基于科學(xué)探究的STEM教育課程設(shè)計(jì)與實(shí)施

張潔瑩（廣東省廣州市越秀區(qū)東山培正小學(xué) 510230）

STEM教育課程是學(xué)生在問題或任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)的一種課程形式。STEM教育以提升學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新實(shí)踐能力為目標(biāo)，通過科學(xué)探究、技術(shù)應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)與制作、數(shù)學(xué)應(yīng)用等活動(dòng)開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)。其中，科學(xué)探究是STEM教育課程學(xué)習(xí)的根本?？茖W(xué)探究活動(dòng)為課程學(xué)習(xí)和問題解決提供事實(shí)、數(shù)據(jù)等證據(jù)或依據(jù)，學(xué)生在探究結(jié)果的幫助和指導(dǎo)下，有依據(jù)地完成任務(wù)和尋找解決問題的辦法，形成問題解決和項(xiàng)目學(xué)習(xí)的思維與行為習(xí)慣。

一、課程設(shè)計(jì)背景

2016年，我國(guó)發(fā)布了《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》，明確指出我國(guó)學(xué)生發(fā)展應(yīng)具備人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新等能適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的必備品格和關(guān)鍵能力。要培養(yǎng)這些品格和能力，需要綜合各學(xué)科知識(shí)，以解決真實(shí)問題為目標(biāo)與手段，讓學(xué)生在問題解決中創(chuàng)造性地把所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。STEM教育課程形式能較好地實(shí)現(xiàn)這一過程。

英國(guó)科學(xué)技術(shù)史專家李約瑟曾在研究中國(guó)科學(xué)技術(shù)史過程中提出一個(gè)問題：“為什么近代科學(xué)沒有產(chǎn)生在中國(guó)？”他非常贊賞我國(guó)古代的四大發(fā)明，認(rèn)為它們是中國(guó)古代文明高度發(fā)展的象征。不過，四大發(fā)明只是技術(shù)，不是科學(xué)。比如，指南針指示方向，是一種技術(shù)；而指南針為什么能指示方向？當(dāng)中的原理是什么？有什么科學(xué)規(guī)律？我們卻沒有找到明確答案。但答案背后的原理和規(guī)律才是科學(xué)。

科學(xué)探究活動(dòng)是探索科學(xué)規(guī)律、獲取科學(xué)知識(shí)的有效途徑，是培養(yǎng)科學(xué)思維、形成科學(xué)態(tài)度的基本載體，對(duì)培養(yǎng)科學(xué)精神和創(chuàng)新實(shí)踐能力具有重要作用?；诳茖W(xué)探究的STEM教育課程的設(shè)計(jì)，不僅關(guān)注知識(shí)的獲取，還更關(guān)注思維與能力習(xí)慣的培養(yǎng)與形成過程，對(duì)形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣、提升學(xué)習(xí)能力具有一定的實(shí)踐意義。

二、科學(xué)探究與STEM教育課程的關(guān)系

STEM教育課程主張以解決真實(shí)問題為內(nèi)容主體，組織學(xué)生圍繞真實(shí)情境中的主題開展實(shí)踐性活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用跨學(xué)科知識(shí)和方法來解決實(shí)際問題。

解決問題之前首先要提出問題?！盀槭裁匆岢鲞@個(gè)問題”比“提出問題”更重要，它對(duì)問題的解決具有推動(dòng)作用。問題的依據(jù)越清晰有力，對(duì)問題解決越積極有效?？茖W(xué)探究可以為問題的提出提供科學(xué)、有力的證據(jù)。

問題解決需要應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)，因此在解決問題前需要做好相關(guān)知識(shí)的準(zhǔn)備。研究表明，探究學(xué)習(xí)是目前公認(rèn)較好的知識(shí)學(xué)習(xí)方式。

工程設(shè)計(jì)是STEM教育課程中的主要活動(dòng)內(nèi)容之一。在問題的引領(lǐng)下，學(xué)生經(jīng)歷“設(shè)計(jì)—實(shí)施—檢驗(yàn)—修正—再實(shí)施—再檢驗(yàn)—再修正”等過程，對(duì)設(shè)計(jì)的思考與實(shí)施方法的選定都來源于問題提出的依據(jù)。這些依據(jù)可以是事實(shí)，也可以是規(guī)律或現(xiàn)象，可以通過開展調(diào)查、觀察、實(shí)驗(yàn)等形式的探究活動(dòng)來獲得。

總而言之，科學(xué)探究伴隨STEM教育課程學(xué)習(xí)中，是STEM教育課程學(xué)習(xí)的根本活動(dòng)，是STEM教育課程中的一個(gè)根本特征?？茖W(xué)探究為問題的提出提供事實(shí)依據(jù)，為問題解決提供科學(xué)依據(jù)或參考思路。

三、基于科學(xué)探究的STEM教育課程的設(shè)計(jì)及實(shí)施

科學(xué)探究的常用方法包括：調(diào)查法、實(shí)驗(yàn)法、觀察法、比較法等，根據(jù)問題的不同，可開展不同形式的探究活動(dòng)。具體操作形式有以下幾種：

1.圍繞問題的提出開展調(diào)查研究

教師為問題的提出進(jìn)行可行性分析，獲得問題提出的依據(jù)。以《垃圾分類》項(xiàng)目為例。在提出“垃圾分類中需要解決什么問題”前，學(xué)生經(jīng)歷了兩次重要的調(diào)查研究活動(dòng)：（1）我們每天產(chǎn)生多少垃圾？從活動(dòng)中，學(xué)生獲得了家庭的垃圾產(chǎn)生量，進(jìn)而計(jì)算出廣州城市垃圾日產(chǎn)生量，由此引發(fā)了對(duì)垃圾處理的思考。（2）垃圾分類中存在什么問題？通過開展“比較各種垃圾的處理方法”活動(dòng)，學(xué)生總結(jié)出“垃圾分類”是最佳的垃圾處理方案。但從每天垃圾的產(chǎn)生量及日常觀察中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)垃圾分類的實(shí)效不佳，由此引發(fā)了對(duì)垃圾分類中存在哪些困難與問題等的思考。

學(xué)生經(jīng)歷兩次調(diào)查活動(dòng)后，充分認(rèn)識(shí)到垃圾分類的緊迫性及重要性，明確了垃圾分類的重要意義，提高了開展及推進(jìn)垃圾分類的積極性，由此驅(qū)動(dòng)他們積極地投入《垃圾分類》項(xiàng)目學(xué)習(xí)中。

2.圍繞問題解決需要的科學(xué)知識(shí)開展探究學(xué)習(xí)

與傳統(tǒng)教學(xué)相比，基于科學(xué)探究的STEM教育課程學(xué)習(xí)更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促使學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)。以教育科學(xué)出版社小學(xué)科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)第三單元《運(yùn)動(dòng)和力》為例。傳統(tǒng)的教學(xué)是先讓學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)和研究力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，再鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用這些知識(shí)去設(shè)計(jì)制作小車。這樣的學(xué)習(xí)方式把知識(shí)學(xué)習(xí)與知識(shí)應(yīng)用割裂開來。因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)過程中沒有對(duì)知識(shí)的需求，學(xué)生往往在最后的設(shè)計(jì)制作活動(dòng)中并沒有真正把知識(shí)運(yùn)用起來，并不清楚應(yīng)用背后的原理，使知識(shí)的遷移應(yīng)用大打折扣。

“行是知之始，知是行之成”，在陶行知教育思想指導(dǎo)下，筆者設(shè)計(jì)了《載重小車》項(xiàng)目?！遁d重小車》項(xiàng)目的第一、二個(gè)活動(dòng)是設(shè)計(jì)制作小車，第三個(gè)活動(dòng)是為小車安裝動(dòng)力，不同于教材中安排的教學(xué)順序。雖然學(xué)生在制作小車時(shí)還不清楚該用什么力驅(qū)動(dòng)小車，如何用力驅(qū)動(dòng)小車以及如何使小車運(yùn)動(dòng)得更快，但是這些疑問卻變成了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)的動(dòng)機(jī)和興趣。因?yàn)樗麄兒芟胫廊绾尾拍茏屪约旱男≤噭?dòng)起來，如何才能讓自己的小車行駛得更快更遠(yuǎn)。這時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)非常明確，而且動(dòng)力十足。像這樣帶著任務(wù)與問題的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)具有了實(shí)際意義，學(xué)生的學(xué)習(xí)是積極主動(dòng)的。

3.針對(duì)活動(dòng)中的生成性問題開展科學(xué)探究

要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，提高學(xué)生的創(chuàng)造力和實(shí)踐能力，STEM教育課程的學(xué)習(xí)過程必須是開放的，這樣才能使活動(dòng)過程不斷出現(xiàn)生成性問題。生成性問題是由學(xué)生在學(xué)習(xí)中自主提出的，不同于傳統(tǒng)課堂由教師創(chuàng)設(shè)情境后再引導(dǎo)學(xué)生提出問題，它更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，促使學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí)。

縱觀以上三種形式，學(xué)生的思維和行為過程基本是：發(fā)現(xiàn)—思考—探究—實(shí)踐，在實(shí)踐中遇到問題或困難，可以再次重復(fù)這一過程。當(dāng)這一過程不斷重復(fù)，學(xué)生會(huì)逐漸形成一定的思維與行為習(xí)慣，科學(xué)素養(yǎng)也就慢慢養(yǎng)成了。

四、結(jié)語

STEM教育課程是科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)等學(xué)習(xí)的有機(jī)統(tǒng)一與整合過程?；诳茖W(xué)探究的STEM教育課程強(qiáng)調(diào)了科學(xué)探究在課程學(xué)習(xí)中的重要性，希望學(xué)生在學(xué)習(xí)中能夠尊重事實(shí)，學(xué)會(huì)使用科學(xué)的方法獲得問題解決辦法及實(shí)證依據(jù)，進(jìn)而培養(yǎng)和發(fā)展自己的創(chuàng)造力與實(shí)踐能力。