立足“兒童視角”開發(fā)鄉(xiāng)村小學(xué)STEM科學(xué)課程

李鳳

摘 要：在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，建構(gòu)、創(chuàng)造STEM課程，能有效地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)力。立足于“兒童視角”，開發(fā)鄉(xiāng)村小學(xué)STEM課程，要從“無設(shè)計”轉(zhuǎn)向“再設(shè)計”、從“粗設(shè)計”走向“精設(shè)計”、從“約設(shè)計”到“越設(shè)計”。著眼于鄉(xiāng)村小學(xué)實際，用心開發(fā)STEM科學(xué)課程，能提升學(xué)生的科學(xué)思維力、探究力和實踐力，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)、綜合素養(yǎng)等。

關(guān)鍵詞：小學(xué)科學(xué);兒童視角;STEM課程;課程開發(fā);鄉(xiāng)村小學(xué)

所謂“STEM課程”，是指“融合了Science （科學(xué)）、Technology （技術(shù)）、Engineering （工程）和Mathematics （數(shù)學(xué)）四門學(xué)科元素、基因等在內(nèi)的一種綜合性、實踐性課程”。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，建構(gòu)、創(chuàng)造STEM課程，能有效地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培育學(xué)生合作精神，增強學(xué)生的問題分析、解決能力。作為教師，筆者在實踐中立足于“兒童視角”，著眼于鄉(xiāng)村小學(xué)實際，用心開發(fā)STEM科學(xué)課程。通過課程開發(fā)，提升學(xué)生的科學(xué)思維力、探究力和實踐力，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)、綜合素養(yǎng)等。

一、聚焦學(xué)生興趣，從“無設(shè)計”到“再設(shè)計”

科學(xué)教材中的相關(guān)內(nèi)容，往往是比較單一的。為了開發(fā)具有綜合性的STEM課程，教師應(yīng)著眼于學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，讓科學(xué)課程開發(fā)從“無設(shè)計”走向“有設(shè)計”。在教學(xué)設(shè)計的過程中，教師應(yīng)遵循技術(shù)領(lǐng)域的思想、工程領(lǐng)域的思想，著力引導(dǎo)學(xué)生“像科學(xué)家一樣思考”“像技術(shù)員一樣設(shè)計”“像工程員一樣實踐”，努力培育學(xué)生的STEM意識，提升學(xué)生的STEM能力，提升學(xué)生的STEM品質(zhì)。

為了深化學(xué)生的STEM學(xué)習(xí)，開辟、拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)時空，賦予學(xué)生學(xué)習(xí)權(quán)力，讓學(xué)生想研究、敢研究、善研究、樂研究，可以將“再設(shè)計”“再創(chuàng)造”思想融入其中，引導(dǎo)學(xué)生用“迭代”思維方式去思考、探究、實踐。以“做一個電動機”的教學(xué)為例，在STEM實踐活動開展之前，首先讓學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)的科學(xué)知識，了解電磁相互作用的原理。其中主要是讓學(xué)生了解“電磁鐵的磁力”，包括磁力的大小、方向等方面的知識。在這個過程中，學(xué)生自主完成了“線圈”的制造，為制造“小電動機”奠定了堅實的基礎(chǔ)。在實踐活動之前，讓學(xué)生帶來現(xiàn)成的小電動機，引導(dǎo)學(xué)生認真研究了磁鐵、轉(zhuǎn)子（包括鐵芯、線圈、換向器）、電刷等的作用。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生動手實踐，用漆包線繞成了一個線圈，然后將線圈和相關(guān)的支架、磁鐵、電池等組合起來，創(chuàng)造了一個“電動機”。在這樣的STEM科學(xué)實踐中，學(xué)生不是被動地、膚淺地操作，而是積極地動手做。STEM科學(xué)課程開發(fā)，不僅將科學(xué)知識融合起來，更讓科學(xué)與技術(shù)、工程技術(shù)嫁接，從而讓學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)插上了技術(shù)、工程的翅膀。STEM工程項目帶給學(xué)生不斷的驚喜、樂趣，不斷提升學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)品質(zhì)、品味，讓學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)不斷進階。

從“無設(shè)計”到“有設(shè)計”，就是要開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛質(zhì)，讓學(xué)生自主設(shè)計、實踐。從“有設(shè)計”到“再設(shè)計”，就是要讓學(xué)生不斷地對成品進行加工。在這個過程中，教師還要引導(dǎo)學(xué)生融入“返工”意識，就是要不斷地引導(dǎo)學(xué)生對自己的綜合性科學(xué)建構(gòu)與創(chuàng)造進行審視。通過一次次的反思、設(shè)計，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)技術(shù)上的失誤以及不周全等。比如在上述“做一個小電動機”的過程中，有學(xué)生將銅棒插在滑輪上，將漆包線有序地繞在滑輪上，從而不斷增強線圈的性能。在這個過程中，教師有效驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計、制作、評價、再設(shè)計、再制作，從而助推學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)不斷進階。

二、尊重科學(xué)理論，從“粗設(shè)計”走向“精設(shè)計”

STEM科學(xué)學(xué)習(xí)需要科學(xué)理論的支撐。在小學(xué)科學(xué)STEM教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生尊重科學(xué)，理解相關(guān)科學(xué)知識背后的機理，讓學(xué)生對科學(xué)STEM的課程開發(fā)與設(shè)計成為一種自覺。教師可以引導(dǎo)學(xué)生做一些嘗試，做一些測試，并揭示相關(guān)知識背后的規(guī)律、原理等。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)課程設(shè)計、開發(fā)從“粗放”走向“集約”，由“集約”走向“精準(zhǔn)”[1]。

科學(xué)工程中總是蘊含著相關(guān)的科學(xué)知識，科學(xué)工程設(shè)計不是盲目的、碰運氣的。有時看似相同的表象，背后卻有著不同的原因;有時看似不同的表象，背后卻有著相同的機理。比如筆者曾經(jīng)引導(dǎo)學(xué)生“建高塔”，在建造之前，我們讓學(xué)生探究“物體不倒的秘密”，讓學(xué)生認識到“上小下大”“上輕下重”等的科學(xué)概念。在這個過程中，學(xué)生對這些概念的理解是膚淺化的。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”“紙上得來終覺淺，心中悟出始知深”[2]，為了深化學(xué)生對概念的理解，教師可以對學(xué)生“粗設(shè)計”中的一些高塔進行展示，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“粗設(shè)計”中的相關(guān)問題。比如有學(xué)生是用紙來“搭高塔”的，一開始上部分都是一張紙一張紙地疊著，教師此時可啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生“怎樣才能搭成更高的高塔”“怎樣才能真正做到上輕下重”，從而讓學(xué)生對科學(xué)概念的理解不再僅僅停留在知識層面，更要實實在在地落實到實踐之中去。比如有學(xué)生想到了增減紙張的數(shù)量;有學(xué)生想到了改變紙張的形狀;有學(xué)生還想到了用漿糊、膠水等增加紙的厚度，等等。通過教師的追問、學(xué)生的思考、探索，豐富、深化了學(xué)生對“上輕下重”的概念理解。在STEM實踐中，我們還可以相繼引導(dǎo)學(xué)生進行“二度設(shè)計”“三度設(shè)計”等，從而讓學(xué)生對“上輕下重”“上小下大”等的科學(xué)概念形成了更為具體的理解。如有學(xué)生說，“越往上越小、越輕，越往下越大、越重”;有學(xué)生說，“建高塔和做不倒翁的原理是相同的，但比作不倒翁來得更為刺激”，等等。在活動中，學(xué)生自覺地展開了搭高塔的競賽，形成了小組成員之間的競爭與合作。

在科學(xué)教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生了解相關(guān)任務(wù)的科學(xué)原理、工藝結(jié)構(gòu)、發(fā)明歷史等，并引導(dǎo)學(xué)生動手操作，促進學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)的深度達成。面對學(xué)生STEM實踐中的不確定因素，教師應(yīng)當(dāng)有足夠的心理防備，尊重學(xué)生的思維方式，由小到大、由大到小，從細節(jié)、全局等視角來考量。讓學(xué)生從對工程項目設(shè)計走向自主、自由、科學(xué)。

三、啟迪創(chuàng)新突破，從“約設(shè)計”到“越設(shè)計”

創(chuàng)新是科學(xué)STEM設(shè)計的靈魂，也是科學(xué)工程設(shè)計不斷前行的動力。在小學(xué)科學(xué)STEM課程設(shè)計過程中，教師不僅要規(guī)范學(xué)生的操作，更要引導(dǎo)學(xué)生以規(guī)范為準(zhǔn)繩，讓學(xué)生在限定規(guī)則下進行自主性設(shè)計?！凹s設(shè)計”就是一種規(guī)范性的設(shè)計，這樣的設(shè)計能培育學(xué)生的科學(xué)精神、實踐能力。教師可以 在“約設(shè)計”的基礎(chǔ)之上引導(dǎo)學(xué)生進行“越設(shè)計”[3]，也就是引導(dǎo)學(xué)生“創(chuàng)新設(shè)計”，從而突破原有的思維、探究慣習(xí)。

比如“紙飛機”比賽，是小學(xué)生在課間展開的活動之一，也是小學(xué)科技活動中比較普遍的一個項目。對于“紙飛機”，比賽的焦點通常有兩個：其一是紙飛機的飛行距離，其二是紙飛機的飛行速度。在“造飛機”的過程中，一開始學(xué)生往往從紙飛機的紙質(zhì)、放飛技巧等方面進行研究。就挑選紙的材料進行交流、研討。在引導(dǎo)學(xué)生認識了紙飛機的折法、環(huán)境因素也影響紙飛機的飛行距離和速度后，學(xué)生就有意識地研究放飛方法，研究怎樣的環(huán)境更適合試驗放飛飛機。在此基礎(chǔ)上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀看飛機的制造創(chuàng)新歷史，讓學(xué)生認識到解決飛機飛行的動力是根本，也是關(guān)鍵，從而啟迪學(xué)生創(chuàng)新突破：從自然動力到用橡筋作為動力，從彈射飛機到電動飛機，我們引導(dǎo)學(xué)生的STEM課程學(xué)習(xí)不斷創(chuàng)新。通過啟迪學(xué)生創(chuàng)新、突破，讓學(xué)生研發(fā)、制造的飛機的飛行距離越來越遠，飛行的速度越來越快、飛行的時間越來越長、飛行的花樣越來越豐富等。在科學(xué)STEM課程開發(fā)的過程中，教師不是“無心插柳”，而應(yīng)當(dāng)是“有心為之”。在創(chuàng)新設(shè)計過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生開展有根據(jù)、有思考的設(shè)計、研發(fā)，進而讓學(xué)生進行有針對性、實效性的工程設(shè)計。在這個過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生聚焦問題、突破桎梏，并引導(dǎo)學(xué)生積極找尋STEM實踐方案，力避形式主義。通過STEM科學(xué)學(xué)習(xí)，培育學(xué)生真正的科學(xué)思維模式、設(shè)計模式、實踐模式等。

STEM理論視角下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)，不僅要立足于學(xué)科立場，更要立足于學(xué)生的發(fā)展立場，要站在學(xué)生綜合素養(yǎng)、創(chuàng)新力發(fā)展的高度來實施。STEM理念下科學(xué)課程開發(fā)，真正落實了“學(xué)生中心”[4]，真正實現(xiàn)了科學(xué)學(xué)習(xí)從“他育”到“自育”的轉(zhuǎn)變。通過跨學(xué)科整合，更好地利用數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程、技術(shù)等知識分析、解決問題。STEM科學(xué)課程研發(fā)促進了教師的專業(yè)發(fā)展，促進了學(xué)生科學(xué)綜合素養(yǎng)的提升。

參考文獻：

[1]董宏建，白敏.中國理工科STEM教育發(fā)展探究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016，26（7）.

[2]王旭卿.面向STEM教育的創(chuàng)客教育模式研究[J].中國電化教育，2015（8）.

[3]陳曉.基于STEM教育視角的小學(xué)科學(xué)課例分析[J].基礎(chǔ)教育研究，2017（13）.

[4]丁杰，蔡蘇，江豐光，等.科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)教育創(chuàng)新與跨學(xué)科研究——第二屆STEM國際教育大會述評[J].開放教育研究，2013，19（2）.

課題項目：江蘇省十三五規(guī)劃課題“基于兒童視角的鄉(xiāng)村小學(xué)STEM課程開發(fā)的研究”（XC-b/2020/24）