STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略研究

【摘" 要】 STEM教育是綜合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識的一種綜合教育方式，突出學(xué)科之間的交叉滲透，從而提升課堂的有效性。STEM教育強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)之間的跨學(xué)科整合，并特別注重學(xué)生的實(shí)踐性、情境性、趣味性和協(xié)作性。文章旨在探討STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略。首先，文章對STEM教育的概念進(jìn)行了描述;接著，詳細(xì)闡述了STEM教育的理念和價值;最后，深入分析了基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略，這些策略包括強(qiáng)化跨學(xué)科融合、創(chuàng)新教學(xué)理念、構(gòu)建情境化學(xué)習(xí)環(huán)境以及豐富實(shí)踐活動。實(shí)踐結(jié)果表明，這些優(yōu)化策略能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，為小學(xué)科學(xué)教學(xué)的改革與發(fā)展提供了寶貴的參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】 STEM教育;小學(xué)科學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì);跨學(xué)科教學(xué)

一、STEM理念概述

STEM，即Science（科學(xué)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）、Technology（技術(shù)）四門學(xué)科的綜合，早在1986年，美國科學(xué)家就已開始探索STEM教育理念，其顯著的應(yīng)用效果得到了政府的大力支持。隨著我國對教育發(fā)展的日益重視，STEM教育理念逐漸被引入國內(nèi)，并得到了廣泛的普及和實(shí)踐應(yīng)用。STEM教育特點(diǎn)鮮明，強(qiáng)調(diào)整合性、體驗(yàn)性、探索性和合作性。

通常，小學(xué)階段的學(xué)科教育是在領(lǐng)域劃分后進(jìn)行針對性教學(xué)，而STEM教育理念則強(qiáng)調(diào)多門學(xué)科的思想整合。相較于傳統(tǒng)的“填鴨式”教育，STEM教育更具先進(jìn)性。因此，小學(xué)教師在進(jìn)行科學(xué)教學(xué)時，應(yīng)摒棄傳統(tǒng)的教學(xué)模式，結(jié)合STEM教育理念，融合多門學(xué)科的思想優(yōu)勢，產(chǎn)生思想關(guān)聯(lián)，從而促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科的發(fā)展，打下堅(jiān)實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)。

STEM教育理念尤其注重學(xué)生面對疑難問題時的自主解決能力。在多學(xué)科綜合學(xué)習(xí)過程中，教師應(yīng)針對學(xué)生的問題進(jìn)行引導(dǎo)式解決和鼓勵，逐步培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐和自主創(chuàng)新能力。由此可見，STEM理念在小學(xué)科學(xué)教育中具有極高的重要性?；赟TEM教育理念，小學(xué)生可以更高效地掌握科學(xué)知識，強(qiáng)化邏輯思維，并在輕松愉悅的科學(xué)課堂中獲得成長，這將有助于小學(xué)科學(xué)教學(xué)效率和質(zhì)量的大幅提升。

二、開展STEM教育的必要性

首先，從中華民族偉大復(fù)興的宏偉目標(biāo)出發(fā)，立足于培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人，開展STEM教育是至關(guān)重要的。STEM教育不僅能夠有效提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，還能深入發(fā)展學(xué)生的四種關(guān)鍵能力，即認(rèn)知能力、創(chuàng)新能力、合作能力和職業(yè)能力，是培育復(fù)合型、創(chuàng)新型人才不可或缺的教育形式。

其次，從學(xué)校內(nèi)涵發(fā)展與品質(zhì)提升的角度出發(fā)，基于構(gòu)建涼州區(qū)發(fā)放鎮(zhèn)九年制學(xué)校“文溪雅荷之雅行樂學(xué)”課程體系的考量，為了營造有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教育環(huán)境，開展STEM教育勢在必行。STEM教育不僅豐富了學(xué)?！拔南藕芍判袠穼W(xué)”課程體系的內(nèi)容，還為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)提供了具體的實(shí)施途徑，極大地推動了學(xué)校內(nèi)涵發(fā)展與品質(zhì)提升，是激發(fā)學(xué)生潛能、促進(jìn)內(nèi)涵式發(fā)展的必要教育手段。

最后，從學(xué)生全面與多元發(fā)展的角度出發(fā)，基于挖掘和發(fā)展學(xué)生愛好與興趣的需求，為了營造基于個性化發(fā)展的教育環(huán)境，開展STEM教育具有重要意義。STEM教育不僅能夠激發(fā)理科生的學(xué)習(xí)興趣，還能有效培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的動手實(shí)踐能力，特別是提升他們解決問題的能力。STEM教育不僅為學(xué)校內(nèi)涵發(fā)展定位，更為學(xué)生個體的未來就業(yè)“把脈”，是滿足新時代人們對優(yōu)質(zhì)教育需求的關(guān)鍵教育形式。

三、STEM教育理念的價值

（一）提升教學(xué)效率

在小學(xué)科學(xué)課堂上，教師應(yīng)用STEM教育理念可以引導(dǎo)學(xué)生成為課堂的主體，指導(dǎo)學(xué)生用心觀察、獨(dú)立思考、合作討論、體驗(yàn)實(shí)踐，讓學(xué)生通過參與課堂活動深入理解和感悟自然現(xiàn)象與客觀規(guī)律。當(dāng)科學(xué)客觀規(guī)律通過學(xué)生的用心觀察、獨(dú)立思考、合作討論和體驗(yàn)實(shí)踐得出時，學(xué)生對科學(xué)知識的記憶程度、理解深度和掌握的靈活性都會遠(yuǎn)超于單純講授所得。因此，應(yīng)用STEM教育理念能夠有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，并提高課堂教學(xué)效率。

（二）提升教師實(shí)力

相較于常規(guī)教育模式，應(yīng)用STEM教育理念對教師而言確實(shí)更具挑戰(zhàn)性。教師需要具備將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的多學(xué)科知識進(jìn)行有效融合的能力，并在小學(xué)科學(xué)課堂上將這些知識與地理、歷史等其他學(xué)科知識相融合進(jìn)行講解。同時，教師還需將這些融合的知識以趣味化的方式呈現(xiàn)，以確保學(xué)生能夠保持濃厚的學(xué)習(xí)興趣。因此，為了有效發(fā)揮STEM教育理念的價值，教師需要不斷拓寬自己的知識面，持續(xù)提升自身的綜合能力和教學(xué)技巧。

四、STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

（一）在教學(xué)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)學(xué)科融合

STEM教育以其顯著的跨學(xué)科融合特點(diǎn)，要求小學(xué)科學(xué)教師特別注重小學(xué)科學(xué)與其他學(xué)科知識的融會貫通。教師需要運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等方面的知識融入小學(xué)科學(xué)課堂，實(shí)現(xiàn)課堂領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)科融合，從而全面促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的知識關(guān)聯(lián)性，因此，在小學(xué)科學(xué)課堂中，教師應(yīng)為學(xué)生提供充足的實(shí)踐機(jī)會，借助全媒體教學(xué)工具，不斷創(chuàng)新多元化的教學(xué)模式。通過學(xué)科之間的知識點(diǎn)進(jìn)行交互式碰撞，教師可以開拓學(xué)生的思維，深化學(xué)生對科學(xué)知識的探究和理解。讓學(xué)生在學(xué)科交叉與碰撞中，夯實(shí)科學(xué)課堂的理論基礎(chǔ)，發(fā)展學(xué)生綜合學(xué)習(xí)的能力。

舉例而言，在學(xué)習(xí)“下雨天先看到閃電再聽到雷聲”的科學(xué)原理時，教師應(yīng)探究與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)知識。例如，“在比賽長跑的開始階段，發(fā)令槍的煙霧與槍聲哪個速度更快？”這一問題實(shí)際上涉及的是物理學(xué)和工程學(xué)的內(nèi)容。以上兩個問題分別關(guān)聯(lián)于自然科學(xué)和工程學(xué)，它們之間的共通點(diǎn)是“光速比聲速快”。教師可以利用這一理論知識，將兩個知識點(diǎn)進(jìn)行綜合講解，并進(jìn)一步拓展學(xué)生的知識領(lǐng)域，如“有色煙霧”“發(fā)光火藥”等技術(shù)層面的知識。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)、工程、技術(shù)三者的跨學(xué)科知識融合，開展整體性、系統(tǒng)化的關(guān)聯(lián)性教學(xué)。因此，小學(xué)科學(xué)教師應(yīng)深刻認(rèn)識到STEM教育理念的跨學(xué)科融合特點(diǎn)，積極實(shí)現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間的相互交叉和融合，以豐富學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知，拓寬學(xué)生的學(xué)科視野，為學(xué)生的深度學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生在未來學(xué)習(xí)中的終身發(fā)展。

（二）在教學(xué)設(shè)計(jì)中更新STEM教學(xué)理念

STEM教育理念和素質(zhì)教育理念的貫徹落實(shí)，不僅為小學(xué)科學(xué)教學(xué)帶來了理念上的創(chuàng)新，還極大地豐富了教學(xué)方法和策略。這些改革在提升學(xué)生參與科學(xué)活動積極性的同時，也幫助他們樹立了正確的科學(xué)態(tài)度，并顯著提升了他們的動手能力。因此，在小學(xué)科學(xué)課堂中，教師應(yīng)積極更新和采納STEM的創(chuàng)新性教學(xué)理念。

一方面，教師應(yīng)實(shí)現(xiàn)STEM教育理念與素質(zhì)教育理念的統(tǒng)一。STEM教育的核心在于科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一，它是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題能力的有效途徑。這一具有深遠(yuǎn)意義和影響力的教學(xué)理念，要求小學(xué)科學(xué)課堂實(shí)現(xiàn)這四個學(xué)科的有機(jī)整合。通過跨學(xué)科融合的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索欲望，進(jìn)而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維。另一方面，教師應(yīng)創(chuàng)新小學(xué)科學(xué)的課堂教學(xué)策略。小學(xué)科學(xué)是一門涉及多學(xué)科知識的綜合性課程，教師不應(yīng)局限于科學(xué)知識的教學(xué)，而應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從全方位、多角度分析并解決問題。通過創(chuàng)新教學(xué)策略，教師可以充分發(fā)揮STEM教育的優(yōu)勢，使小學(xué)科學(xué)教學(xué)更加生動、有趣和有效。

舉例而言，在教授“制作計(jì)時器”相關(guān)知識時，教師應(yīng)首先明確學(xué)生的具體任務(wù)是“制作計(jì)時器”。根據(jù)學(xué)生的年齡特點(diǎn)和身心發(fā)展規(guī)律，教師可以將學(xué)生分為若干個學(xué)習(xí)小組，以小組合作的形式開展計(jì)時器的制作活動。在活動過程中，教師應(yīng)及時給予學(xué)生指導(dǎo)和幫助，鼓勵他們自主探究擺鐘的工作原理。教師通過展示擺鐘的工程圖，利用視頻、動態(tài)圖片等多媒體形式，可以直觀地讓學(xué)生理解擺鐘的運(yùn)作機(jī)制，并教授他們計(jì)數(shù)器的制作方法。因此，教師應(yīng)充分發(fā)揮STEM教育的優(yōu)勢，利用多學(xué)科知識的融合，為學(xué)生創(chuàng)造豐富的實(shí)踐機(jī)會。

（三）在教學(xué)情境設(shè)計(jì)中營造立體化的STEM學(xué)習(xí)情境

小學(xué)科學(xué)課堂應(yīng)著重從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的角度出發(fā)，結(jié)合其綜合性、實(shí)用性的特點(diǎn)，有效整合跨學(xué)科的教學(xué)資源。教師應(yīng)借助信息化的教學(xué)手段，努力創(chuàng)造STEM教學(xué)情境，充分考慮小學(xué)生的實(shí)際情況，以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性和興趣。小學(xué)生受年齡因素的影響，對周圍事物往往有強(qiáng)烈的好奇心，但注意力也容易分散。鑒于小學(xué)科學(xué)課堂與技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科緊密相連，教師應(yīng)深入分析小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，對教學(xué)資源進(jìn)行深度優(yōu)化和整合。在全媒體時代，教師可以利用豐富的網(wǎng)絡(luò)信息資源，為學(xué)生篩選出高質(zhì)量的科學(xué)學(xué)科材料。同時，借助云端、微課、慕課等現(xiàn)代教育技術(shù)，教師可以創(chuàng)設(shè)形象化、立體化的STEM學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生在這種情境中發(fā)揮主觀能動性，積極參與科學(xué)實(shí)踐活動，從而更好地掌握科學(xué)知識，提升科學(xué)素養(yǎng)。

舉例而言，在學(xué)習(xí)《影子》這節(jié)課時，教師應(yīng)充分結(jié)合課程的實(shí)踐性特點(diǎn)，組織學(xué)生在晴朗的天氣下參觀校園。引導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)場觀察的方法，確定太陽的高度和位置，教授學(xué)生使用如“平臂疊拳法”等有效的科學(xué)方法，來測量太陽當(dāng)時的高度，并示范正確的測量方法，確保學(xué)生正確操作。同時，鼓勵學(xué)生及時記錄太陽高度和位置的變化。通過觀察與測量，學(xué)生能夠深入理解和掌握本節(jié)課“影子”的關(guān)鍵知識點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)，確定討論主題“太陽影子的變化規(guī)律”，并圍繞這一主題引導(dǎo)學(xué)生開展有序的討論。這樣的教學(xué)活動為學(xué)生營造了一個立體化的STEM教學(xué)情境，不僅有助于學(xué)生深入理解科學(xué)知識，還能提升他們對小學(xué)科學(xué)的興趣，從而打造高效的小學(xué)科學(xué)課堂。

（四）組織豐富的社會實(shí)踐活動

STEM教學(xué)具有綜合性和實(shí)踐性，小學(xué)科學(xué)課程側(cè)重于培養(yǎng)小學(xué)生的動手操作能力。因此，教師應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生之間的合作探究，為學(xué)生提供豐富的社會實(shí)踐活動，以加強(qiáng)學(xué)生的動手操作能力。小學(xué)生正處于認(rèn)知能力和動手操作能力發(fā)展的啟蒙期，對部分實(shí)踐活動無法完成，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在社會活動中尋求同學(xué)的幫助，以組建團(tuán)隊(duì)的方式，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的團(tuán)結(jié)協(xié)作，在激發(fā)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生的動手操作能力，并能夠有效地將課堂上的理論知識應(yīng)用到日常生活和學(xué)習(xí)中。

舉例而言，在學(xué)習(xí)“河流對土地的作用”相關(guān)科學(xué)知識時，教師應(yīng)為學(xué)生提供現(xiàn)場型的演示實(shí)驗(yàn)，借助電子白板等信息化技術(shù)手段，為學(xué)生模擬出“河流沖擊土地”的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)對小學(xué)生而言有一定的難度，涉及復(fù)雜的材料準(zhǔn)備和動手操作程序，并且對沖擊實(shí)驗(yàn)的記錄要求準(zhǔn)確。因此，教師應(yīng)根據(jù)小學(xué)生的科學(xué)水平和學(xué)習(xí)能力，將學(xué)生分為多個學(xué)習(xí)小組，組織學(xué)生在小組內(nèi)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)。小組合作學(xué)習(xí)應(yīng)注重討論交流的質(zhì)量和順序，堅(jiān)持小組成員在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的主體地位，并充分發(fā)揮每一位學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)和特長。擅長書寫并速度較快的學(xué)生可以負(fù)責(zé)記錄實(shí)驗(yàn)書庫，動手能力強(qiáng)的學(xué)生可以主持實(shí)驗(yàn)的模擬活動。本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)活動能夠有效激發(fā)學(xué)生對科學(xué)實(shí)驗(yàn)的參與度，并提升學(xué)生間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新思維。

五、結(jié)語

本研究深入探討了STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，不僅深化了對STEM教育理念的理解，還為小學(xué)科學(xué)教學(xué)的改革與發(fā)展提供了全新的視角和策略。經(jīng)過一系列的實(shí)踐探索，跨學(xué)科融合、創(chuàng)新性教學(xué)、情境化學(xué)習(xí)環(huán)境以及實(shí)踐體驗(yàn)式學(xué)習(xí)等策略在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的有效應(yīng)用，已經(jīng)顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。需要強(qiáng)調(diào)的是，教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是一個持續(xù)不斷的過程，它要求教師在實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)與反思。隨著科技的日新月異和教育理念的持續(xù)更新，教師需繼續(xù)深入研究，不斷完善和優(yōu)化小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)，以確保其能夠緊密適應(yīng)時代發(fā)展的需要，從而培養(yǎng)出更多具備創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才。

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