STEM教育與小學(xué)科學(xué)課程資源整合的必要性分析

劉曉棠

（江蘇省泰州市太湖路小學(xué)，江蘇 泰州）

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“新課標(biāo)”）指出，小學(xué)科學(xué)課程是一門綜合性課程，學(xué)生在理解現(xiàn)象和解決實際問題時需要綜合運(yùn)用不同領(lǐng)域的知識和方法。[1]STEM教育則是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)結(jié)合在一起，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究的教育方法，強(qiáng)調(diào)的是跨學(xué)科的理念。由此可見，STEM教育實際上與新課標(biāo)的理念不謀而合?；诖?，本文結(jié)合教學(xué)實踐，就如何利用STEM教育整合小學(xué)科學(xué)教育資源進(jìn)行了分析研究。

一、STEM教育與小學(xué)科學(xué)課程資源整合的意義

STEM教育是一種將科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)整合在一起進(jìn)行知識探究的教育模式。其中，科學(xué)指的是科學(xué)概念，工程和技術(shù)則是學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行的問題解決或新事物的創(chuàng)造，而數(shù)學(xué)則是學(xué)生解決問題的工具和依據(jù)。理解了STEM教育的含義我們就可以發(fā)現(xiàn)，STEM教育除了強(qiáng)調(diào)學(xué)科融合之外，還強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動探究和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。因此，將STEM教育與小學(xué)科學(xué)課程資源整合在一起，可以調(diào)動學(xué)生的主動性，鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，凸顯學(xué)生的主體地位；也可以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和意識，促進(jìn)學(xué)生知識的融會貫通；還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)造思維，為學(xué)生的未來發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。除此之外，在基于STEM理念進(jìn)行科學(xué)知識的探究時，學(xué)生的動手能力、合作能力、科學(xué)探究精神都將得到培養(yǎng)，這實際上是學(xué)生綜合發(fā)展的具體表現(xiàn)。故而，將STEM教育與小學(xué)科學(xué)課程資源整合在一起是非常必要的。

二、STEM教育與小學(xué)科學(xué)課程資源整合的實踐

（一）非問無以廣識，明確問題：生活情境中聚焦

小學(xué)階段的科學(xué)與我們的生活息息相關(guān)。因此，在利用STEM教育整合教育資源時，教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)生活化情境，促進(jìn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、探究問題。如在“火山和地震”一課的教學(xué)中，筆者為學(xué)生展示了這樣的時政新聞：

新聞一：2021年2月13日晚，日本福島縣東部海域發(fā)生7.3級地震，造成至少1人死亡，約190人受傷。

新聞二：3月20日17時09分在日本本州東岸近海（北緯38.43度，東經(jīng)141.84度）發(fā)生7級地震，震源深度60千米。

新聞三：2021年10月，日本千葉縣發(fā)生6.1級地震，東京震感明顯。

這三則消息引起了學(xué)生的疑問：為什么日本發(fā)生地震如此頻繁？此時，筆者再引導(dǎo)學(xué)生探究本節(jié)課知識，就起到了事半功倍的效果。

許多學(xué)生實際上具備生活經(jīng)驗，但因為缺乏觀察，對生活現(xiàn)象的探究也不夠深入。教師借助生活情境引導(dǎo)學(xué)生聚焦問題，促進(jìn)了學(xué)生思維的深化，也培養(yǎng)了學(xué)生的實踐意識和科學(xué)思維，為學(xué)生接下來的探究做好了引導(dǎo)。[2]

（二）上下求索而得之，設(shè)計方案：頭腦風(fēng)暴中勾勒

在STEM教育中，學(xué)生探索為主要活動。而“工欲善其事，必先利其器?！币虼?，教師在開展科學(xué)教學(xué)時，要注意引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計方案，使學(xué)生為科學(xué)探究做好充分的準(zhǔn)備。如在“光的傳播”中，學(xué)生需要探索光的直線傳播規(guī)律。筆者在開展教學(xué)之前，就創(chuàng)設(shè)了問題支架，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計充實、具體、有條理的探究方案：在研究這一規(guī)律時需要用到哪些材料，想要驗證光沿直線傳播這一規(guī)律需要做出什么樣的假設(shè)，在研究過程中需要做好哪些工作？在問題支架的引導(dǎo)下，學(xué)生意識到探究活動中需要準(zhǔn)備好材料，像激光燈、紙板、鏡子等；另外，要先進(jìn)行假設(shè)，如光遇到阻礙之后不會繼續(xù)傳播；還要做好實驗過程的記錄，分析整個過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。在這樣的方式下，學(xué)生了解了科學(xué)探究的步驟。教師借助問題支架引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計方案，有效培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識，同時促進(jìn)了學(xué)生對技術(shù)材料的應(yīng)用，使STEM教育理念真正落實到了科學(xué)教學(xué)中。

（三）九重閶闔開天闕，建立模型：調(diào)查研究中探索

教師在基于STEM教育開展科學(xué)教學(xué)時，可以引導(dǎo)學(xué)生建立數(shù)據(jù)模型，促進(jìn)學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)分析科學(xué)現(xiàn)象。如在“物體的傳熱本領(lǐng)”中，學(xué)生需要了解不同物體的傳熱性能。在引導(dǎo)學(xué)生探究這一知識之前，筆者就創(chuàng)設(shè)了問題支架：你應(yīng)該如何對這些物體的傳熱性能進(jìn)行比較，如何才能更清晰地展示出每個物體的傳熱性能。在問題支架的提示下，學(xué)生意識到在實驗過程中要進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和模型的建立，這樣才能有更清晰的對比。于是，在整個實驗過程中，詳細(xì)地記錄了不同的材料上升到不同的溫度所需要的時間。在這樣的方式下，學(xué)生進(jìn)行探究，就有效掌握了本課重點(diǎn)知識，同時也意識到了數(shù)學(xué)在科學(xué)探究中的作用。教師引導(dǎo)學(xué)生在調(diào)查中借助數(shù)據(jù)模型進(jìn)行直觀分析，有效促進(jìn)了學(xué)生分析研究能力的提升。[3]

（四）絕知此事要躬行，創(chuàng)意制作：制作實踐中創(chuàng)新

新課標(biāo)中一個重要目標(biāo)就是學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)時，要能夠利用所學(xué)知識進(jìn)行創(chuàng)新，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造思維和能力。因此，教師在開展科學(xué)教學(xué)時，可以組織創(chuàng)意制作活動，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)知識的靈活應(yīng)用。

例如，在“七色光”中，學(xué)生了解了光的色散現(xiàn)象，甚至進(jìn)行了光的合成和分解現(xiàn)象。筆者在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)完本節(jié)課的知識之后，就組織了創(chuàng)編活動：結(jié)合光的色散和萬花筒的工作原理，嘗試自己制作出各種顏色的彩虹。這一創(chuàng)編活動不僅對學(xué)生的知識基礎(chǔ)進(jìn)行了考驗，同時也對學(xué)生的科學(xué)思維和技術(shù)能力進(jìn)行了考查。如學(xué)生如何將三棱鏡和其他材料有機(jī)融合在一起，如何熟練地掌控七種顏色的光的搭配等。教師組織創(chuàng)編活動，切實將S、T、E、M與科學(xué)課程結(jié)合在了一起，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（五）行之愈篤知益明，測試改進(jìn)：反復(fù)比較中優(yōu)化

所有的知識探究都不是一蹴而就的事情，需要學(xué)生反復(fù)驗證，這樣才能在學(xué)生心中留下深刻的印象。因此，教師在基于STEM教育開展科學(xué)教學(xué)時，可以引導(dǎo)學(xué)生在反復(fù)比較中優(yōu)化，在不斷測試中改進(jìn)。

例如，在“蛋殼與拱形建筑”中，學(xué)生需要知道，拱形建筑的承重力及其原理。因為生活中最常見的拱形建筑是橋梁，于是筆者就引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了搭建橋梁的測試，鼓勵學(xué)生反復(fù)比較，探索拱形建筑的承重能力有多強(qiáng)；是不是橋面的拱形越大，承重力就越大；橋面拱形弧度達(dá)到什么樣的標(biāo)準(zhǔn)，更容易通行？學(xué)生就這一問題進(jìn)行了反復(fù)測試和比較，通過不斷增加砝碼，測試拱形紙片橋的承重。在找到承重力最大的點(diǎn)時，還有學(xué)生提出，這樣的坡度對交通工具來說是不是一項挑戰(zhàn)，是否需要再次進(jìn)行調(diào)整。在這樣的反復(fù)實驗中，學(xué)生了解了為什么橋梁大多建造為拱形，也意識到了拱形建筑的優(yōu)越之處。同時，學(xué)生樹立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，綜合素質(zhì)得到了發(fā)展。

（六）何惜一杯相共嘗，展示交流：取長補(bǔ)短中改善

教師在基于STEM理念開展科學(xué)教學(xué)時，可以鼓勵學(xué)生進(jìn)行成果展示和交流，促進(jìn)學(xué)生取長補(bǔ)短，獲得更好的發(fā)展。如在“我們來仿生”中，筆者就引導(dǎo)小組學(xué)生自主挖掘生活中動物的習(xí)性和特點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)造。在這一過程中，有的小組發(fā)現(xiàn)蜘蛛網(wǎng)具有粘性，就思考是不是可以結(jié)合這一特點(diǎn)設(shè)計防盜網(wǎng)。也有的小組提出建議，是不是可以用這個制作漁網(wǎng)，這樣魚就跑不掉了。還有的小組思考蜘蛛的網(wǎng)為什么會有粘性，生活中哪些事物可以創(chuàng)造出這種粘性，是不是還可以利用這種粘性做其他的事情。小組之間在交流時彼此吸收了優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行了融合創(chuàng)造，碰撞出了新的火花。通過這樣的方式，學(xué)生將所學(xué)知識融合在了一起，創(chuàng)造性思維也得到了發(fā)展，其科學(xué)水平得到了有效提高。[4]

（七）博學(xué)而日參省乎己，評價引導(dǎo)：三省吾身中發(fā)展

評價具有引導(dǎo)的作用，教師可以結(jié)合評價結(jié)果有針對性地引導(dǎo)學(xué)生查漏補(bǔ)缺，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。因此，在將STEM教育整合到科學(xué)教學(xué)的過程中，教師要注意完善評價模式，加強(qiáng)學(xué)生認(rèn)知。[5]

例如，在“水滴的‘旅行’”這一課中，學(xué)生需要建立水循環(huán)的模型?；赟TEM教育理念，教師采取了小組合作的方式，要求學(xué)生在模型中設(shè)計“陸地”“海洋”“天空”等，觀察水循環(huán)。在這一過程中，筆者錄制了各個小組合作探究的過程，并在探究結(jié)束之后播放給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生觀看和反思。通過這樣的方式，學(xué)生可以注意到更多細(xì)節(jié)，并加強(qiáng)自我建設(shè)。像有的學(xué)生在觀看探究過程時發(fā)現(xiàn)，自己在探究的過程中過于執(zhí)著模型外表的建造，卻忽視了水循環(huán)的原理，導(dǎo)致整個實驗總是出現(xiàn)偏差；有的學(xué)生則是發(fā)現(xiàn)同小組的學(xué)生提出了比較實效的建議——要注意溫差的設(shè)計，但是被自己忽略了。在明確自己的不足之后，學(xué)生就會有針對性地改正，在之后的合作中也會有意識地與其他學(xué)生討論、交流，有效提高了探究質(zhì)量。當(dāng)然，除了引導(dǎo)學(xué)生自省之外，教師也可以鼓勵學(xué)生在組內(nèi)互相評價或者小組間進(jìn)行互相評價等。通過這樣的方式，學(xué)生的自身素質(zhì)可以得到提升，STEM理念可以得到落實，學(xué)生的核心素養(yǎng)也可以得到培養(yǎng)。

三、結(jié)語

總之，STEM教育在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，使學(xué)生從“探究—學(xué)習(xí)—實踐—創(chuàng)造”中深入了解了科學(xué)課程，緊緊貼合了學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中的規(guī)律，對促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的發(fā)展產(chǎn)生了積極意義。在這一過程中，學(xué)生雖然需要面臨轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式和理念的陣痛，但這為學(xué)生的后期發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。因此，教師要重視STEM教育在小學(xué)科學(xué)課堂的落地，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，促進(jìn)學(xué)生長足發(fā)展。