踐行STEM教育理念面臨的挑戰(zhàn)

王文啟

〔摘? ? 要〕? STEM教育是跨學(xué)科的整合，融科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)于一體。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出：小學(xué)科學(xué)致力于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)及科學(xué)探究能力。將STEM教育理念融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)，有助于促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展。本文通過小學(xué)科學(xué)教育中STEM教育理念的實(shí)踐研究，嘗試分析小學(xué)科學(xué)教學(xué)應(yīng)用STEM教育理念的現(xiàn)狀、價(jià)值所在和未來(lái)挑戰(zhàn)，并有針對(duì)性地提出了小學(xué)科學(xué)教學(xué)中STEM教育理念的應(yīng)用策略。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；STEM教育理念；踐行

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 02? ? 070-072

STEM教育以學(xué)生為中心、以工程設(shè)計(jì)為主導(dǎo)、以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)施教育，教學(xué)過程中注重創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境解決實(shí)際問題，非常有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和解決實(shí)際問題能力的提高。如果將STEM教育和小學(xué)科學(xué)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，加強(qiáng)小學(xué)科學(xué)教學(xué)中STEM教育理念的應(yīng)用，將有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

一、STEM教育與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀

（一）STEM教育概述

STEM教育，是融科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科知識(shí)于一體，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識(shí)整合應(yīng)用的一種教學(xué)方式。其中，“科學(xué)”指科學(xué)素養(yǎng)，即應(yīng)用科學(xué)知識(shí)認(rèn)識(shí)世界發(fā)展規(guī)律的能力；“技術(shù)”指技術(shù)素養(yǎng)，即應(yīng)用各種操作技術(shù)解決實(shí)際生活問題的能力；“工程”指工程素養(yǎng)，即工程技術(shù)開發(fā)和設(shè)計(jì)的能力；“數(shù)學(xué)”指數(shù)學(xué)素養(yǎng)，即解決數(shù)學(xué)問題過程中的思維能力。

STEM教育的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是開放性。STEM教育弱化了相關(guān)知識(shí)內(nèi)容記憶部分，強(qiáng)化了運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，有助于引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)從知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。二是綜合性。STEM教育融科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)于一體，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)學(xué)科知識(shí)的整合，將原本分散的知識(shí)按照課程邏輯重新架構(gòu)，形成了一個(gè)有機(jī)整體。三是實(shí)踐性。STEM教育理念旨在提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，而不單單是學(xué)會(huì)具體的知識(shí)，所以，非常強(qiáng)調(diào)要讓學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中學(xué)習(xí)新知識(shí)，掌握新技能。四是豐富性。STEM教育實(shí)現(xiàn)了不同學(xué)科的交叉聯(lián)系，豐富了教學(xué)的層次和深度，從而為不同能力和素質(zhì)水平的學(xué)生提供了多元化的目標(biāo)追求。

（二）小學(xué)科學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀

小學(xué)科學(xué)課程主要是通過探究式學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生端正科學(xué)態(tài)度、學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、掌握科學(xué)方法，并實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的。通過小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)，可以最大限度地為每一位學(xué)生提供公平的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，滿足不同背景學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的需要，并培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神及科學(xué)實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

從目前來(lái)看，小學(xué)科學(xué)課程資源開發(fā)和利用程度還不到位，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還存在比較大的差距。之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，關(guān)鍵原因在于教育模式和教育理念的落后。教師在枯燥的課堂上講授抽象的科學(xué)知識(shí)，會(huì)在一定程度上削弱學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的積極性。因此，為了進(jìn)一步促進(jìn)小學(xué)科學(xué)課程資源的開發(fā)和利用，有必要引入先進(jìn)的STEM教育理念，改革創(chuàng)新小學(xué)科學(xué)教學(xué)模式。把STEM教育理念應(yīng)用到小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，是小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)改革創(chuàng)新的有益探索。

二、STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的價(jià)值體現(xiàn)

STEM教育與小學(xué)科學(xué)課程都強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、調(diào)查研究、小組合作學(xué)習(xí)等教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。這些特點(diǎn)為STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)教學(xué)的應(yīng)用提供了有利的條件，其價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（一）有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣

在小學(xué)階段，學(xué)生相對(duì)年紀(jì)較小，剛開始對(duì)科學(xué)產(chǎn)生認(rèn)知，學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣培養(yǎng)尤顯重要。而如果小學(xué)科學(xué)教學(xué)大多采用教師講、學(xué)生聽的固有教學(xué)模式，容易使學(xué)生對(duì)科學(xué)課程產(chǎn)生枯燥、乏味的印象，不利于其學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。STEM教育理念注重在教學(xué)過程中融入學(xué)生感興趣的元素，利用科技、動(dòng)畫甚至游戲來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。將STEM教育理念有機(jī)融入小學(xué)科學(xué)教學(xué)，更有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的思想情感，使學(xué)生在解決問題時(shí)由被動(dòng)地聽教師講，轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)生自主探究的渴望與學(xué)習(xí)動(dòng)力。

教師請(qǐng)兩組學(xué)生來(lái)做這個(gè)游戲，Ａ組學(xué)生模擬物質(zhì)“微粒”，緊挨在一起站立。Ｂ組同學(xué)手拉手盡量緊地將Ａ組同學(xué)圍在中間。

教師發(fā)號(hào)施令：“物體熱起來(lái)了，請(qǐng)Ａ組同學(xué)走動(dòng)起來(lái)，讓‘微?！铀龠\(yùn)動(dòng)起來(lái)?！?/p>

隨著Ａ組學(xué)生的走動(dòng)，Ｂ組學(xué)生不得不擴(kuò)大圍起來(lái)的圈子，給Ａ組學(xué)生提供運(yùn)動(dòng)的空間，這正模擬了“微粒”運(yùn)動(dòng)加速物質(zhì)膨脹的原理。

教師再發(fā)號(hào)施令：“物體溫度更高了，‘微?！咚龠\(yùn)動(dòng)，請(qǐng)Ａ組同學(xué)盡情快樂舞動(dòng)起來(lái)，跳吧，歡樂地跳起舞吧！”

Ａ組學(xué)生個(gè)個(gè)興高采烈地扭動(dòng)起來(lái)，在歡樂的氛圍中，Ｂ組學(xué)生不得不拉直了雙手給A組學(xué)生提供盡可能大的空間。學(xué)生在氣氛歡樂的情境表演中非常直觀地探究了“熱脹冷縮”的原理。

（二）有助于提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力

STEM教育以任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式實(shí)施教育，注重引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題后開展探索式研究性學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中探究解決問題的途徑，并且在研究過程中利用多門學(xué)科知識(shí)，綜合分析和解決實(shí)際問題，促進(jìn)學(xué)生溝通、合作、組織、發(fā)散性思維能力、綜合能力得到發(fā)展。因此，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中融入STEM教育理念，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)技能解決實(shí)際問題的能力。

例如，教學(xué)《用紙?jiān)煲蛔鶚颉?，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，教師可以設(shè)計(jì)一次“紙橋”制作的比賽，比一比哪個(gè)小組造的“紙橋”承重力最好。學(xué)生需要分小組合作，應(yīng)用學(xué)過的物理原理認(rèn)真研討“紙橋”造型上采用哪些形狀能提高承重力。為達(dá)到一定的跨度要求，學(xué)生要應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，還要應(yīng)用美術(shù)繪圖技巧畫出設(shè)計(jì)圖。然后，再根據(jù)設(shè)計(jì)方案圖紙，動(dòng)手用紙張來(lái)制作構(gòu)件，分工合作制作出拱形橋、雙層瓦楞橋、紙管板橋等。所以，“紙橋”看似簡(jiǎn)單，而其中包含科技、工程技術(shù)以及數(shù)學(xué)甚至美術(shù)知識(shí)。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生串聯(lián)了各學(xué)科知識(shí)，不僅造出了形態(tài)美觀而且能夠承載較大重量的“紙橋”，更鍛煉了他們綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

（三）有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神

無(wú)論是小學(xué)科學(xué)課程，還是STEM教育，其教學(xué)目的都是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。而STEM教育理念更加注重以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以及問題解決為導(dǎo)向的課堂學(xué)習(xí)方式，更加注重學(xué)生解決問題的方法。讓學(xué)生在自主發(fā)現(xiàn)問題后，利用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等知識(shí)一步步地解決問題，并采用理性的方法來(lái)驗(yàn)證解決效果。從而不斷提高學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神的目的。

例如，《擺的快慢》教學(xué)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生大膽猜測(cè)，擺的快慢與哪些因素可能有關(guān)聯(lián)？并根據(jù)自己掌握的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)大膽猜測(cè)這些因素如何影響擺的快慢，寫下自己的猜測(cè)，小組合作實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜測(cè)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析影響擺的快慢的因素并得出結(jié)論。物理學(xué)家牛頓說(shuō)過：沒有大膽的猜測(cè)就沒有偉大的發(fā)現(xiàn)。猜測(cè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的科學(xué)探究方法，有利于發(fā)展學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。

三、小學(xué)科學(xué)教學(xué)踐行STEM教育理念面臨的挑戰(zhàn)

STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的融合，能夠有效地轉(zhuǎn)變應(yīng)試教育模式下“重知識(shí)、輕能力”的狀況。但是，實(shí)現(xiàn)STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的融合也面臨著諸多挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

一是師資力量匱乏。應(yīng)該看到，我國(guó)現(xiàn)有教師資源大多是在傳統(tǒng)教育模式下培養(yǎng)出來(lái)的，甚至許多學(xué)校科學(xué)課都是其他學(xué)科教師兼任的。再加上STEM教育理念引入我國(guó)實(shí)施的時(shí)間比較短，有能力進(jìn)行STEM教育實(shí)踐的教師數(shù)量非常有限，師資力量相對(duì)匱乏。

二是課程支持不足。STEM教育注重解決實(shí)際問題，教學(xué)過程以任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行，現(xiàn)有相關(guān)支持STEM課程的教材比較少，相關(guān)試驗(yàn)環(huán)境比較有限，而鑒于國(guó)情不同，直接采用國(guó)外相關(guān)教材也并不完全合適。

三是教學(xué)手段單一、模式僵化。STEM教育理念強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，但受傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響和束縛，很多科學(xué)教師在教學(xué)過程中仍舊以教為主，更有甚者，臨近考試時(shí)，要求學(xué)生死記硬背。教學(xué)手段單一、教學(xué)模式僵化，忽視學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng)，因而產(chǎn)生教學(xué)效果差、學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣等問題。

以上問題的存在，在一定程度上影響和制約了小學(xué)科學(xué)教學(xué)中STEM教育理念應(yīng)用的改革步伐。

四、小學(xué)科學(xué)教學(xué)踐行STEM教育理念的方法

（一）加強(qiáng)對(duì)教師的培養(yǎng)

要在小學(xué)教育階段有效開展STEM教育，關(guān)鍵在于要有充足的師資力量。從這個(gè)角度看，要實(shí)現(xiàn)小學(xué)科學(xué)教學(xué)中對(duì)STEM教育理念的應(yīng)用，首先就需要加強(qiáng)對(duì)教師的培養(yǎng)力度。筆者認(rèn)為，可以從以下幾個(gè)方面著手。一是教育管理部門要制定STEM課程教師資格認(rèn)證制度，確保相應(yīng)的上崗教師的教學(xué)能力能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)的基本要求；二是學(xué)校要針對(duì)STEM教育的要求制訂相應(yīng)的教師培養(yǎng)方案，讓單科教師掌握STEM教育理念的綜合知識(shí)體系，提升跨學(xué)科教學(xué)能力；三是教師要樹立STEM教育理念，勇于沖破傳統(tǒng)教育模式的束縛，不斷推進(jìn)課程教學(xué)創(chuàng)新，成為STEM教育理念的實(shí)踐者。

（二）優(yōu)化小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)

盡管小學(xué)科學(xué)課程與STEM教育的教學(xué)目的都是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，但相較而言，STEM教育理念強(qiáng)調(diào)知識(shí)和技能的應(yīng)用。從這個(gè)角度看，還需要持續(xù)優(yōu)化小學(xué)科學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)。

為此，可以從以下幾個(gè)方面著手。一是教學(xué)過程中要以任務(wù)項(xiàng)目為導(dǎo)向。在具體教學(xué)實(shí)踐中，教師不應(yīng)再以具體的知識(shí)講授為教學(xué)重點(diǎn)，而應(yīng)以具體的任務(wù)項(xiàng)目為中心，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)知識(shí)。二是注重任務(wù)項(xiàng)目的實(shí)踐性。STEM教育理念強(qiáng)調(diào)解決實(shí)際問題，因此，在具體教學(xué)實(shí)踐中，相關(guān)任務(wù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，要注重實(shí)踐性，強(qiáng)調(diào)貼近生活實(shí)際，以便更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。三是建立科學(xué)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系。STEM教育的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，因此，傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)方式不再適用，這就需要建立科學(xué)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，對(duì)教師的教學(xué)效果進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)。

（三）創(chuàng)新小學(xué)科學(xué)教學(xué)方式

STEM教育理念強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過程中通過學(xué)生自主探究來(lái)解決實(shí)際問題，從這個(gè)角度看，要實(shí)現(xiàn)STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，還應(yīng)積極創(chuàng)新教學(xué)方式和手段。具體而言，可以從以下幾個(gè)方面著手。一是增加可行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過增加科學(xué)實(shí)驗(yàn)，既可以讓學(xué)生通過自己動(dòng)手來(lái)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)科學(xué)知識(shí)的理解和記憶，也可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和探究精神。二是學(xué)科之間的相互融合。很多實(shí)際問題都涉及多門學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，因此，在教學(xué)過程中，教師要有意識(shí)地將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多門學(xué)科的相關(guān)知識(shí)融合在一起，從而更有利于學(xué)生理解。三是運(yùn)用學(xué)生身邊的資源進(jìn)行教學(xué)。教師在教學(xué)過程中要拓寬思路，有意識(shí)地運(yùn)用學(xué)生身邊的教學(xué)資源，這樣，既能激發(fā)學(xué)生的好奇心，也能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。

科技是第一生產(chǎn)力，國(guó)家的發(fā)展與國(guó)家的科技水平密切相關(guān)。從這個(gè)角度出發(fā)，將STEM教育與小學(xué)科學(xué)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中踐行STEM教育理念，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)實(shí)施科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的新生力量，這正是科學(xué)教育的使命所在。

參考文獻(xiàn)

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