STEM 活動(dòng)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)的實(shí)踐探索

王馮祥

摘要：STEM活動(dòng)的開(kāi)展是建立在STEM理論基礎(chǔ)上的教學(xué)方式之一。將其運(yùn)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，可以為學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)提供更為優(yōu)質(zhì)的條件，促使學(xué)生在課程資源整合的科學(xué)課堂中受到STEM活動(dòng)氛圍的熏染，主動(dòng)進(jìn)入到科學(xué)探究活動(dòng)中，在經(jīng)歷了探究成果展示以及評(píng)價(jià)與反饋等學(xué)習(xí)全過(guò)程之后，實(shí)現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：STEM活動(dòng)；教學(xué)探索；小學(xué)科學(xué)

STEM活動(dòng)是以STEM教育理念為導(dǎo)向組織的一種教學(xué)活動(dòng)，其中“S”代表“科學(xué)”，“T”代表“技術(shù)”，“E”代表“工程”，“M”代表“數(shù)學(xué)”。STEM活動(dòng)的開(kāi)展以解決問(wèn)題、邏輯分析、批判思考、創(chuàng)新創(chuàng)造為核心，以發(fā)展學(xué)生科技理工素養(yǎng)為過(guò)程，以培養(yǎng)學(xué)生形成適應(yīng)社會(huì)、時(shí)代發(fā)展所必備的能力為最終目標(biāo)。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開(kāi)展STEM活動(dòng)，是基于STEM教育理念中所具備的四個(gè)要素在《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下通稱“新課標(biāo)”）中均有所體現(xiàn)，通過(guò)二者的有機(jī)融合，可以促使科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個(gè)要素之間的相互支撐、補(bǔ)充與碰撞，帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)現(xiàn)更深層次的學(xué)習(xí)，促進(jìn)他們?cè)赟TEM活動(dòng)中全面發(fā)展綜合素養(yǎng)。

一、小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的STEM活動(dòng)開(kāi)展意義

（一）促進(jìn)知識(shí)遷移

在傳統(tǒng)的科學(xué)課教學(xué)中，教師只是講解科學(xué)教材中的知識(shí)，很少會(huì)聯(lián)系或運(yùn)用其他學(xué)科的知識(shí)。在這樣界限分明的學(xué)科教學(xué)中，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，讓學(xué)生在不知不覺(jué)中認(rèn)為每個(gè)學(xué)科都是獨(dú)立存在的、毫不相關(guān)的。但實(shí)際上卻不然，STEM活動(dòng)中則倡導(dǎo)各學(xué)科之間的融合，使學(xué)生認(rèn)識(shí)每個(gè)學(xué)科的知識(shí)都源于自然界，是密切相關(guān)的。人類人為地將自然界中蘊(yùn)含的知識(shí)、規(guī)律劃分為不同的學(xué)科，是為了方便教學(xué)，而STEM活動(dòng)可讓學(xué)生了解不同學(xué)科領(lǐng)域的共同特點(diǎn)。在STEM活動(dòng)中，要求教師加強(qiáng)各學(xué)科之間的聯(lián)系，如在科學(xué)教學(xué)中聯(lián)系數(shù)學(xué)、技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)，可以促使學(xué)生在STEM活動(dòng)參與中獲得不同學(xué)科知識(shí)的遷移，學(xué)會(huì)靈活地運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)，更好地解決問(wèn)題。

（二）符合生本理念

STEM活動(dòng)的開(kāi)展，要求教師遵循以生為本的教學(xué)理念，無(wú)論是在學(xué)科資源的融合中，還是在具體的教學(xué)活動(dòng)組織時(shí)，都需要教師考慮到學(xué)生在不同發(fā)展階段的認(rèn)知特點(diǎn)，遵循學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律。大量實(shí)踐證明，學(xué)生的智力水平大多在同一水平，而導(dǎo)致他們學(xué)習(xí)質(zhì)量存在較大差距的原因，主要在于學(xué)生是否對(duì)其學(xué)習(xí)的內(nèi)容具備較高的熱情。結(jié)合小學(xué)生的學(xué)習(xí)特征與認(rèn)知特點(diǎn)，教師開(kāi)展STEM活動(dòng)，聚焦于學(xué)情，建立在學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”，可促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。

（三）踐行實(shí)踐作用

在傳統(tǒng)的科學(xué)課教學(xué)中，教師受到應(yīng)試教育思想的影響，將科學(xué)課教學(xué)的目標(biāo)定義在“如何提升學(xué)生在試卷中的問(wèn)題解決能力”“在考試中獲得高分”上，因此科學(xué)課教學(xué)更加注重理論知識(shí)講解，導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)意義缺失。而STEM活動(dòng)下的小學(xué)科學(xué)課教學(xué)，則要求做到理論與實(shí)踐結(jié)合，教師要在STEM活動(dòng)的組織與實(shí)施中為學(xué)生創(chuàng)造動(dòng)手參與的機(jī)會(huì)，甚至引導(dǎo)學(xué)生走出課堂，邁進(jìn)社會(huì)生活，學(xué)會(huì)將所學(xué)運(yùn)用于生活，服務(wù)于生活，用科學(xué)知識(shí)改造生活。由此可見(jiàn)，STEM活動(dòng)的開(kāi)展踐行了科學(xué)知識(shí)的實(shí)踐作用。

二、小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的STEM活動(dòng)實(shí)施路徑

（一） 解讀與梳理科學(xué)教材

STEM活動(dòng)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的開(kāi)展，需要以教材為依據(jù)，通過(guò)對(duì)教材的整理與分析，明確STEM活動(dòng)的“面”，清晰地梳理出STEM活動(dòng)的“線”，具體落實(shí)STEM活動(dòng)的“點(diǎn)”，促使教師梳理出STEM活動(dòng)開(kāi)展的基本目錄，為STEM活動(dòng)的開(kāi)展指明方向。具體需要做到以下三點(diǎn)。

一是解讀新課標(biāo)，明確STEM活動(dòng)之“面”。新課標(biāo)是教師在科學(xué)課中實(shí)施教學(xué)活動(dòng)的指導(dǎo)性文件，為STEM活動(dòng)的開(kāi)展指明了根本方向。新課標(biāo)中要求教師的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)符合學(xué)生的發(fā)展特點(diǎn)，認(rèn)為小學(xué)生正處于認(rèn)知發(fā)展的具體運(yùn)算階段，并在逐步向抽象運(yùn)算階段轉(zhuǎn)變，對(duì)守恒、分類、處理空間等相關(guān)概念的理解能力有了顯著提升，在抽象問(wèn)題的思維上仍處于發(fā)展階段。因此，教師應(yīng)結(jié)合小學(xué)生的發(fā)展規(guī)律，確定STEM活動(dòng)的開(kāi)展方法，制定STEM活動(dòng)的主體部分。

二是解讀單元內(nèi)容設(shè)置，梳理STEM活動(dòng)之“線”。在教科版小學(xué)科學(xué)教材單元內(nèi)容設(shè)置中，每一個(gè)單元中的組成部分都是圍繞著同一個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展的，教師應(yīng)結(jié)合具體的單元內(nèi)容，進(jìn)一步確定STEM活動(dòng)開(kāi)展的路線。例如，在教科版科學(xué)教材三年級(jí)下冊(cè)“動(dòng)物的一生”和四年級(jí)下冊(cè)“植物的生長(zhǎng)變化”的單元教學(xué)中，教師可以設(shè)計(jì)觀察與記錄的STEM活動(dòng)；在教科版科學(xué)教材四年級(jí)上冊(cè)“運(yùn)動(dòng)和力”的單元教學(xué)中，教師可以設(shè)計(jì)組織數(shù)據(jù)分析的STEM活動(dòng)，讓STEM活動(dòng)更加細(xì)化、系統(tǒng)。

三是解讀科學(xué)教材編排，落實(shí)STEM活動(dòng)之“點(diǎn)”。STEM活動(dòng)的實(shí)踐落實(shí)點(diǎn)需要建立在教材編排與典型課例的雙重影響下，才能更加具備可操作性。因此，在落實(shí)STEM活動(dòng)的“點(diǎn)”中，教師應(yīng)認(rèn)真分析教材中的前后知識(shí)相互呼應(yīng)關(guān)系，能夠從典型課例中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提煉出針對(duì)性強(qiáng)的、具體的STEM活動(dòng)。

（二）尋找與整合課程資源

STEM教育理念主張融合式的教育，打破了學(xué)科界限與內(nèi)容的限制。在STEM教育理念的指導(dǎo)下，科學(xué)教師所組織的STEM活動(dòng)，要主動(dòng)地尋找與科學(xué)課相關(guān)的課程資源，并將其與具體的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)地融合，以豐富STEM教學(xué)活動(dòng)的素材，幫助學(xué)生在STEM活動(dòng)中開(kāi)闊視野。教科版小學(xué)科學(xué)教材在編寫中融合了STEM的精神，每個(gè)單元都對(duì)應(yīng)一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，需要教師合理利用教材，打破學(xué)科界限，為科學(xué)課教學(xué)質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)。

以教科版科學(xué)教材二年級(jí)上冊(cè)“做一頂帽子”一課教學(xué)為例，這部分內(nèi)容屬于工程與技術(shù)領(lǐng)域，是“材料”這一單元的最后一節(jié)課，學(xué)生通過(guò)這一單元的內(nèi)容學(xué)習(xí)，基本了解了我們生活的世界是由各種各樣的材料組成的，不同的餐具使用的材料不同。學(xué)生認(rèn)識(shí)了書的歷史與神奇的紙等內(nèi)容后，教材在要求學(xué)生認(rèn)識(shí)世界、了解材料的種類與作用的基礎(chǔ)上，完成“一頂帽子”的創(chuàng)作。教材為STEM活動(dòng)做了前期準(zhǔn)備，為實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的教學(xué)資源融合，教師可以將“做一頂帽子”的活動(dòng)轉(zhuǎn)換為“帽子的設(shè)計(jì)與制作”STEM活動(dòng)，其中融合了工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，同時(shí)需要學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)測(cè)量帽子的尺寸，實(shí)現(xiàn)了“數(shù)學(xué)”與“工程”“技術(shù)”的融合，為學(xué)生在STEM活動(dòng)中的多學(xué)科知識(shí)運(yùn)用做好了鋪墊。

（三）營(yíng)造與創(chuàng)設(shè)活動(dòng)氛圍

學(xué)生是STEM活動(dòng)的主體，是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主要參與者。因此，學(xué)生對(duì)STEM活動(dòng)參與是否具有濃厚的興趣、積極性，在很大程度上影響了STEM活動(dòng)的教育功能是否能夠得到有效發(fā)揮。小學(xué)生在任何一門學(xué)科或者是學(xué)習(xí)活動(dòng)中表現(xiàn)的熱情越高，其思維活躍性就越高，收獲的學(xué)習(xí)效果也就越好，而良好的活動(dòng)氛圍營(yíng)造，可以起到調(diào)動(dòng)學(xué)生活動(dòng)參與熱情的作用。因此，教師應(yīng)結(jié)合小學(xué)生的興趣點(diǎn)，營(yíng)造輕松、愉悅的活動(dòng)氛圍，以保障STEM活動(dòng)的順利、高效開(kāi)展。

例如，在“感受空氣”一課的教學(xué)中，教材要求學(xué)生掌握科學(xué)概念，了解空氣具備的特征，空氣就在我們的身邊；科學(xué)探究的目標(biāo)是讓學(xué)生多感官地感受空氣，掌握觀察空氣的多種方法，嘗試運(yùn)用氣泡圖組織與整理信息。除了科學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)之外，教師還可融入技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)，即在理解科學(xué)概念、完成科學(xué)探究的基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠了解人類的生活、生產(chǎn)需要從大自然中獲取資源，樹立保護(hù)環(huán)境的意識(shí)，能夠利用科學(xué)技術(shù)保護(hù)自然界中的空氣不被污染。那么，為了讓學(xué)生對(duì)教師所組織的STEM活動(dòng)感興趣，教師可以采取設(shè)計(jì)猜謎語(yǔ)的游戲：“一物到處有，用棒趕不走。眼睛看不見(jiàn)，手摸也沒(méi)有。咀嚼無(wú)滋味，沒(méi)它活不久?！毙W(xué)生對(duì)于猜謎游戲有著濃厚的興趣，在猜謎游戲中學(xué)生的思維活躍度較高，在好奇心與求勝心的驅(qū)使下，他們可以快速地進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，可以初步掌握空氣“看不見(jiàn)、摸不著”的基本特征。接下來(lái)，教師揭示本節(jié)課學(xué)習(xí)的主題，明確學(xué)習(xí)的方向。教師可這樣提示：“同學(xué)們可真聰明啊，但是除了‘看不見(jiàn)、摸不著之外，空氣還有其他特征，究竟是什么呢？讓我們一起參與下面的學(xué)習(xí)活動(dòng)，探索空氣的奧秘吧！”由此，教師營(yíng)造了適宜的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生的好奇心與探索欲被充分激發(fā)出來(lái)。

（四）組織與推進(jìn)探究活動(dòng)

在STEM活動(dòng)的開(kāi)展過(guò)程中，教師要發(fā)揮出STEM活動(dòng)組織者的作用，為學(xué)生搭建更多參與STEM活動(dòng)的平臺(tái)和機(jī)會(huì)。在組織與推進(jìn)STEM探究活動(dòng)中，教師要注意多個(gè)環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系，由多個(gè)環(huán)節(jié)共同組成一個(gè)完整的STEM探究活動(dòng)，引領(lǐng)學(xué)生從對(duì)自然事物的觀察與思考開(kāi)始，主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題，形成猜測(cè)與假設(shè)。在實(shí)踐操作中取得數(shù)據(jù)依據(jù)，然后進(jìn)行分析與總結(jié)，可以促使學(xué)生在STEM探究活動(dòng)中，獲得思維能力、合作學(xué)習(xí)能力、數(shù)據(jù)分析與整理能力等多方面的發(fā)展。

例如，在“感受空氣”一課的教學(xué)中，教師先組織了“傳遞游戲”，學(xué)生以班級(jí)的豎排為小組，傳遞的容器有自封口塑料袋、透明杯子和碗三種，傳遞物有水、空氣、石頭。教師提出問(wèn)題：“你認(rèn)為在傳遞這三種傳遞物時(shí)，使用哪種容器最合適？”，給學(xué)生2～3分鐘討論的時(shí)間。此時(shí)，學(xué)生紛紛說(shuō)出了自己的猜測(cè)。對(duì)于結(jié)果的猜測(cè)可以促進(jìn)學(xué)生產(chǎn)生進(jìn)一步驗(yàn)證的渴望，在思考猜測(cè)是否正確以及驗(yàn)證的過(guò)程中，可以鍛煉學(xué)生的理性思維。在討論之后，教師可組織各個(gè)學(xué)習(xí)小組完成傳遞活動(dòng)，分別嘗試將傳遞物放在不同的容器中進(jìn)行傳遞。在傳遞游戲完成后，小組代表說(shuō)一說(shuō)猜想是否正確，用實(shí)踐說(shuō)明為什么正確或?yàn)槭裁床徽_。接著，教師提出問(wèn)題：“將石頭、水、空氣分別裝在碗中、杯中、自封口塑料袋內(nèi)，發(fā)現(xiàn)碗、杯子都不再空了，自封口塑料袋也鼓了起來(lái)，這說(shuō)明了什么？”學(xué)生在參與傳遞游戲后，很容易回答出：“因?yàn)檫@些物體都占據(jù)了空間。”教師繼續(xù)組織“感受空氣”的活動(dòng)，讓學(xué)生選擇在校園中的任何一個(gè)角落捕捉空氣，通過(guò)用塑料袋裝空氣、用扇子扇風(fēng)、吹氣球，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)空氣的新特征，如“很輕”“能發(fā)出聲音”“能壓縮”“無(wú)色”“無(wú)味”“沒(méi)有固定形狀”“有重量”等。在STEM活動(dòng)的組織與推進(jìn)中，學(xué)生不僅經(jīng)歷了有趣的科學(xué)探究活動(dòng)，也從“占據(jù)空間”“有質(zhì)量”等空氣特征的學(xué)習(xí)中聯(lián)系到數(shù)學(xué)知識(shí)，在思考如何裝空氣、壓縮空氣中融合了工程與技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)容。這樣，有助于學(xué)生在STEM活動(dòng)中樹立科學(xué)探究精神，也促進(jìn)了學(xué)生對(duì)不同領(lǐng)域知識(shí)的進(jìn)一步了解與掌握。

三、小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的STEM活動(dòng)效果評(píng)價(jià)

（一）展示與呈現(xiàn)探究成果

無(wú)論學(xué)生在STEM活動(dòng)中獲得了怎樣的成果，教師都應(yīng)為學(xué)生提供成果展示的機(jī)會(huì)，并保留學(xué)生的探究成果，讓學(xué)生可以在不同階段的STEM活動(dòng)參與中，看到自己的變化與進(jìn)步。探究學(xué)習(xí)成果的展示與呈現(xiàn)形式是多樣的，較為常見(jiàn)的探究學(xué)習(xí)成果展示呈現(xiàn)方法有以下三種。

一是表格呈現(xiàn)。表格是一種記錄的工具，學(xué)生在科學(xué)探究過(guò)程中經(jīng)常會(huì)用表格記錄與整理數(shù)據(jù)，在STEM活動(dòng)中通過(guò)表格的形式呈現(xiàn)探究成果，具有直觀呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的作用。

二是導(dǎo)圖呈現(xiàn)。思維導(dǎo)圖是當(dāng)前較為熱門的教學(xué)工具、學(xué)習(xí)工具，在使用思維導(dǎo)圖過(guò)程中可利用不同顏色、線條、符號(hào)或詞匯進(jìn)行描繪，具有簡(jiǎn)單、直觀、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的特點(diǎn)。如在“聲音”這一單元的學(xué)習(xí)中，教師可以讓學(xué)生以“聲音”為核心詞，將其在STEM活動(dòng)中收集到的信息填寫到思維導(dǎo)圖中，如在“聲音”的核心詞下分化出一級(jí)分支“產(chǎn)生”“傳播方式”“聲音的強(qiáng)度”“聲音的高低”等，學(xué)生在思維導(dǎo)圖中填寫的信息就是他們掌握到的知識(shí)，教師可以從學(xué)生展示的思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)成果中，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中存在的不足之處，再利用思維導(dǎo)圖完善信息，幫助學(xué)生梳理并建立完整的知識(shí)體系。

三是作品展示。與其他形式的探究成果展示相比，作品展示視覺(jué)沖擊效果更好，學(xué)生將STEM活動(dòng)參與中的最終成果以作品的形式展示出來(lái)，更有成就感。

（二）過(guò)程與結(jié)果評(píng)價(jià)反饋

STEM活動(dòng)的探究成果展示之后，對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)是十分重要的?；赟TEM教育理念對(duì)于學(xué)生多元化發(fā)展的需求，教師的教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)做到創(chuàng)新與變革，認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)科學(xué)課中只關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，會(huì)抑制學(xué)生的多元化發(fā)展，影響學(xué)生的科學(xué)質(zhì)疑意識(shí)、探究精神、學(xué)習(xí)品質(zhì)等方面的培養(yǎng)。為了更好地發(fā)揮出STEM活動(dòng)的教學(xué)價(jià)值，教師應(yīng)從科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行評(píng)價(jià)，關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的不同表現(xiàn)，在教學(xué)評(píng)價(jià)中讓學(xué)生意識(shí)到科學(xué)課的學(xué)習(xí)并不是獨(dú)立存在的，想要獲得更好的學(xué)習(xí)表現(xiàn)、收獲更為優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)成果，需要運(yùn)用多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)。

例如，在四年級(jí)上冊(cè)“運(yùn)動(dòng)與力”這一單元的教學(xué)中，教師可組織學(xué)生圍繞“垃圾運(yùn)輸車”這一STEM學(xué)習(xí)項(xiàng)目來(lái)展開(kāi)學(xué)習(xí)。針對(duì)學(xué)生“垃圾運(yùn)輸車”制作的過(guò)程與最終呈現(xiàn)的作品，教師從自評(píng)、互評(píng)和師評(píng)這三個(gè)維度為學(xué)生的探究過(guò)程制作了形成性評(píng)價(jià)表和終結(jié)性評(píng)價(jià)表。其中，形成性評(píng)價(jià)表主要針對(duì)各小組準(zhǔn)備材料的多樣性、設(shè)計(jì)方案的獨(dú)特性、設(shè)計(jì)方案的完整性、小組展示的邏輯性以及改進(jìn)方案的合理性進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。而終結(jié)性評(píng)價(jià)表則從材料選擇、小車美觀度、小車的裝載能力以及能否實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)運(yùn)輸?shù)确矫孢M(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。這樣多維度、多層次的組合評(píng)價(jià)表，不僅能夠引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注項(xiàng)目探究過(guò)程的細(xì)節(jié)，注重“垃圾運(yùn)輸車”設(shè)計(jì)與制作的邏輯性、合理性和美觀度，還有利于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)，并積極參與小組合作，促進(jìn)學(xué)生朝著多元化的方向發(fā)展。

總之，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開(kāi)展STEM活動(dòng)，對(duì)于學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展具有重要作用。因此，需要教師積極探索STEM活動(dòng)開(kāi)展的有效方法與途徑，以保障STEM教育精神在科學(xué)教學(xué)活動(dòng)的落實(shí)，為學(xué)生的全面發(fā)展助力。

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（責(zé)任編輯：楊強(qiáng)）