。傳統(tǒng)教育如同一架天平，將學(xué)生與教師擺放在天平的兩端，而重心則偏向于教師。在小學(xué)科學(xué)課堂上，STEM 教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生獲取知識(shí)并加以利用的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)獲取相應(yīng)能力的增長(zhǎng)，將書面知識(shí)具體化，變成可活用的現(xiàn)實(shí)工具。教師要抓住小學(xué)科學(xué)課程科學(xué)性、綜合性的特點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，以“科學(xué)”為出發(fā)點(diǎn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在選擇教學(xué)素材的過(guò)程中，教師可以考慮從現(xiàn)實(shí)生活入手，圍繞生活中的科學(xué)現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

例如，在教學(xué)教科版《義務(wù)教育教科書·科學(xué)》（以下統(tǒng)稱“教材”）三年級(jí)上冊(cè)“冰融化了”這節(jié)課時(shí)，教師可以向?qū)W生提出探究問(wèn)題：寒冷的冬天水會(huì)結(jié)成冰，當(dāng)太陽(yáng)出來(lái)的時(shí)候，冰又會(huì)慢慢融化成水，冰的融化受到哪些因素的影響？“冰融化了”這一現(xiàn)象極為常見(jiàn)，能夠有效激發(fā)學(xué)生的探究熱情，使其針對(duì)“冰在什么情況下會(huì)融化”這一話題開展探究活動(dòng)。有的學(xué)生認(rèn)為，冰放在陽(yáng)光下就會(huì)融化，所以冰的融化與陽(yáng)光有關(guān)。還有的學(xué)生認(rèn)為，冬天寒風(fēng)呼嘯，即使有陽(yáng)光冰也沒(méi)有融化，冰的融化應(yīng)與溫度有關(guān)。學(xué)生結(jié)合生活現(xiàn)象開展探究活動(dòng)，教師設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)備溫度計(jì)、冰塊、酒精燈等材料，觀察冰融化的最低溫度，思考陽(yáng)光和溫度哪一個(gè)是導(dǎo)致冰融化的主要條件。借助科學(xué)原理激發(fā)學(xué)生的探究興趣，讓學(xué)生在探究的過(guò)程中了解科學(xué)知識(shí)，主動(dòng)完成認(rèn)知、實(shí)踐等任務(wù)。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，借由對(duì)變量的調(diào)整來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：溫度是影響冰塊融化的主要因素，冬日里陽(yáng)光下的冰不會(huì)融化，是因?yàn)闇囟葲](méi)有達(dá)到熔點(diǎn)。在STEM教育理念下，小學(xué)科學(xué)教育不能只從授課上進(jìn)行考慮，還要積極開發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，實(shí)現(xiàn)綜合化教學(xué)。

二、配合技術(shù)落實(shí)STEM 教育，提高教學(xué)效率

小學(xué)生由于其心理和生理的發(fā)育還不成熟，理解能力也略有欠缺。對(duì)于深層次的知識(shí)不能很好地接受、理解，抽象的理論知識(shí)也難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教育難度相對(duì)較大。因此，教師可以基于學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)重新設(shè)計(jì)教學(xué)方案，借由現(xiàn)代教育技術(shù)組織教學(xué)，為學(xué)生創(chuàng)造更為直觀的學(xué)習(xí)環(huán)境，將學(xué)生的注意力吸引到課堂教學(xué)活動(dòng)中，鼓勵(lì)學(xué)生觀察、學(xué)習(xí)、思考。教師要選擇多元化的教學(xué)方式與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，結(jié)合STEM 教育，以技術(shù)為切入點(diǎn)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和學(xué)習(xí)能力。

例如，在教學(xué)教材四年級(jí)下冊(cè)“導(dǎo)體和絕緣體”這節(jié)課時(shí)，教師要幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)導(dǎo)體和絕緣體的概念，正確掌握科學(xué)知識(shí)。在開展教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程中，教師可以基于STEM 教育中的“技術(shù)”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)備小燈泡、銅導(dǎo)線、橡膠線等材料進(jìn)行通電實(shí)驗(yàn)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，銅導(dǎo)線與電源連接之后小燈泡亮起，但是將銅導(dǎo)線換成橡膠線則不能使小燈泡發(fā)亮?；谶@一現(xiàn)象，學(xué)生認(rèn)識(shí)到了物體的導(dǎo)電性和絕緣性特點(diǎn)。在隨后的教學(xué)活動(dòng)中，教師則可以應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)展示各種生活現(xiàn)象：電工穿橡膠靴子、戴橡膠手套進(jìn)行維修工作；閘門上多設(shè)計(jì)橡膠圈包裹開關(guān)位置。教師展示過(guò)后，學(xué)生將所掌握的科學(xué)知識(shí)應(yīng)用起來(lái)。在現(xiàn)代教育技術(shù)的支撐下，教師將教學(xué)過(guò)程記錄下來(lái)，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合現(xiàn)代信息化平臺(tái)搜集科學(xué)知識(shí)，了解有關(guān)科學(xué)概念。用“技術(shù)”發(fā)起教學(xué)，落實(shí)自學(xué)，有助于學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

三、針對(duì)工程開展STEM 教育，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)育人

STEM 教育中的“工程”要求學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)，除了鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，更要綜合訓(xùn)練學(xué)生的理解能力、思維能力和實(shí)踐能力。教師要嘗試應(yīng)用系統(tǒng)性、層次性更強(qiáng)的教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生在接觸理論知識(shí)的同時(shí)展開自主探索，挖掘科學(xué)知識(shí)。在開展科學(xué)教學(xué)的過(guò)程中，教師要設(shè)計(jì)成熟化、系統(tǒng)化的育人指導(dǎo)模式，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的管理教育，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。教師可以以“工程”為出發(fā)點(diǎn)，以自主探究、自主學(xué)習(xí)為基本要求，逐步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

例如，在教學(xué)教材五年級(jí)下冊(cè)“設(shè)計(jì)我們的小船”這節(jié)課時(shí)，教師便可以針對(duì)“工程”開展STEM教育，完成教學(xué)指導(dǎo)任務(wù)——學(xué)生需要利用橡皮泥制作小船，對(duì)密度、浮力等關(guān)鍵知識(shí)進(jìn)行探究。但是，橡皮泥的密度和重量過(guò)大，很難浮在水面上，如何設(shè)計(jì)小船成了首先要解決的問(wèn)題。結(jié)合鐵片與鐵塊、木塊與鐵塊等材料，學(xué)生做出假設(shè)：要讓小船浮在水面上，可以從兩個(gè)角度進(jìn)行考慮，即物體的面積足夠大，物體的重量足夠小。橡皮泥的重量是固定的，但可以通過(guò)改變橡皮泥的面積的方式來(lái)制作小船，保障小船能夠浮在水面上。借由思考、實(shí)踐等環(huán)節(jié)的配合，讓學(xué)生重新掌握科學(xué)知識(shí)。STEM 教育理念下的“工程”將教育活動(dòng)定義為一個(gè)系統(tǒng)、綜合的過(guò)程，更加重視學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。因此，教師要鼓勵(lì)學(xué)生多角度探究、多角度思考，提高科學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

四、利用數(shù)學(xué)落實(shí)STEM 教育，探究理性科學(xué)

數(shù)學(xué)下的科學(xué)教育是激發(fā)學(xué)生理性思維和理性認(rèn)知的教育過(guò)程，其將科學(xué)課程中的數(shù)學(xué)知識(shí)提取出來(lái)，以數(shù)學(xué)問(wèn)題為跳板，開發(fā)學(xué)生的理性思維。數(shù)學(xué)下的科學(xué)教學(xué)不一定完全圍繞著數(shù)學(xué)課程展開，但是借助多元數(shù)學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)概念的配合，學(xué)生同樣能夠得到分析數(shù)學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從而形成科學(xué)意識(shí)。由此可見(jiàn)，圍繞數(shù)學(xué)知識(shí)發(fā)起授課，整合科學(xué)課程的教學(xué)任務(wù)，有助于學(xué)生形成理性思維。

例如，在教學(xué)教材六年級(jí)下冊(cè)“一天的垃圾”這節(jié)課時(shí)，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生利用所掌握的數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)家中一天所產(chǎn)生的垃圾重量進(jìn)行調(diào)查：使用千克、克等基本質(zhì)量單位統(tǒng)計(jì)垃圾的重量，然后借由表格對(duì)垃圾進(jìn)行分類。統(tǒng)計(jì)結(jié)束后，對(duì)可回收垃圾、不可回收垃圾分別進(jìn)行記錄，完成“我家一天的垃圾統(tǒng)計(jì)”的探究，并深入思考垃圾的來(lái)源及應(yīng)該如何處理垃圾。用數(shù)學(xué)方法解答科學(xué)問(wèn)題，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)能力。STEM 教育是以自由、高效為特點(diǎn)的教育指導(dǎo)活動(dòng)，在育人工作中，教師可以嘗試將“數(shù)學(xué)”的探索權(quán)交給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題、搜集答案，培養(yǎng)學(xué)生的求知欲。教師要為學(xué)生提供自由發(fā)揮的空間，借由多種方式整合數(shù)學(xué)知識(shí)，從而逐步提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，STEM 教育將多元素整合帶入教學(xué)活動(dòng)中，幫助教師重新設(shè)計(jì)教學(xué)方案。在改變傳統(tǒng)教學(xué)模式的同時(shí)，STEM 教育擺脫了“灌輸式”教學(xué)的短板，將學(xué)生作為教育的主體和決定者，重新定義教學(xué)活動(dòng)的前進(jìn)方向。在小學(xué)科學(xué)課程中開展STEM 教育，在幫助學(xué)生吸收課程知識(shí)的同時(shí)，更有利于學(xué)生個(gè)性思維和創(chuàng)新思維的發(fā)展，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。