貫徹STEM教育理念打造“立學(xué)課堂”

◇張小榮（江蘇：海安市城南實(shí)驗(yàn)小學(xué)）

雖然科學(xué)教育作為基礎(chǔ)科技教育，至關(guān)重要，但是受到傳統(tǒng)應(yīng)試教育思想的影響，并未受到應(yīng)有的重視，長期作為“副科”被忽視。科學(xué)技術(shù)是人們認(rèn)識(shí)世界、改造世界的基本手段，推動(dòng)人類社會(huì)的飛速進(jìn)步，在素質(zhì)教育改革背景下，科學(xué)教育也逐步受到關(guān)注與重視，但是卻存在以理論教學(xué)為主的不良形式。為此，新編蘇教版教材還專設(shè)了若干針對(duì)技術(shù)與工程領(lǐng)域的主題單元和STEM 學(xué)習(xí)項(xiàng)目。STEM 教學(xué)理念要求小學(xué)科學(xué)教育回歸生活，不僅凸顯項(xiàng)目體驗(yàn)的真實(shí)性，增加學(xué)習(xí)的意義性和趣味性，還指向科學(xué)概念的建構(gòu)和高階思維的發(fā)展，并且要與其他學(xué)科實(shí)現(xiàn)交叉融合。通過設(shè)計(jì)開放的項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生，使得學(xué)生在項(xiàng)目分析、設(shè)計(jì)、操作與展示等活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)“學(xué)中立”，從而切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力與創(chuàng)新發(fā)明能力，是打造“立學(xué)課堂”的不二法寶。

具體來說，小學(xué)科學(xué)教師可通過如下方式貫徹STEM 教學(xué)理念，嘗試打造“立學(xué)課堂”。

一、基于真實(shí)情境設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)需求

陳鶴琴先生在兒童認(rèn)知論中強(qiáng)調(diào)了“直接經(jīng)驗(yàn)”的重要性，論證了學(xué)生學(xué)習(xí)依靠直接體驗(yàn)的認(rèn)知規(guī)律?？茖W(xué)本就是從人類生活中探究出的一般規(guī)律與關(guān)鍵技術(shù)，STEM 教育理念也強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)，旨在通過項(xiàng)目操作促使學(xué)生運(yùn)用各科知識(shí)綜合解決現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的問題，以便促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主探究學(xué)習(xí)，從而構(gòu)建屬于自己的知識(shí)體系。實(shí)際上，在科學(xué)教學(xué)中更需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)情境。小學(xué)生活潑好動(dòng)，注意力容易分散，枯燥的知識(shí)原理不能吸引他們的注意力，真實(shí)的生活情境能調(diào)動(dòng)小學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其能長時(shí)間關(guān)注項(xiàng)目學(xué)習(xí)，主動(dòng)思考，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的深度需求。因此，小學(xué)科學(xué)教師應(yīng)根據(jù)真實(shí)情境設(shè)計(jì)、發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)，切實(shí)激發(fā)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)欲望，并以真實(shí)情境去引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活經(jīng)驗(yàn)，積極思考，遷移其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)性知識(shí)，一并用來解決項(xiàng)目學(xué)習(xí)中遇到的問題。這就是“立學(xué)課堂”倡導(dǎo)的將學(xué)生放在“課堂的中央”，使學(xué)生在“學(xué)中立”。

在“制作秋天的最后一支雪糕”項(xiàng)目探究中，學(xué)生雖然喜歡吃各式各樣的雪糕，但是很少有人親自參與制作過雪糕，缺少動(dòng)手制作的生活經(jīng)歷。為了讓學(xué)生成為科學(xué)課堂的主人，我設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)了真實(shí)的生活情境：展示豐富多彩的雪糕圖片，引發(fā)學(xué)生情感的共鳴，讓學(xué)生說出自己最喜歡吃的雪糕口味，由此觸發(fā)本課的項(xiàng)目探究：如何制作雪糕？制作雪糕需要哪些材料？制作雪糕最關(guān)鍵的條件是什么？

項(xiàng)目的開設(shè)貼近學(xué)生的生活實(shí)際，討論的問題能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究的欲望。這幾個(gè)問題可引導(dǎo)學(xué)生初步思考：在沒有冰箱這一硬件設(shè)施的前提下，如何在科學(xué)課上制造出較低的溫度，探究制作雪糕的可行性。大多數(shù)小學(xué)生雖然并未制作過雪糕，但是對(duì)溫度的感受是比較直接的，學(xué)生首先提出了制作雪糕最關(guān)鍵的條件是需要較低的溫度。他們說出了很多制造較低溫度的方法：干冰降溫、液氮降溫、冷庫降溫等等。而此時(shí)我讓他們觀察教室四周，能不能發(fā)現(xiàn)他們需要的制冷設(shè)備，很顯然學(xué)生找不到。

有制作雪糕的需求，但是又不給學(xué)生提供制冷的設(shè)備，學(xué)生陷入認(rèn)知瓶頸。此時(shí)我拿出生活中最普通的碎冰，讓他們討論能不能用冰塊降溫來制作雪糕。冰塊的溫度很低，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為應(yīng)該可以為制作雪糕創(chuàng)設(shè)適宜的溫度條件。在充分討論的基礎(chǔ)上，學(xué)生分組進(jìn)行制作雪糕的初步嘗試。學(xué)生按照自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)來選擇實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。我則饒有興趣地加入他們的隊(duì)伍，和他們一起觀察，聽取每一小組的不同見解。初步嘗試結(jié)束，我請小組派出代表到前面來匯報(bào)，學(xué)生踴躍述說著自己觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且一致肯定冰塊雖然能降低溫度，但是這個(gè)溫度只能降到0 攝氏度左右，不能使雪糕溶液凝固。所以學(xué)生初次嘗試制作雪糕宣告失敗。

在創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境時(shí)，小學(xué)科學(xué)教師要尊重學(xué)生的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，不能想當(dāng)然地提出脫離學(xué)生認(rèn)知水平的問題，否則難以順利發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)，不利于構(gòu)建“立學(xué)課堂”。在學(xué)生初步嘗試的過程中，他們討論得出的實(shí)驗(yàn)方案、觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，包括遇到的實(shí)際問題，都是屬于他們自己的，他們就站在課堂的“中心”，是課堂真正的主人。

二、組織學(xué)生參與項(xiàng)目分析活動(dòng)，設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施方案

在開展項(xiàng)目操作活動(dòng)之前，小學(xué)生應(yīng)圍繞項(xiàng)目主題設(shè)計(jì)探究方案，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)單中寫明解決問題的方式方法，并在此過程中將科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)與工程知識(shí)整合為一體，遷移各學(xué)科知識(shí)中有利于完成項(xiàng)目任務(wù)的關(guān)鍵知識(shí)，從而真正成為學(xué)習(xí)的主人，在項(xiàng)目實(shí)踐中立學(xué)。為此，待學(xué)生順利進(jìn)入真實(shí)的問題情境后，小學(xué)科學(xué)教師便可督促學(xué)生參與項(xiàng)目分析活動(dòng)，使得學(xué)生能以小組合作的形式共同探究操作原理、設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃，切實(shí)優(yōu)化學(xué)生的探究行為，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

在“制作秋天的最后一支雪糕”項(xiàng)目探究中，學(xué)生要用溫度計(jì)測量裝有冰塊的燒杯內(nèi)部的溫度，以此來驗(yàn)證冰塊能否制造出較低的溫度。在此期間，他們以小組為單位，由小組長領(lǐng)取項(xiàng)目學(xué)習(xí)單、實(shí)驗(yàn)用品，在小組內(nèi)觀察燒杯外壁所產(chǎn)生的變化，填寫項(xiàng)目學(xué)習(xí)單，記錄實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)論。這時(shí)，我發(fā)出疑問：“不銹鋼杯子的外壁出現(xiàn)了小水珠，這個(gè)水珠從何而來？你覺得這個(gè)小水珠與生活中的什么比較相似？你能找出它們之間有哪些相似之處？”通過這一系列問題的回答，學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們竟然制造出了生活中的小露珠。這些露珠是他們自己做出來了，所以他們能很輕松地描述出小露珠是空氣中的水蒸氣遇冷凝結(jié)而成的，根本不需要教師再三去講述原理、再三去強(qiáng)化記憶。這樣得到的知識(shí)是牢固的，是構(gòu)建的。

學(xué)生正確認(rèn)識(shí)了“露”形成的原因，但是他們制作雪糕的項(xiàng)目實(shí)踐卻遇到了困難。是知難而退還是迎難而上呢？學(xué)生全部選擇迎難而上。面對(duì)困難，毫不退卻，堅(jiān)持到底，這種科學(xué)探究精神展現(xiàn)出了“立學(xué)課堂”的“立人”本質(zhì)。

如何制造出更低的溫度是項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的最大難題。為了啟發(fā)學(xué)生的思維，我播放了一個(gè)“下雪不冷化雪冷”的小視頻，并由此引導(dǎo)學(xué)生自主探究出加速冰塊融化以獲取更低溫度的項(xiàng)目原理。憑借前期的實(shí)驗(yàn)觀察與論證經(jīng)驗(yàn)，本班學(xué)生認(rèn)為，使用大量的冰塊，并且讓冰塊快速融化可以讓室內(nèi)溫度變得更低。一波三折的課堂、曲折坎坷的探究道路，讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的艱辛與挑戰(zhàn)，更讓他們感受到戰(zhàn)勝困難的喜悅與自豪。

三、通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)落實(shí)項(xiàng)目操作，生成項(xiàng)目探究成果

通過小組合作分析項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃，讓科學(xué)的思維碰撞出火花，確定解決問題的一般思路，可以讓學(xué)生的邏輯思維變得更加清晰、探究計(jì)劃變得更加可行。而在這一階段中，小學(xué)科學(xué)教師要提供良好的動(dòng)手實(shí)踐環(huán)境，使得學(xué)習(xí)小組能積極參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)，論證項(xiàng)目猜想，自主解決項(xiàng)目探究問題，從而順利生成項(xiàng)目探究成果。待各小組完成項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)論證任務(wù)后，以小組為單位在科學(xué)課上展示項(xiàng)目成果，講解項(xiàng)目探究步驟與具體操作方法，將研討、匯報(bào)的活動(dòng)結(jié)合起來，切實(shí)實(shí)現(xiàn)“立學(xué)課堂”改革，為提升學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知能力做好充足準(zhǔn)備。

在“制作秋天的最后一支雪糕”項(xiàng)目探究中，本班學(xué)生憑借自己的生活經(jīng)驗(yàn)猜測，在冰塊中加入鹽可以加快冰塊的融化速度，而這一猜想是在實(shí)際生活中通過閱讀得到的。為了讓各小組驗(yàn)證這一科學(xué)猜想，驗(yàn)證加速溶解后能不能得到更低的溫度，我給各小組準(zhǔn)備了鹽、冰塊、電子溫度計(jì)。學(xué)生擦拭燒杯外壁的水珠，將鹽加入裝有冰塊的燒杯中并攪拌，使用溫度計(jì)測量燒杯內(nèi)部的溫度，觀察燒杯外壁的變化，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)單中填寫具體步驟、每一個(gè)步驟所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

正是因?yàn)镾TEM 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)注重學(xué)生的動(dòng)手操作探究，所以學(xué)生才能借助實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)自己的猜想，從而獲得最真實(shí)的科學(xué)體驗(yàn)。這就是南通市“立學(xué)課堂”所倡導(dǎo)的課堂表現(xiàn)形式。隨后各小組在班級(jí)內(nèi)展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究成果，匯報(bào)學(xué)生神態(tài)大方、自信，語言描述準(zhǔn)確、到位，他們就是這一節(jié)科學(xué)課上最亮的“仔”。

在描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過程中，學(xué)生說到了燒杯外壁生成了白色冰晶，自然而然，學(xué)生就聯(lián)想到這個(gè)冰晶和生活中的白霜比較相似。城市的學(xué)生看到白霜的機(jī)會(huì)很少，而實(shí)驗(yàn)室里面，他們和白霜零距離接觸。通過圖片的對(duì)比，善于觀察的學(xué)生一下子就發(fā)現(xiàn)了杯子外壁的冰晶和大自然白霜的相似之處，在實(shí)驗(yàn)的過程中，他們敏銳地推測出大自然白霜形成的原因。這就是知識(shí)的運(yùn)用和遷移，這就是高效的“立學(xué)課堂”。

接下來，便是本次項(xiàng)目探究的“重頭戲”，即各小組要親自制作雪糕，將雪糕溶液注入模具，將模具放入加了鹽、冰塊的燒杯中，最終成功做出了雪糕。除了展現(xiàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)單、項(xiàng)目成品之外，學(xué)生還可欣賞自己制作的各式雪糕，切實(shí)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其感受到科學(xué)的神奇魅力。接下來，學(xué)習(xí)小組總結(jié)“露和霜”形成的相同和不同之處，從形象的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中歸納出抽象的科學(xué)原理，這就是“立學(xué)課堂”注重的科學(xué)知識(shí)構(gòu)建過程。

四、進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)與拓展，讓科學(xué)回歸生活

科學(xué)來源于生活又服務(wù)于生活，科學(xué)知識(shí)在生活中的應(yīng)用十分廣泛。在本次項(xiàng)目式探究活動(dòng)中，學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)制作出了美味的雪糕。這個(gè)項(xiàng)目基于真實(shí)的生活情境展開，歷經(jīng)了科學(xué)的探究過程，又回歸于生活。

在項(xiàng)目總結(jié)環(huán)節(jié)，我讓學(xué)生把目光從課堂延伸到生活之中，列舉了印度小哥制作雪糕賺錢的小案例，引導(dǎo)學(xué)生核算項(xiàng)目成本、售賣雪糕的利潤空間等，使得學(xué)生將科學(xué)與數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)合起來，并且從課堂學(xué)習(xí)回歸現(xiàn)實(shí)生活。

學(xué)生在項(xiàng)目核算中了解了材料價(jià)格，了解了制作成本，核算得到這個(gè)項(xiàng)目的毛利情況，再進(jìn)一步核算人工成本，從而了解社會(huì)生活現(xiàn)狀，體會(huì)到生活的艱辛與不易?？茖W(xué)課堂和遙遠(yuǎn)的生活實(shí)際其實(shí)有著千絲萬縷的聯(lián)系，科學(xué)“立學(xué)課堂”讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更貼近生活。

總而言之，STEM 教育理念追求的是提高學(xué)生利用各學(xué)科知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題的能力，并且使得學(xué)生具備創(chuàng)新素養(yǎng)、實(shí)踐素養(yǎng)與學(xué)習(xí)素養(yǎng)，真正為學(xué)生的終身發(fā)展做準(zhǔn)備。為此，小學(xué)科學(xué)教師應(yīng)在STEM 教育理念的引領(lǐng)下構(gòu)建“立學(xué)課堂”，使得學(xué)生能以自主姿態(tài)參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)與分析論證活動(dòng)，切實(shí)提高學(xué)生的科學(xué)探究與動(dòng)手創(chuàng)新能力，促使學(xué)生樹立正確的探究意識(shí)，優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生良好科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展。