STEAM理念下小學(xué)中段科學(xué)探究活動(dòng)設(shè)計(jì)

管淑琦 曾垂劍 馬明宇 彭麗

摘要：我國的課堂教學(xué)體系長(zhǎng)期以分科教學(xué)為主：學(xué)科科目過多、學(xué)科之間聯(lián)系較少，缺乏有效整合。從學(xué)生的表現(xiàn)上看，主要體現(xiàn)：綜合實(shí)踐能力較弱、自主探究能力較弱、科學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣不規(guī)范等等。為改變當(dāng)前的教育現(xiàn)狀，我國的教育學(xué)者把目光放到提倡跨學(xué)科的STEAM教育理念上。引導(dǎo)學(xué)生在具體情境中發(fā)現(xiàn)問題，采用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ǎY(jié)合以學(xué)的學(xué)科知識(shí)和基本技能，一步步探尋問題答案。目前，許多教育大國已經(jīng)把STEAM理念融入自身的教學(xué)體系中，而我國對(duì)此的研究和實(shí)踐仍處于較低水平、接受過相關(guān)專業(yè)培訓(xùn)的教師缺乏，鮮有優(yōu)秀的教學(xué)案例出現(xiàn)。如何把STEAM理念運(yùn)用到實(shí)際的教學(xué)過程當(dāng)中，走出一條適合STEAM發(fā)展的道路，促成學(xué)生的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：STEAM理念;小學(xué)科學(xué);探究活動(dòng)

一、緒論

（一）研究背景

1.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)

教育部于2017年發(fā)布了新修訂的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中倡導(dǎo)“多以探究式學(xué)習(xí)為主的多樣化學(xué)習(xí)，突出創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供更多自主選擇的學(xué)習(xí)空間和充分的探究式學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)”，這與STEAM理念的總體方向不謀而合。

在做中學(xué)和學(xué)中思的理念指導(dǎo)下，政府出臺(tái)了一系列文件，幫扶STEAM理念在我國的發(fā)展。如《中國教育現(xiàn)代化2035》中提到：“要強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐，加強(qiáng)動(dòng)手能力、合作能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”;教育部在《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》強(qiáng)調(diào)：“應(yīng)有效利用信息技術(shù)推進(jìn)“眾創(chuàng)空間”建設(shè)，探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式在我國的發(fā)展之路?！?/p>

2.STEAM理念的發(fā)展

STEM課程是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的簡(jiǎn)稱[1]，是一門指向真實(shí)世界問題解決的多學(xué)科融合的綜合性課程[1]。

隨著課程改革的不斷深入和發(fā)展，在STEM理念的基礎(chǔ)上又加入了A（Arts），A不僅僅代表藝術(shù)，更是促進(jìn)多學(xué)科融合的一種有效手段。在STEM理念的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的STEAM理念為小學(xué)科學(xué)課程提供了理論指導(dǎo)，小學(xué)科學(xué)課程探究式、項(xiàng)目式的開展方式為STEAM教育也在小學(xué)的實(shí)施提供了合適的載體[3]。

（二）研究目的

我國小學(xué)中段學(xué)生主要表現(xiàn)為綜合素質(zhì)能力不強(qiáng)、探究意識(shí)較弱，若將STEAM理念運(yùn)用到中段小學(xué)科學(xué)課程當(dāng)中，能促進(jìn)知識(shí)跨學(xué)科融合、學(xué)生綜合素質(zhì)發(fā)展。但我國對(duì)STEAM理念的研究相對(duì)來說起步較晚，政府上缺乏綱領(lǐng)性文件指導(dǎo)，專業(yè)人才匱乏，鮮有優(yōu)秀課例出現(xiàn)。

（三）研究意義

長(zhǎng)期以來，我國的課程體系都以分科教學(xué)為主，以灌輸式為主的教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生綜合實(shí)踐能力較弱，自主探究能力不足，學(xué)科科目過多、學(xué)科之間缺乏有效整合的現(xiàn)象較為嚴(yán)重[2]。而誕生于美國的STEAM理念倡導(dǎo)的是多學(xué)科融合的模式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、綜合運(yùn)用能力，有望改善我國當(dāng)前的教育現(xiàn)況。但是現(xiàn)階段我國對(duì)STEAM理念的研究應(yīng)用還不夠深入，實(shí)踐探索方面仍不夠成熟，需要我國的教育學(xué)者們不斷地探索與嘗試。

中段學(xué)生處于各項(xiàng)能力發(fā)展的關(guān)鍵期，注意力穩(wěn)定性增強(qiáng)，由無意識(shí)記逐漸向有意識(shí)記轉(zhuǎn)變，由形象思維逐漸向抽象思維。在科學(xué)探究方面，科學(xué)教學(xué)以觀察類實(shí)驗(yàn)為主，認(rèn)識(shí)局限于事物表面，很少能抓住本質(zhì)，自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^差，實(shí)踐經(jīng)歷較少，在這樣的教育環(huán)境下，學(xué)生的綜合能力很難得到發(fā)展。

（四）研究?jī)?nèi)容

在本研究中，筆者對(duì)STEAM理念的起源與發(fā)展、國內(nèi)外STEAM理念在國內(nèi)外的現(xiàn)況進(jìn)行了梳理，通過自己的歸納，嘗試總結(jié)出個(gè)人對(duì)STEAM理念的理解，并針對(duì)小學(xué)中段學(xué)生的學(xué)情和身心特點(diǎn)以及我國小學(xué)科學(xué)課程的現(xiàn)有體系和模式進(jìn)行整改，促進(jìn)“驗(yàn)證性活動(dòng)”的自然課程向“探究性活動(dòng)”的科學(xué)課程發(fā)展。取消對(duì)教師演示、學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)格程序，教材規(guī)定的實(shí)驗(yàn)工具和方法，而是提倡學(xué)生通過自己的感官對(duì)自然界事物進(jìn)行接觸，形成獨(dú)有的認(rèn)知[3]。

（五）研究方法

1.文獻(xiàn)研究法

文獻(xiàn)法是按照一定的研究方向和目的，對(duì)相關(guān)的文獻(xiàn)資料進(jìn)行搜索、閱讀、梳理、鑒別，最后歸納、整理，為后續(xù)的研究起到參考作用。筆者通過中國知網(wǎng)以及教育部官網(wǎng)等平臺(tái)，整理出了STEAM理念、小學(xué)中段科學(xué)課堂現(xiàn)況以及科學(xué)探究活動(dòng)設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，為我國基于STEAM理念設(shè)計(jì)小學(xué)中段科學(xué)探究活動(dòng)奠定基礎(chǔ)。

2.訪談法

訪談法是與研究對(duì)象進(jìn)行口頭交談來收集有關(guān)的信息資料的方法，研究性交談。本研究中通過電話訪談的形式對(duì)小學(xué)中段的學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)了解程度訪談，在完成了“明確訪談目的、形式、對(duì)象、時(shí)間與地點(diǎn)”等一系列前期工作的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生從科學(xué)學(xué)習(xí)、學(xué)生探究、學(xué)習(xí)環(huán)境、科學(xué)品質(zhì)等多個(gè)方面進(jìn)行訪談，并對(duì)訪談結(jié)果做了分析與總結(jié)。

二、STEAM研究現(xiàn)況

（一）國外STEAM教育理念發(fā)展現(xiàn)狀

1.美國的STEAM教育

1957年11月，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星，美國朝野振動(dòng)。隨即美國國內(nèi)掀起了大規(guī)模的反思潮流，青少年的自然科學(xué)、數(shù)學(xué)、現(xiàn)代外語教育及科技訓(xùn)練逐漸受到人們的重視[4]。不少美國教育學(xué)者、哲學(xué)家紛紛組織開展改革運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了STEM理念在美國得到初步發(fā)展。奧巴馬上臺(tái)后，美國的STEM教育進(jìn)入了平穩(wěn)發(fā)展階段[5]，優(yōu)STEM課程與教學(xué)活動(dòng)案例紛紛涌現(xiàn)。

2.德國的STEAM教育

德國的STEAM教育又稱MINT，即數(shù)學(xué)、信息學(xué)、自然科學(xué)和技術(shù)。德國政府報(bào)告中提出“需要用MINT教育彌補(bǔ)高端勞動(dòng)力缺乏的缺陷”[6]的觀點(diǎn)。認(rèn)為專業(yè)技術(shù)人才的創(chuàng)造力是解決當(dāng)前科技發(fā)展中遇到的關(guān)鍵問題以及迎接未來挑戰(zhàn)的核心[7]。

3.小結(jié)

綜上所示，STEAM起源于美國，發(fā)展與全球[8]。但各國對(duì)于在探索和引進(jìn)STEAM教育的過程中，都有各自不同的側(cè)重點(diǎn)，也都根據(jù)自身國情進(jìn)行了內(nèi)化，并得到了一定的發(fā)展。

（二）我國STEAM教育理念發(fā)展現(xiàn)狀

我國對(duì)于STEAM教育的研究，主要包含STEAM教育的戰(zhàn)略部署和關(guān)于STEAM教育報(bào)告的述評(píng)，以及世界各國的STEAM教育比較研究等等[13]，主要集中于對(duì)理念的引進(jìn)介紹和初步實(shí)踐，研究和應(yīng)用仍不夠深入，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.STEAM理念專業(yè)培訓(xùn)不足

分科教學(xué)一直是我國中小學(xué)課程與教學(xué)的主流，很難要求轉(zhuǎn)變觀念教師們主張多學(xué)科的教育理念并加以設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)，并完成相應(yīng)的課程開發(fā)與實(shí)施[9]。如果無法真正理解STEAM教育在學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)培養(yǎng)中的促進(jìn)作用，也無法與國家必修課程融合拓展，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)類課程的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力。

2.我國對(duì)STEAM的研究不夠深入

本土開發(fā)的STEAM課程尚未成熟，鮮有優(yōu)秀的課例出現(xiàn)。很大程度上與我國的師資水平有關(guān)系。現(xiàn)階段我國嚴(yán)重缺乏接受過STEAM理念培養(yǎng)的的專業(yè)教師，學(xué)校組織現(xiàn)有一線教師參與相關(guān)的培訓(xùn)較少，政府對(duì)這此的重視度不足。

3.STEAM 課程開發(fā)能力不足

國內(nèi)目前開發(fā)的STEAM課程雖多不精，且課程之間的連續(xù)較少，課程體系尚未完善。部分由美國引入的優(yōu)秀課程未必能在我國得到良好的發(fā)展。

4.缺乏綱領(lǐng)性文件指導(dǎo)

我國目前與STEAM相關(guān)的政策非常有限，相關(guān)法律基本空白。如果沒有綱領(lǐng)性的文件作為指導(dǎo)，健康、有序的教育制度環(huán)境很難形成。

5.小結(jié)

與其他國家相比，我國在STEAM教育方面的發(fā)展相對(duì)緩慢，政府的導(dǎo)向型不夠明確、專業(yè)的研究人員匱乏、優(yōu)秀的STEAM課例較少。

三、科學(xué)探究活動(dòng)研究現(xiàn)況

（一）國外科學(xué)探究活動(dòng)發(fā)展現(xiàn)況

自20世紀(jì)60年代開始，國外科學(xué)教育研究者不斷對(duì)探究式教學(xué)的相關(guān)理論和實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行分析研究[10]。美國于1996年頒布的《國家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》要求加大探究式學(xué)習(xí)的力度;1999年日本在《學(xué)習(xí)指導(dǎo)要領(lǐng)中》增加了“綜合學(xué)習(xí)”單元。另外，Elton Szeto基于探究式教學(xué)理念，通過考察發(fā)現(xiàn)教師在同步教學(xué)中扮演引導(dǎo)者的角色，其作用高于學(xué)習(xí)者的自我認(rèn)知和社會(huì)知識(shí)[11]。

（二）我國科學(xué)探究活動(dòng)發(fā)展現(xiàn)況

1980年，蘭本達(dá)出版了《小學(xué)科學(xué)教育的“探究一研討”教學(xué)法》一書，隨后來到中國成立了一個(gè)探究式教學(xué)講習(xí)班，促使探究式教學(xué)開始在國內(nèi)發(fā)展，為后期我國基礎(chǔ)教育的改革奠定了基礎(chǔ)。

現(xiàn)有研究表明，國內(nèi)研究人員對(duì)探究學(xué)習(xí)進(jìn)行的研究較為透徹，且仍在進(jìn)一步深入，教師在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中已意識(shí)到探究的重要性，但對(duì)科學(xué)探究的概念理解還不夠透徹，只浮于形式，缺少深刻的鉆研;教師在探究課程教學(xué)中專業(yè)技能欠缺[12]，大部分教學(xué)計(jì)劃操作性不強(qiáng);科學(xué)探究與原有知識(shí)體系還未做到有效融合[13]。

四、小學(xué)中段學(xué)生科學(xué)探究活動(dòng)設(shè)計(jì)

（一）探究活動(dòng)總體概述

包子是我們生活當(dāng)中常見的面食，主要通過用面將餡包起來的。餡料一般有很多種，有素餡或是肉餡的;制作包子的手法不一。發(fā)面的好壞直接決定了包子的口感。

本活動(dòng)帶領(lǐng)學(xué)生自行探究、設(shè)計(jì)并完成包子的制作。項(xiàng)目主題為“包子DIY”。旨在引導(dǎo)學(xué)生探究發(fā)面的影響因素，感受自主設(shè)計(jì)發(fā)面保溫箱的過程，給予學(xué)生DIY包子的空間。項(xiàng)目共安排6課時(shí)，由“和面秘籍”“發(fā)酵保溫箱”“包子市集”三個(gè)項(xiàng)目組成。

（二）探究活動(dòng)的目標(biāo)確定

中段學(xué)生的對(duì)身邊的科學(xué)現(xiàn)象興趣濃厚，課堂教學(xué)主要以觀察類實(shí)驗(yàn)為主，缺乏實(shí)踐探究的經(jīng)歷，探究方法單一。開展以自主探究、動(dòng)手實(shí)踐、設(shè)計(jì)美化為主要特征的科學(xué)探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力、邏輯思維能力、自主實(shí)踐能力。

在設(shè)計(jì)探究活動(dòng)的過程當(dāng)中，始終注重學(xué)生科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）五個(gè)方面的發(fā)展。

1.科學(xué)方面

了解面粉具有吸水性、探究和面的最佳食材比例;理解酵母菌可以發(fā)酵并促使淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟呛投趸嫉倪^程，探究酵母菌發(fā)酵的最佳發(fā)酵溫度。

2.技術(shù)方面

掌握和面的動(dòng)作要領(lǐng)，將面粉、水、酵母和白糖均勻混合，直至揉成光滑面團(tuán);對(duì)比不同的保溫材料，選擇制作發(fā)酵保溫箱的最佳材料，并領(lǐng)悟材料的保溫原理。

3.工程方面

采用合作形式揉面，將酵母液少量多次的加入到面粉當(dāng)中，并不斷地?cái)嚢柚敝寥喑梢粋€(gè)光滑面團(tuán);進(jìn)行簡(jiǎn)單的材料加工，完成保溫箱的整體制作、功能調(diào)試;制作完之后，向身邊的老師同學(xué)進(jìn)行銷售，換取豐厚的報(bào)酬。

4.藝術(shù)方面

在不影響保溫效果的情況下，能將保溫箱外形進(jìn)行美化加工;使用不同顏色的面團(tuán)進(jìn)行裝飾點(diǎn)綴，設(shè)計(jì)出好看又新穎的包子，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造美和感受美的能力。

5.數(shù)學(xué)方面

學(xué)會(huì)使用食物稱稱量食材;通過體溫計(jì)來控制溫度的范圍;估量一個(gè)包子所需的面團(tuán)的合適大小以及餡料用量。

（三）探究活動(dòng)的流程設(shè)計(jì)

探究活動(dòng)的進(jìn)行被大體分為了三個(gè)部分，且每個(gè)部分都有設(shè)計(jì)完整步驟。以制作精美包子為最終目標(biāo)，按照包子的加工順序?qū)⒒顒?dòng)串聯(lián)，不斷發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行探究，分析比較找到最佳方案。

1.情境導(dǎo)入

用生活中常見的包子作為導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生說出原有對(duì)包子的認(rèn)知，再出示和面不成功、發(fā)面不成功的現(xiàn)象來矛盾沖突，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的興趣。

2.發(fā)現(xiàn)問題

通過一些不成功的案例當(dāng)中引發(fā)思考，讓學(xué)生提出問題，并針對(duì)問題進(jìn)行研究。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料的習(xí)慣，在了解了相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)之上在進(jìn)行探究，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

3.科學(xué)探究

利用小組合作、控制變量的方法，圍繞“怎么樣的配比和面最合適？”“什么環(huán)境發(fā)酵效果最好？”“如何設(shè)計(jì)一款獨(dú)一無二的包子？”進(jìn)行探究。在探究過程中，學(xué)生能養(yǎng)成良好的科學(xué)習(xí)慣、使用正確的科學(xué)語言表達(dá)、做到像科學(xué)家一樣思考，向工程師一樣解決問題。

4.結(jié)果分析

教師按照一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)生的行為做出反饋和評(píng)價(jià)，及時(shí)糾正學(xué)生的不規(guī)范行為，確保下一項(xiàng)活動(dòng)的有序進(jìn)行。教師應(yīng)組織形式多樣的學(xué)生成果展示，既是對(duì)學(xué)生勞動(dòng)成果的肯定，又能促進(jìn)相互之間的共同交流，相互借鑒，相互學(xué)習(xí)。

五、小結(jié)

在科教興國的教育背景下，我國的科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，同時(shí)教育理念也在不斷變革。小學(xué)的科學(xué)素質(zhì)教育承擔(dān)著國家科教興國發(fā)展的重任，將STEAM理念融入小學(xué)科學(xué)課程體系也是改革的核心內(nèi)容。我們應(yīng)當(dāng)大膽嘗試，結(jié)合當(dāng)前小學(xué)科學(xué)課程的特點(diǎn)，倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，不斷提高學(xué)生的科學(xué)綜合素養(yǎng)。

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本文系2021年國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（同頻日語——農(nóng)村國際化教育彎道超車，項(xiàng)目編號(hào)：202111488043S）研究成果。