STEM與小學(xué)科學(xué)生活化實驗的深入融合路徑

■福建省武夷山市崇安小學(xué) 范文靜

科學(xué)探究是小學(xué)科學(xué)的主要學(xué)習(xí)方式，而實驗作為探究活動的必然手段，在小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。然而，當(dāng)前的探究性實驗更多強(qiáng)調(diào)對學(xué)生“分析、象征”兩個象限上思維的培養(yǎng)，而缺乏對“真實、綜合”兩種關(guān)鍵性思維方式的有效訓(xùn)練，導(dǎo)致探究活動難以深入，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)止步不前。不僅如此，在科學(xué)實驗的備課與設(shè)計上，部分教師存在僵化死板、干預(yù)過度等問題，既沒有給予學(xué)生充足的思考與探究空間，又沒有與實際情況相結(jié)合，提高學(xué)生解決問題的能力。在此背景下，將STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)生活化實驗有機(jī)整合已然成為拓展學(xué)生科學(xué)思維的關(guān)鍵，也成為當(dāng)前科學(xué)教育發(fā)展的大勢所趨。STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）以及數(shù)學(xué)（Mathematics）教育的統(tǒng)稱，本文詳細(xì)論述了這一教學(xué)設(shè)計的意義、應(yīng)用原則以及具體實踐路徑，以期讓小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)立足于學(xué)生的生活，推動學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程中切實提高科學(xué)素養(yǎng)。

一、STEM 與小學(xué)科學(xué)生活化實驗深度融合的意義與優(yōu)勢

（一）增強(qiáng)科學(xué)實驗的趣味性

隨著新課程改革的逐步深入，越來越多的科學(xué)教師意識到實驗的重要性，科學(xué)探究實驗在教學(xué)活動中隨處可見，成為學(xué)生學(xué)習(xí)活動的重要組成部分。然而，隨著教學(xué)實踐的推進(jìn)不難發(fā)現(xiàn)，本應(yīng)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的科學(xué)實驗讓學(xué)生倍感枯燥乏味，很多學(xué)生甚至在實驗過程中應(yīng)付了事。究其根本，是因為科學(xué)實驗設(shè)計呈現(xiàn)出程式化特征，脫離于學(xué)生的實際生活，不利于學(xué)生綜合思維的全面提高。基于此，將STEM 理念與小學(xué)科學(xué)生活化實驗相融合就顯得非常必要，既能夠讓科學(xué)實驗內(nèi)容立足于學(xué)生的實際生活，調(diào)動學(xué)生的好奇心與探究欲望，又能夠促進(jìn)生活化實驗設(shè)計的全面性，給予學(xué)生全面的思考空間，幫助學(xué)生透過生活現(xiàn)象看到綜合性的本質(zhì)，從而增強(qiáng)科學(xué)實驗的趣味性。

（二）發(fā)展學(xué)生的思維能力

小學(xué)階段學(xué)生的思維能力正處于關(guān)鍵的發(fā)展時期，容易在抽象概念的學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)理解困難，生活化的實驗?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生將抽象理論與具象化的現(xiàn)象相結(jié)合，既降低了科學(xué)理論知識的理解難度，又發(fā)展了學(xué)生的抽象思維。然而，在當(dāng)前的教學(xué)活動中，科學(xué)實驗?zāi)Ｊ郊榷?，學(xué)生思維能力得不到有效鍛煉。以“光的直線傳播”這一實驗為例，一些教師在教學(xué)活動中會為學(xué)生預(yù)設(shè)好問題、研究材料與研究方法，學(xué)生只需要按部就班完成即可。然而，這樣的實驗教學(xué)的有效性是多少？學(xué)生又能否通過這樣的實驗過程將所學(xué)知識真正內(nèi)化呢？這種教學(xué)設(shè)計模式化傾向明顯，就如同下棋的棋譜，步驟沒錯、方法正確，理解透徹、使用恰當(dāng)可以成為破局的利器，但是如果按照“棋譜”按部就班、亦步亦趨地下棋，那么棋手便失去了自主分析和從實際出發(fā)的機(jī)會，活的實驗探究也就變成了死的程式。因此，在生活化科學(xué)實驗中融入STEM 理念，才能夠最大限度地提高實驗成果。STEM教育理念強(qiáng)調(diào)教育設(shè)計的綜合性，要求教師在生活化實驗的設(shè)計工作中體現(xiàn)出科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個方面，并在實驗實踐中給予學(xué)生提供足夠的探究自由，從而相對應(yīng)地發(fā)展學(xué)生四個方面的能力，這樣的教學(xué)設(shè)計能夠讓學(xué)生真正感受到科學(xué)實驗的魅力所在，拓展全面思維，發(fā)展綜合能力。

（三）推動理論與實踐相結(jié)合

小學(xué)階段，科學(xué)學(xué)科知識較為基礎(chǔ)，且多為學(xué)生在日常生活中所好奇的問題，然而在教學(xué)實踐中不難發(fā)現(xiàn)，科學(xué)教學(xué)無法提高學(xué)生科學(xué)知識的應(yīng)用能力，學(xué)生所學(xué)的理論難以對實踐活動進(jìn)行指導(dǎo)，而STEM 理論與小學(xué)科學(xué)生活化實驗相結(jié)合則可以有效解決這一問題。首先，這一教學(xué)設(shè)計幫助學(xué)生建立起理論與實踐的內(nèi)在聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生運用理論知識指導(dǎo)實驗活動，又在實驗活動中夯實理論知識，最終形成“生活—科學(xué)—生活”的學(xué)習(xí)閉環(huán)。其次，STEM理論具有較強(qiáng)的綜合性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)能力的全面發(fā)展，能夠幫助學(xué)生在實驗過程中不斷深入探究，同時為其他學(xué)科的學(xué)習(xí)活動打下堅實的基礎(chǔ)。

二、STEM 教育與小學(xué)科學(xué)生活化實驗深度融合應(yīng)當(dāng)遵循的原則

（一）主體性原則

隨著新課程改革的落實與推進(jìn)，“以生為本”的教育理念深入人心，在教學(xué)活動的方方面面都得到了充分體現(xiàn)，小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)也不例外。在STEAM 教育的融合背景下，主體性是小學(xué)科學(xué)生活化實驗的指導(dǎo)性原則之一。主體性原則要求教師在實驗設(shè)計中從學(xué)生的思維水平、認(rèn)知狀況、學(xué)習(xí)能力出發(fā)，充分考慮學(xué)生在學(xué)習(xí)與生活中的問題，讓實驗活動既符合學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況，又回答了學(xué)生存在的問題。不僅如此，主體性原則還要求教師在實驗過程中充分保障學(xué)生的主體地位，積極發(fā)揮自身的指導(dǎo)作用，在實驗過程中為學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題留下充足的時間與空間，當(dāng)學(xué)生在實驗活動中存在難以突破的問題時，教師也切莫將解決方法直接呈現(xiàn)給學(xué)生，而是要根據(jù)學(xué)生的思維發(fā)展?fàn)顩r為其搭建可供攀登的“學(xué)習(xí)支架”，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。

（二）循序漸進(jìn)性原則

小學(xué)階段學(xué)生的思維與能力有限，因此教師要想讓STEM與小學(xué)科學(xué)生活化實驗進(jìn)行深度融合，達(dá)到理想的教學(xué)成果，就應(yīng)該遵循循序漸進(jìn)原則。在教學(xué)設(shè)計中，從科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)四個方面著手，分析實驗活動的總?cè)蝿?wù)與總目標(biāo)，并適當(dāng)將目標(biāo)進(jìn)行拆解，將整體性的實驗活動拆解成一個一個的小任務(wù)，讓學(xué)生通過完成任務(wù)進(jìn)行深入思考，由淺入深、由易到難、一步一個腳印地展開學(xué)習(xí)活動。循序漸進(jìn)原則要求教師在教學(xué)設(shè)計中遵循學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律與身心發(fā)展規(guī)律，避免揠苗助長以及實驗任務(wù)過于容易或困難的情況發(fā)生。

（三）溝通合作原則

在傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生往往“各自為戰(zhàn)”，合作的設(shè)計與環(huán)節(jié)較少，在學(xué)習(xí)活動中缺乏溝通交流。然而，要想讓STEM教育與小學(xué)科學(xué)生活化實驗深入融合達(dá)到理想的成果，教師就需要加強(qiáng)學(xué)生之間的合作，遵循溝通合作原則。這是因為STEM 教育下的科學(xué)生活化實驗設(shè)計較為復(fù)雜與綜合，對學(xué)生的理解能力與思維能力都提出了較高要求。同時，在團(tuán)隊合作中，學(xué)生能夠從更全面的角度看待問題、提高認(rèn)知，發(fā)展團(tuán)隊協(xié)作能力，從而提高實驗完成效率。

三、STEM 教育與小學(xué)科學(xué)生活化實驗深入融合的實踐路徑

（一）創(chuàng)設(shè)生活情境，激發(fā)探究欲望

STEM教育具有較強(qiáng)的開放性，因此教師在與小學(xué)科學(xué)生活化實驗相融合的過程中，就可以適當(dāng)創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實生活情境，為學(xué)生營造出生產(chǎn)氛圍，共建自由真實的課堂環(huán)境。生活情境的創(chuàng)設(shè)既能夠減輕學(xué)生對科學(xué)實驗的畏難情緒，又能夠喚起學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)需求，從而引發(fā)工程任務(wù)實踐。因此，在生活化實驗創(chuàng)設(shè)工作中，教師需要立足于學(xué)生身邊的人、事、物，進(jìn)行科學(xué)合理導(dǎo)入，從而建立起科學(xué)知識與實際生活之間的內(nèi)在聯(lián)系。

以教科版小學(xué)科學(xué)《水到哪里去了》教學(xué)為例，教師可以從用濕布擦黑板、洗過手后手變干等真實的生活情景出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考這些現(xiàn)象背后的原因，并以現(xiàn)實情況為出發(fā)點，運用生活化實驗開展學(xué)習(xí)活動。不僅如此，教師需要運用生產(chǎn)實際情況，讓學(xué)生帶入工程師視角，自主考慮生活中物品的設(shè)計、功效以及達(dá)到實際用途的方式。例如，在《天氣》這一單元教學(xué)活動中，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生按照自己的需求改造溫度計，或者利用更安全的材料重新制作溫度計。不僅如此，教師還可以在教學(xué)活動中創(chuàng)設(shè)生活化的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生活現(xiàn)象進(jìn)行思考，運用實驗探究解決生活中存在的實際問題，如冬季將水帶入學(xué)校，水很容易變冷，從而引發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生自行設(shè)計保溫杯，學(xué)會立足生活情境展開科學(xué)有效的思考。諸如此類的教學(xué)設(shè)計都圍繞實際問題展開，有助于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，更是STEM 理念深度融合的重要基礎(chǔ)。

（二）圍繞工程問題設(shè)計實驗環(huán)節(jié)

隨著STEM 教育與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的深度融合逐漸發(fā)現(xiàn)，工程設(shè)計思路教學(xué)的引入能夠有效推進(jìn)STEM 知識融合。因此，在生活化實驗課堂教學(xué)中，教師可以聚焦“做出什么東西、怎么做會更好”等工程問題，從而保證STEM教學(xué)活動順利開展。教師需要在教學(xué)活動中幫助學(xué)生明確具體的問題類型，通過頭腦風(fēng)暴、思維導(dǎo)圖等方法，幫助學(xué)生將各種問題進(jìn)行分解與分類。在生活化實驗問題創(chuàng)設(shè)與構(gòu)建中，教師的著力點要放在工程學(xué)的思路引導(dǎo)方面，讓學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)思維發(fā)展，最終達(dá)到思想內(nèi)化。

以教科版小學(xué)科學(xué)《做一頂帽子》的教學(xué)實驗為例，教師需要先制定帽子設(shè)計的評價標(biāo)準(zhǔn)，將需求轉(zhuǎn)化為“做什么”“如何做”“為何這樣做”三個方面。例如，將帽子戴在頭上的舒適度轉(zhuǎn)變?yōu)橹谱髅弊拥牟牧线x擇、將帽子保護(hù)頭部的功能性轉(zhuǎn)化為帽子的形狀設(shè)計。這樣的教學(xué)設(shè)計能夠讓學(xué)生的實驗活動更具有指向性，對實驗內(nèi)容進(jìn)行不斷創(chuàng)新與探索，在自主探究的過程中把握重點，最終設(shè)計出符合要求的物品。

（三）強(qiáng)調(diào)綜合思維，避免形式主義

要想讓STEM 教育與科學(xué)生活化實驗進(jìn)行深度融合，教師需要理解STEM 教育的本質(zhì)，將原本孤立且分散的學(xué)科知識進(jìn)行整合處理，使其融合成為一個內(nèi)在聯(lián)系的整體，STEM 教育絕對不是簡單的疊加，而是各學(xué)科之間的交互共融。因此，教師在進(jìn)行生活化實驗設(shè)計時，需要注重不同維度和不同學(xué)科的知識應(yīng)用，避免簡單的生拉硬湊，同時，教師要鼓勵學(xué)生感受和提升不同學(xué)科知識內(nèi)核的水平，運用綜合思維分析問題、解決問題，而非將一個整體性的問題拆分成不同學(xué)科的知識點。

以《做個保溫杯》的教學(xué)為例，首先，教師可以在實驗教學(xué)開始之前讓學(xué)生思考：“如何讓熱水涼得慢一點？”引導(dǎo)學(xué)生從熱傳遞的角度展開頭腦風(fēng)暴，明確做一個保溫杯的目標(biāo)任務(wù)。其次，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過小組討論的形式，依據(jù)成本選出制作保溫杯的最佳材料。再次，教師可以讓學(xué)生合作共同繪制設(shè)計圖，根據(jù)四個維度的“保溫杯”評價量表進(jìn)行小組分工，共同完成制作。最后，當(dāng)制作過程中出現(xiàn)問題時，學(xué)生需要互幫互助，齊心協(xié)力地想出解決問題的方法。在這一過程中，學(xué)生經(jīng)歷了一個完整的實驗探究與工程設(shè)計過程，從明確任務(wù)到設(shè)計方案，再到計劃實施，學(xué)生的綜合思維得到了最大限度的鍛煉，科學(xué)素養(yǎng)也得到了切實性的提高。

（四）制定評價標(biāo)準(zhǔn)，推動全面發(fā)展

教學(xué)評價是教學(xué)活動的重要組成部分，二者相輔相成、共同促進(jìn)，在教學(xué)實踐中發(fā)揮著重要的作用。然而，在傳統(tǒng)的科學(xué)實驗評價過程中，教師的評價內(nèi)容往往過于簡單化，將實驗成果作為評價學(xué)習(xí)活動的唯一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致學(xué)生在生活化實驗過程中存在重結(jié)果、輕過程的問題，阻礙了未來的發(fā)展?；诖耍處熜枰谏罨瘜嶒炘u價標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建工作中避免簡單化與表面化，盡可能推動目標(biāo)多元化發(fā)展，結(jié)合實驗各個環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生具體的表現(xiàn)情況，讓教學(xué)評價既體現(xiàn)出量化評價，又反映出質(zhì)性評價內(nèi)容，推動二者之間的融合。不僅如此，在評價過程中，還需要打破傳統(tǒng)評價模式中以教師為主體的模式，增設(shè)“自我評價”“小組評價”等綜合內(nèi)容。針對學(xué)生組內(nèi)完成的作品，教師也可以從功能性、創(chuàng)意性以及美觀度等方面進(jìn)行評價。通過綜合性評價，學(xué)生不僅能夠收到全面的實驗反饋，還能夠明確自身在學(xué)習(xí)活動中存在的問題，及時查漏補缺。

四、結(jié)語

綜上所述，在新課程改革的背景下，STEM 教育與小學(xué)科學(xué)生活化實驗的深度融合已然成為大勢所趨。作為小學(xué)科學(xué)教育教學(xué)者，需要深度意識到這一教學(xué)設(shè)計的意義與優(yōu)勢，在實驗設(shè)計中遵循學(xué)生主體原則、循序漸進(jìn)原則以及共同合作原則，通過創(chuàng)設(shè)生活情境、圍繞工程問題、強(qiáng)調(diào)綜合思維以及制定評價標(biāo)準(zhǔn)等方法，以學(xué)科整合的項目式學(xué)習(xí)來實踐STEM 教育，真正培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、合作能力以及解決問題的能力。