設(shè)計“做一頂帽子”的STEM教學(xué)活動

〔摘" "要〕" 當(dāng)前小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)存在諸多問題，尤其是過分注重理論知識的傳授而缺少對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。而新課標(biāo)對小學(xué)科學(xué)教學(xué)方式提出更高要求，更加注重對學(xué)生工程思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教師若能在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中滲透STEM理念，創(chuàng)建與STEM相關(guān)的科學(xué)實踐活動，則有利于提高小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)的質(zhì)效，進(jìn)而提升學(xué)生的科學(xué)能力素養(yǎng)。本文以“做一頂帽子”活動為例，就STEM在小學(xué)科學(xué)教學(xué)的呈現(xiàn)形式、實踐意義及應(yīng)用流程進(jìn)行探析，并對STEM項目式學(xué)習(xí)進(jìn)行反思，為STEM理念改善科學(xué)課例教學(xué)提供一個參考方向。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；STEM；教學(xué)；實踐

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2024）" 20" " 076-078

小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的重要載體。但小學(xué)科學(xué)課堂仍存在過分注重理論知識的灌輸而忽視實踐能力的培養(yǎng)等問題。2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》首次提出小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科概念，對課堂教學(xué)方式有了更新的要求。 新課標(biāo)要求小學(xué)科學(xué)教師應(yīng)創(chuàng)建豐富的科學(xué)教育活動，促使學(xué)生從多重角度出發(fā)，結(jié)合不同學(xué)科的知識原理進(jìn)行高效的跨學(xué)科學(xué)習(xí)。而STEM教育理念強(qiáng)調(diào)小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科綜合性的特點(diǎn)，對于該學(xué)科的課堂實踐教學(xué)提出更新的要求。教師需要更加注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合實踐能力，從而使其逐漸形成較強(qiáng)的科學(xué)綜合素養(yǎng)。新課程標(biāo)準(zhǔn)與STEM教育理念相契合，這就要求跨學(xué)科教學(xué)的設(shè)計與實施需要在課堂教學(xué)過程中不斷構(gòu)建。因此，在新課標(biāo)指導(dǎo)下，教師應(yīng)努力找準(zhǔn)小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)與STEM教育相融合的生長點(diǎn)，用STEM理念為小學(xué)科學(xué)課例開發(fā)研究賦能。

一、STEM在小學(xué)科學(xué)課堂的呈現(xiàn)形式

在我國小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中廣泛應(yīng)用STEM教育理念，各個地區(qū)對其應(yīng)用和探討存在一定的差異，但其呈現(xiàn)出來的表現(xiàn)形式主要有以下三種：

一是創(chuàng)建問題情境。教師在實際教學(xué)過程中，帶著相關(guān)目的創(chuàng)建具有問題情境的真實場景，增強(qiáng)學(xué)生參與教學(xué)活動的體驗，從而幫助學(xué)生深刻理解教材的內(nèi)容，促進(jìn)他們科學(xué)素養(yǎng)能力的發(fā)展。

二是項目式學(xué)習(xí)。教師通過規(guī)劃驅(qū)動任務(wù)，將學(xué)生作為項目式學(xué)習(xí)和操作的主體，把學(xué)習(xí)知識和解決問題有機(jī)結(jié)合起來，實現(xiàn)某個目標(biāo)或解決某個問題。教師作為引導(dǎo)者，根據(jù)項目情況給學(xué)生提供適切的學(xué)習(xí)支架，促使學(xué)生知識遷移，高效地完成項目任務(wù)。

三是工程設(shè)計學(xué)習(xí)。工程設(shè)計主要是依據(jù)工程的要求，全面分析和探討工程設(shè)計中涉及的相關(guān)技術(shù)、工藝參數(shù)、經(jīng)濟(jì)支持等條件之后，編制與之相符合的技術(shù)文件。對于工程設(shè)計學(xué)習(xí)，教師應(yīng)結(jié)合教材內(nèi)容，將課堂所涉及的相關(guān)科學(xué)知識或方法，通過有效構(gòu)建，制訂相匹配的教學(xué)方案，靈活地開展與之相關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)活動。

二、STEM在小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)的意義

STEM教育理念應(yīng)用于科學(xué)課堂教學(xué)，可使課堂更富有趣味性、學(xué)生的參與度更高。學(xué)生在實踐中學(xué)會自主思考，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新靈感。教師巧妙地應(yīng)用STEM創(chuàng)建多樣化的科學(xué)活動，促使學(xué)生結(jié)合多學(xué)科知識進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)，有意識地培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科探究意識，進(jìn)而鍛煉學(xué)生的動手實踐能力。因此，教師若能借鑒優(yōu)秀的STEM教學(xué)案例，合理設(shè)計課程活動流程，對于小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)具有以下實踐價值。

（一）體現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)多數(shù)以教師講授為主，教學(xué)活動缺少學(xué)生的探究過程。新課程標(biāo)準(zhǔn)指出，小學(xué)科學(xué)是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，具有很強(qiáng)的實踐操作性。課堂教學(xué)要以學(xué)生為主體，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。而STEM教育是一種新型的教學(xué)模式，要求引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗探究活動，增強(qiáng)學(xué)生參與探究的體驗感，進(jìn)而提升學(xué)生的探究能力。這與新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求不謀而合，很好地順應(yīng)了新課標(biāo)的發(fā)展趨勢。

（二）增強(qiáng)學(xué)生的合作意識

在教學(xué)過程中，教師通過整合STEM教學(xué)應(yīng)用模式，創(chuàng)設(shè)有目的的情境，采用任務(wù)驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作的方式，不斷交流討論，碰撞思維的火花，運(yùn)用所學(xué)的科學(xué)知識解決實際問題，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的合作意識，提升學(xué)生自主探索的能力，逐漸形成良好的科學(xué)素養(yǎng)。

（三）提升教師的專業(yè)素養(yǎng)與能力

課堂教學(xué)是否高效與教師的專業(yè)素養(yǎng)與能力息息相關(guān)。傳統(tǒng)的教學(xué)理念與模式，極大地限制了科學(xué)課堂的有效開展。STEM理念提倡在教學(xué)過程中有效融合多學(xué)科教學(xué)，這就無形中鞭策教師不斷更新教學(xué)理念，努力突破自身存在的短板。教師除了要不斷提高自身科學(xué)專業(yè)知識以外，還要不斷創(chuàng)新教學(xué)手段，優(yōu)化教學(xué)過程，提升教學(xué)實踐能力，進(jìn)而提升專業(yè)素養(yǎng)。

三、STEM在小學(xué)科學(xué)課例教學(xué)中的應(yīng)用流程

STEM 理念下的教學(xué)設(shè)計是依據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的一種教學(xué)實踐，需要創(chuàng)設(shè)真實的學(xué)習(xí)環(huán)境，在課堂實踐中不斷吸收新的知識并有效消化，從而促進(jìn)知識的應(yīng)用。以小組合作的方式來進(jìn)行項目式學(xué)習(xí)，更有利于項目的整合與優(yōu)化。在項目設(shè)計過程中，教師應(yīng)明確整個項目流程以及每個環(huán)節(jié)的具體教學(xué)內(nèi)容，通過清晰的流程設(shè)計更好地開展教學(xué)活動，具體包括創(chuàng)設(shè)問題情境、開展項目探究、小組交流討論、修正優(yōu)化方案和多元有效評價五個階段。下面以教科版二年級上冊“做一頂帽子”項目活動為例。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)創(chuàng)新靈感

小學(xué)生雖有著濃厚的科學(xué)興趣，具有較豐富的科學(xué)知識儲備，但實際的科學(xué)課堂缺少動手實踐的環(huán)節(jié)，學(xué)生操作能力欠佳。而在STEM理念下，教師應(yīng)當(dāng)在課堂教學(xué)中提出有效的科學(xué)問題，創(chuàng)設(shè)形式多樣的體驗情境，激發(fā)學(xué)生積極地思考，在實踐過程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性發(fā)散思維。

教師在教學(xué)目標(biāo)設(shè)計時，要體現(xiàn)不同學(xué)科在本課教學(xué)活動中的具體學(xué)習(xí)目標(biāo)（如表），然后向?qū)W生提出相關(guān)的科學(xué)問題：（1）你知道生活中常見的材料有哪些？材料有哪些性能與用途？（2）如何選用合適的材料設(shè)計制作一頂帽子？同時鼓勵學(xué)生對于問題大膽發(fā)表自己的見解。教師拋出問題之后，激起學(xué)生的好奇心與思考欲，促使學(xué)生積極地融入課堂，為后續(xù)探究活動的開展做好鋪墊。

（二）明確項目任務(wù)，開展制作探究

小學(xué)生對科學(xué)知識的理解大多停留在表面，很少有學(xué)生能用所學(xué)知識恰如其分地解釋生活中的科學(xué)現(xiàn)象。STEM理念提倡教師在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生積極參與活動中去，動手設(shè)計實驗方案，并開展制作，進(jìn)而使學(xué)生在具體的實踐操作中真正掌握科學(xué)知識，培養(yǎng)其設(shè)計實驗的能力。

在制作帽子前，教師應(yīng)當(dāng)先讓學(xué)生充分了解不同材料的性能與用途，知道不同材料能制作出功能、造型各異的帽子。在明確任務(wù)后，根據(jù)實驗要求，分小組合作制訂實驗方案，自主設(shè)計帽子草圖，動手制作材質(zhì)、形狀、大小等不同的帽子模型。引導(dǎo)學(xué)生在制作過程中，認(rèn)真觀察，用心記錄，對比制作出帽子的不同效果。學(xué)生親自參與整個設(shè)計制作的過程，是學(xué)生運(yùn)用工程設(shè)計思想解決問題的過程。

（三）提出問題推測，小組交流討論

新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生敢于提出問題，大膽推測，對實驗現(xiàn)象與結(jié)果進(jìn)行有效交流與討論。因此，教師在學(xué)生實驗過程中，要適時引導(dǎo)學(xué)生提出問題，在實驗結(jié)束后無須馬上揭曉最終結(jié)果，而應(yīng)組織學(xué)生通過小組合作的方式進(jìn)行思維碰撞，集思廣益，收集組員的意見和看法。

教師在實驗過程中，要適時引導(dǎo)，由扶到放，實時關(guān)注學(xué)生的實驗過程。實驗結(jié)束時，不必急于給出結(jié)果，應(yīng)組織學(xué)生在小組內(nèi)，對不同材質(zhì)、形狀、大小的帽子進(jìn)行對比分析，并記錄小組的合作成果。最后，每個小組派一名代表展示本組作品，并對制作流程及效果進(jìn)行詳細(xì)闡述。其他小組在認(rèn)真聽取匯報的同時，也可積極提問，發(fā)表自己的意見。通過分小組合作的方式，能增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識及表達(dá)交流能力。

（四）不斷評估修正，得出最優(yōu)方案

科學(xué)課堂活動中應(yīng)以學(xué)生為主體，讓學(xué)生多動手動腦、親自參與實驗探究的過程。STEM理念提出“提出問題—設(shè)計方案—實施計劃—評估修正—再次實施”的工程技術(shù)流程，且實施與修正環(huán)節(jié)可進(jìn)行多次，直至得出最優(yōu)化的方案。

學(xué)生親歷了“選擇做什么樣的帽子—分析帽子的制作材料與方法—動手制作帽子—測試優(yōu)化制作方案—展示小組作品”這一完整的體驗過程。在作品展示交流環(huán)節(jié)中，通過汲取各小組有效的意見，不斷修正改進(jìn)設(shè)計方案，力求用最經(jīng)濟(jì)環(huán)保的材料，實現(xiàn)做一頂既實用又美觀的帽子這一目標(biāo)。

（五）多元有效評價，促進(jìn)知識遷移

傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)課堂片面地注重實驗結(jié)果，而忽視了對實驗過程的評價。STEM提倡多元有效性評價，既要注重創(chuàng)造力的評價，也要關(guān)注學(xué)生過程性和表現(xiàn)性的評價，還要鼓勵學(xué)生自我反思，注重知識的拓展延伸，學(xué)會利用科學(xué)理論知識分析并解決實際問題，學(xué)以致用。

應(yīng)用STEM評價體系，結(jié)合工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域方面的內(nèi)容，將各小組的評價標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化到材料是否環(huán)保、成本、穩(wěn)固性及制作可行性等方面，來綜合評價誰做的帽子最實用。評價后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識遷移，利用本課學(xué)習(xí)的工程思維解決生活中遇到的類似問題。

四、STEM教學(xué)設(shè)計實施后的反思

STEM項目實施是學(xué)生利用所學(xué)的相關(guān)理論知識解決具體的工程技術(shù)問題。通過“做一頂帽子”項目式學(xué)習(xí)活動的設(shè)計與實施，總結(jié)反思如下。

（一）STEM教學(xué)設(shè)計無須強(qiáng)調(diào)完全整合

在實際的工程設(shè)計過程中，可能與學(xué)科內(nèi)容不完全一致，也沒有全部涉及STEM相關(guān)四門學(xué)科的知識。因此，設(shè)計STEM課程時，并不是四門學(xué)科的知識都要兼顧。

（二）STEM教學(xué)切忌預(yù)設(shè)方案

教師在STEM課堂上應(yīng)創(chuàng)設(shè)具有啟發(fā)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生在課堂上大膽提問與發(fā)言，整個課堂應(yīng)該是開放的。學(xué)生積極主動參與實踐探究活動，在解決實際問題過程中，挖掘?qū)W生的發(fā)散思維，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的個性。

（三）像科學(xué)家和工程師一樣思考

STEM課堂上，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家、工程師那樣，經(jīng)歷“提出問題—設(shè)計方案—實施計劃—測試優(yōu)化—溝通反思”的一系列過程。

科學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)將STEM教育理念融入課例教學(xué)實踐，特別要在1～2年級科學(xué)課堂上巧妙應(yīng)用STEM教學(xué)模式，開展項目式學(xué)習(xí)，引入工程化流程，培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力和創(chuàng)新思維能力。本課將STEM理念與設(shè)計型教學(xué)模式融合，構(gòu)建了STEM理念下小學(xué)科學(xué)設(shè)計型教學(xué)模式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)、探究科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)的興趣與動機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生工程化思維模式。因此，作為一線小學(xué)科學(xué)教師，應(yīng)當(dāng)以教材為依托，不斷開發(fā)STEM跨學(xué)科實踐課程，啟發(fā)學(xué)生今后遇到問題的時候，也能自主規(guī)劃、設(shè)計實施、探索反思，使STEM課程教學(xué)成為培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)能力的重要載體。

【本文系建甌市2022年度教育科研立項課題“STEM在小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用研究”階段研究成果，課題立項批準(zhǔn)號B22002】

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