論基于STEM的小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究

劉浪

摘要：小學(xué)科學(xué)教師如果能夠?qū)TEM的理念應(yīng)用到科學(xué)課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，不僅能夠提升學(xué)生的跨學(xué)科思維，還能夠提升學(xué)生解決問題和分析問題的能力，有效推動(dòng)了課程的整合發(fā)展。本文以小學(xué)五年級(jí)科學(xué)教學(xué)《太陽能熱水器》作為案例，詳細(xì)分析了STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)的方法，期待本次研究能為小學(xué)生的綜合成長，小學(xué)科學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提升提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：基于STEM;小學(xué)科學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì)

引言：在當(dāng)下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)當(dāng)中，逐漸涌現(xiàn)出越來越多的問題。為了有效解決教學(xué)當(dāng)中存在的問題，小學(xué)科學(xué)教師勢(shì)必要進(jìn)行課程設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新和改良。而STEM教育理念主要是通過整合多領(lǐng)域知識(shí)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。小學(xué)科學(xué)教師可以嘗試將STEM教育理念融入于小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)當(dāng)中。本文主要針對(duì)STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)方法展開探究，詳情如下。

一、STEM教育的內(nèi)涵

小學(xué)科學(xué)教師首先得厘清三個(gè)問題：什么是STEM教育？STEM教育與現(xiàn)有的課程有什么關(guān)系？有一部分教師明白，其實(shí)STEM指的就是科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程這四門學(xué)科。

（一）科學(xué)

科學(xué)主要包含與自然界相關(guān)的問題，以經(jīng)過實(shí)證的解釋來給出合理答案，可以反映出自然與社會(huì)中客觀存在的規(guī)律系統(tǒng)[1]。

（二）技術(shù)

技術(shù)其實(shí)就是解決問題所有工具與方法的統(tǒng)稱。有經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)教師會(huì)知道，原來在自然科學(xué)的教學(xué)里面很注重技術(shù)設(shè)計(jì)，或者是技術(shù)制作。

（三）數(shù)學(xué)

數(shù)學(xué)是一門用來探究空間形式和數(shù)量關(guān)系的學(xué)科，可以說數(shù)學(xué)就是一種可以用來分析的工具。

（四）四門學(xué)科之間的關(guān)系

科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程之間具有相關(guān)性，技術(shù)應(yīng)用于工程，數(shù)學(xué)應(yīng)用于科學(xué)，科學(xué)發(fā)展是得益于技術(shù)工程的發(fā)展。工程主要是培養(yǎng)創(chuàng)造力，要面向造物世界，要設(shè)計(jì)搭建模型和構(gòu)建系統(tǒng)?？茖W(xué)是應(yīng)用科學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)周圍世界的規(guī)律。

二、小學(xué)科學(xué)教材中的STEM課程體系設(shè)計(jì)

（一）STEM課程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 源自身邊的工程與技術(shù)問題

源自身邊的工程與技術(shù)問題，突出STEM課程的特征。下圖是一到六年級(jí)的STEM單元，這些內(nèi)容都是源自于學(xué)生身邊的工程與技術(shù)問題，有一些問題是前文單元涉及到的問題，到這個(gè)單元進(jìn)行STEM的探討。我們?cè)诮滩睦锩鎸?shí)現(xiàn)STEM單元設(shè)計(jì)，真正有課時(shí)保障的落實(shí)到課堂教學(xué)里面，可以說是標(biāo)志著STEM教育進(jìn)入常態(tài)的課程和教學(xué)。

2.實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究向STEM的轉(zhuǎn)變

教師在教學(xué)過程中要將遇到的問題積極轉(zhuǎn)變?yōu)镾TEM問題，在解決問題的時(shí)候也會(huì)涉及到科學(xué)原理，因此從工程和技術(shù)的方向展開設(shè)計(jì)才能更輕松地實(shí)現(xiàn)科學(xué)、工程與技術(shù)的同步發(fā)展。

3.突出STEM課程的特點(diǎn)

在設(shè)計(jì)單元的時(shí)候要思考依據(jù)前面的STEM課程特征六點(diǎn)，要思考每個(gè)單元課程設(shè)計(jì)。

（二）STEM課程設(shè)計(jì)案例

首先教師需要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)源自身邊的情境，提出問題設(shè)計(jì)要求，給學(xué)生補(bǔ)充學(xué)生背景經(jīng)驗(yàn)，最后進(jìn)行問題解決或工程設(shè)計(jì)。比如五年級(jí)上課本《太陽能熱水器》，第一單元是熱傳遞，認(rèn)識(shí)熱對(duì)流。第三單元是光，光沿直線傳播，太陽光由不同顏色組成，布頭顏色、材料吸收和反射光的能力不同，設(shè)計(jì)太陽能熱水器知道選擇黑色還是白色，還有光反射，這是給學(xué)生STEM課程學(xué)習(xí)的時(shí)候提前鋪墊的背景經(jīng)驗(yàn)。第五單元是認(rèn)識(shí)太陽能熱水器，要認(rèn)識(shí)太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)，比如有集熱，有角度架、儲(chǔ)水箱、反射板，太陽能熱水器的原理是黑色吸熱能力最強(qiáng)、熱對(duì)流、反射光能集中太陽能，有了這些經(jīng)驗(yàn)就開始制作簡易太陽能熱水器，首先要設(shè)計(jì)，然后制作，最后是改進(jìn)與交流。

在太陽能設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中，主要包含以下步驟：

1.回顧太陽能結(jié)構(gòu)和原理

首先教師要帶領(lǐng)學(xué)生回顧太陽能的結(jié)構(gòu)和原理，同時(shí)還要鼓勵(lì)學(xué)生通過討論來確定出太陽能熱水器的設(shè)計(jì)方案，這時(shí)候教師提供材料，學(xué)生開始設(shè)計(jì)。

回顧太陽能熱水器結(jié)構(gòu)和工作原理的時(shí)候，給一個(gè)太陽能熱水器簡單剖面圖，熱水箱在上面，集熱管是黑色，有一個(gè)傾角。里面會(huì)有熱水、冷水熱對(duì)流。

然后要了解工程項(xiàng)目，設(shè)計(jì)一個(gè)情境，如非洲醫(yī)療隊(duì)地方?jīng)]有熱水。每個(gè)小組設(shè)計(jì)一個(gè)能在15分鐘內(nèi)能讓200ml的水升溫的簡易熱水器。

2.討論確定方案

接下來討論簡易太陽能熱水器的方案，設(shè)想可能利用哪些材料可以制作太陽能熱水器。這樣在此基礎(chǔ)上逛各種“材料超市”，了解各種材料的價(jià)格，進(jìn)行成本核算，初步選定設(shè)計(jì)方案[2]。

3.完成設(shè)計(jì)方案

最后完成簡易太陽能熱水器的設(shè)計(jì)方案，列出需要材料種類、數(shù)量、架構(gòu)、工具，繪制太陽能熱水器設(shè)計(jì)圖，簡單評(píng)估本組設(shè)計(jì)的可行性，預(yù)測(cè)加熱效果。

4.評(píng)價(jià)量表

在單元后會(huì)給一個(gè)回顧單，也是一個(gè)單元評(píng)價(jià)?；仡檰蔚男纬墒怯幸罁?jù)的，教師們?nèi)绻麑W(xué)過科技學(xué)堂里關(guān)于STEM案例教學(xué)，會(huì)熟悉這個(gè)撰寫工程建議，有四個(gè)角度，設(shè)計(jì)、預(yù)算、檢驗(yàn)與數(shù)據(jù)、綜合陳述。

三、結(jié)束語

綜上所述，本文探究了基于STEM教育的小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過此次研究發(fā)現(xiàn)，以STEM教育為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)能夠有效促進(jìn)小學(xué)生綜合能力成長，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋怡，祁宇，馬宏佳. 小學(xué)科學(xué)教師視角下的STEM教學(xué)特征——基于扎根理論的質(zhì)性研究[J]. 基礎(chǔ)教育，2020，17（5）： 22-33.

[2]蘇聰.基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究--以科教版《形狀與結(jié)構(gòu)》單元為例[D].湖北：華中科技大學(xué)，2019.