STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)微項目中的運用

摘 要：小學(xué)科學(xué)在素質(zhì)教育背景下非常重要。新課程標準提出小學(xué)科學(xué)是一門體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性課程，學(xué)習系統(tǒng)的科學(xué)課程有利于提高學(xué)生的科學(xué)學(xué)習能力，使其逐漸形成正確的世界觀、人生觀和價值觀。STEM教育理念下的項目式教學(xué)的組織與實施能夠凸顯科學(xué)的本質(zhì)，將學(xué)生放在主體位置上，為學(xué)生建立多元化科學(xué)探究與實踐平臺，從而有效提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：小學(xué)科學(xué)；STEM教育理念；項目式學(xué)習

作者簡介：陸婷（1990—），女，江蘇省昆山市培本實驗小學(xué)。

STEM教育理念是一種以項目式學(xué)習為主，以問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式。教師要以科學(xué)課程為橋梁，將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等內(nèi)容有機融合，結(jié)合學(xué)生的興趣、愛好、能力等多方面因素，設(shè)計綜合性的科學(xué)活動任務(wù)，從而達到提升學(xué)生的科學(xué)綜合能力的目標。STEM教育理念下的小學(xué)科學(xué)課程注重學(xué)生的主體地位，教學(xué)設(shè)計符合學(xué)生的學(xué)習需求，能有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新與實踐精神，從而促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

一、以目標為核心，明確項目式學(xué)習的主題

STEM教育理念下的項目式學(xué)習是以學(xué)生為主體，以問題為中心，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成或自主完成某一項目活動的過程。在此過程中，教師要尊重學(xué)生的主體地位，借助項目式學(xué)習，調(diào)動學(xué)生參與科學(xué)探究的內(nèi)驅(qū)力，并檢測學(xué)生遷移科學(xué)知識、解決問題的能力，促進學(xué)生發(fā)展［1］。因此，STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習的組織與實施首先要有明確的目標，要以目標為基礎(chǔ)，聚焦學(xué)科的核心概念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習動機，打造符合小學(xué)階段學(xué)生學(xué)情的小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習平臺。

下面筆者結(jié)合《電路中的開關(guān)》這一節(jié)內(nèi)容和新課程標準要求，談?wù)劸唧w的實施策略。以核心素養(yǎng)培養(yǎng)為基礎(chǔ)的目標設(shè)計，立足學(xué)生學(xué)情，以學(xué)生為主體，從四個維度設(shè)計了詳細的教學(xué)目標，又從教學(xué)目標中分離出了教學(xué)重難點：把設(shè)計并制作開關(guān)作為項目的核心目標，在設(shè)計和制作開關(guān)的過程中理解開關(guān)的作用是接通或者斷開電路，控制電路中的電器元件的工作狀態(tài)；同時認識開關(guān)的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，知道有的部件需要用導(dǎo)體作為材料，而有的地方必須用絕緣體作為材料。故項目流程是先讓學(xué)生組裝一個簡單的電路，再讓學(xué)生學(xué)習發(fā)送SOS信號，引出“需要用開關(guān)來控制小燈泡的亮與滅”這一內(nèi)容，然后完成開關(guān)的設(shè)計、制作、測試等系列活動。如此，在項目活動結(jié)束時，學(xué)生自然能較好地完成本課目標，掌握科學(xué)知識，提高相關(guān)技能，形成正確的情感態(tài)度與價值觀?；诖?，筆者對本節(jié)課教學(xué)做了以下設(shè)計。

活動一：認識開關(guān)

師：我們可以用什么裝置來控制小燈泡的亮和滅呢？

生：開關(guān)。

師：對，是電路中的開關(guān)。泡泡、果果在孤島上發(fā)現(xiàn)了一個漂流箱，里面有金屬回形針、包塑回形針、金屬圖釘、包塑圖釘?shù)炔牧?，你們能不能利用這些材料幫他們設(shè)計一個開關(guān)呢？

生：能！

師：在動手做開關(guān)之前我們首先要做什么？

生：觀察開關(guān)、了解開關(guān)、認識開關(guān)、選材料。

師：開關(guān)有哪些結(jié)構(gòu)？這些結(jié)構(gòu)是由什么制作的？可以用什么材料代替？請以小組為單位討論一下，把你們的想法畫出來。

生：我們選擇木塊作為開關(guān)的底座，因為木塊是絕緣體；選擇大頭釘作為導(dǎo)線的接觸點，因為大頭釘是金屬做的，是導(dǎo)體。大頭釘與導(dǎo)線接觸的地方叫接觸點，把兩個接觸點連起來，就是“連接桿”。我們找到了相應(yīng)的材料來制作開關(guān)的主要結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)有的地方需要用導(dǎo)體，有的地方需要用絕緣體，從而實現(xiàn)開關(guān)的功能。

師：討論了這么多，如果你們覺得其他小組的發(fā)言中有可以借鑒的地方，就可以進行相應(yīng)的改進。如果討論后還是覺得原來的好，就可以維持原樣。到底成不成功，現(xiàn)在就讓我們來試試。請你們根據(jù)自己的方案來選擇要用的器材，如果在使用的過程中覺得材料不合適的可以替換。

二、以興趣為依托，開展項目式學(xué)習和互動

STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)教學(xué)活動的落實要立足學(xué)生興趣，從多方面入手，打造符合學(xué)生發(fā)展需求的項目流程。在項目實驗的準備階段，教師通過師生互動模式，借助多媒體教學(xué)資源，創(chuàng)設(shè)符合學(xué)生學(xué)習需求的多元化平臺，為后續(xù)項目實驗的開展做準備。因此，筆者創(chuàng)設(shè)了相應(yīng)的故事情境作為本節(jié)課的導(dǎo)入，讓學(xué)生幫助泡泡和果果解決一些麻煩。泡泡和果果在海上遭遇了暴風雨，船只傾覆了，他們漂流到了一座荒島上。夜幕降臨，漆黑的小島讓人感到恐懼，但他們在島上廢棄的軍工廠里找到了一些零件，如導(dǎo)線、小燈泡、電池等。他們打算組裝一個簡單的電路。在這樣的情境下，教師鼓勵學(xué)生，讓學(xué)生幫助泡泡和果果組裝一個簡單的電路，解決照明問題。接下來，還要想辦法幫助泡泡、果果逃出荒島。組裝的電路不僅可以解決照明問題，還可以用來發(fā)送求救信號——SOS，光線發(fā)射方法為“短光—長光—短光”，發(fā)送求救信號需要開關(guān)來控制。學(xué)生因為要動手發(fā)送信號，參與積極性較高，而且完成后獲得了很強的成就感。教師通過生活化情境的創(chuàng)設(shè)，將具體的科學(xué)知識與故事情境進行緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生初步討論、交流開關(guān)的各個結(jié)構(gòu)，并思考哪里必須用絕緣體，哪里必須用導(dǎo)體。

在初步的任務(wù)設(shè)計中，師生互動不僅有效提升了學(xué)生的科學(xué)探究興趣，同時也借助情境讓學(xué)生動手、動腦，為后續(xù)深入探究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

三、以迭代為基調(diào)，提高項目式學(xué)習的質(zhì)量

STEM教育理念下小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習的核心部分，就是在探究合作的過程中，給學(xué)生充分的時間和空間，讓學(xué)生利用手頭的材料和工具，結(jié)合前期教師的引導(dǎo)進行實驗和探究，最終完成作品的制作。

在具體的實驗探究過程中，教師要積極參與到學(xué)生的探究學(xué)習中，當學(xué)生在項目實踐中遇到問題時，要及時給予學(xué)生指導(dǎo)，幫助學(xué)生解決問題，確保學(xué)生項目式學(xué)習質(zhì)量［2］。在《電路中的開關(guān)》的項目式學(xué)習中，學(xué)生按照以下程序開展了實驗活動：把開關(guān)取下來仔細觀察它有哪些結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)是用什么做的，可以用什么材料來代替。以小組為單位進行討論，把想法畫出來，用了什么材料可以用文字標注在旁邊。教師在巡視的過程中，可以將學(xué)生的設(shè)計圖拍攝下來并投屏。每個小組根據(jù)觀察設(shè)計出開關(guān)，并在班級中介紹本組設(shè)計的開關(guān)分別是用什么材料來制作的，其他學(xué)生提意見或者提問。最后，教師還要留出時間讓學(xué)生根據(jù)其他小組的方案優(yōu)化本組的設(shè)計，或者對在討論中發(fā)現(xiàn)的問題進行改進，實現(xiàn)優(yōu)化升級。每一次優(yōu)化升級稱為一次“迭代”，而每一次迭代得到的結(jié)果將會作為下一次迭代的初始值?；ブ降捻椖坑懻摽梢宰寣W(xué)生的思維得到拓展，不斷完善設(shè)計方案，提升學(xué)習效果。

四、以延伸為方式，鍛煉學(xué)生項目式學(xué)習的能力

STEM教育理念下的小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習活動要以新課程標準為指引，從課堂項目式學(xué)習向科學(xué)探究活動延伸，打造多學(xué)科融合的項目式科學(xué)實驗平臺，讓學(xué)生將課堂所學(xué)的知識應(yīng)用到情境以及實踐探究中，從而更進一步發(fā)揮小學(xué)科學(xué)課程的育人功效［3］。

新課程標準提出，科學(xué)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。因此，在項目式學(xué)習延伸設(shè)計中，教師不僅要關(guān)注教材內(nèi)容，還要充分借助國家中小學(xué)智慧教育平臺的教育資源，融合各種版本的科學(xué)教材以及數(shù)字教學(xué)資源等，創(chuàng)編STEM小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習活動教材，為學(xué)生課后開展項目式學(xué)習活動提供明確的方向［4］。

例如，結(jié)合高段學(xué)生科學(xué)知識積累增多、科學(xué)探究能力提升的實際，在具體的項目式學(xué)習活動設(shè)計過程中，教師可以在設(shè)計“制作開關(guān)”活動的基礎(chǔ)上，再設(shè)計“探究如何用一個開關(guān)控制兩盞燈泡”的活動，提高任務(wù)難度。在本節(jié)課中，教材上是直接讓學(xué)生制作紅綠燈，用一個開關(guān)控制三盞燈泡，但筆者覺得這對學(xué)生來說難度較大，所以筆者在拓展環(huán)節(jié)做了如下改進。

活動二：改進開關(guān)

師：同學(xué)們真厲害！老師將你們的設(shè)計圖用漂流瓶傳送給了泡泡和果果，他們制作了開關(guān)并亮了燈，但是并沒有獲救，為什么呢？可能是因為小燈泡發(fā)出的顏色是同一種顏色，不夠明顯，最好能用不同顏色的兩盞燈，短光用黃燈發(fā)，長光用紅燈發(fā)。你們能不能在剛才的開關(guān)上進行改進，讓這個開關(guān)控制黃、紅兩盞燈交替發(fā)亮？

師：哪個小組成功了？你們來說說是怎么做的。

生：在開關(guān)附近加一個圖釘，兩邊的導(dǎo)線都連在這個圖釘上。讓圖釘和上面的接觸點連接，黃燈就亮了；和下面的接觸點連接，紅燈就亮了。

師：同學(xué)們真棒，這下泡泡和果果終于可以發(fā)送明顯的求救信號了。

師：小開關(guān)有大作用，你們的小開關(guān)還能繼續(xù)改進，控制三盞燈嗎？帶著你們的小開關(guān)在課后繼續(xù)實驗吧！

這樣的設(shè)計使實驗內(nèi)容從一個開關(guān)控制一個燈泡改進為一個開關(guān)控制兩個燈泡，再改進為一個開關(guān)控制三個燈泡。隨著活動逐步推進，學(xué)生各方面能力也在不斷提升。教師結(jié)合教材內(nèi)容以及學(xué)生生活經(jīng)驗設(shè)計符合學(xué)生興趣、愛好以及需求的各種項目式學(xué)習活動，有助于提升課堂教學(xué)實效。

STEM教育理念下的項目式科學(xué)探究活動在學(xué)生現(xiàn)有科學(xué)知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生興趣，從情境入手，吸引學(xué)生注意力，鍛煉學(xué)生的綜合能力，并加以延伸和拓展，充分發(fā)揮科學(xué)學(xué)科的育人功效。不僅如此，STEM教育理念下的項目式學(xué)習活動，還能夠鍛煉學(xué)生多方面的能力，從更多維度促進學(xué)生科學(xué)綜合素養(yǎng)的提升與發(fā)展。

結(jié)語

在STEM教育理念的指引下，小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習活動的組織與實施，要從當前科學(xué)教學(xué)活動組織存在的問題入手，創(chuàng)建符合學(xué)生學(xué)習需求的多元化探究平臺。從項目式學(xué)習的目標入手，合理組織項目式學(xué)習任務(wù)，鼓勵學(xué)生合作探究、完成項目任務(wù)，同時結(jié)合課堂項目式學(xué)習的主題和形式等，對課后學(xué)習活動進行拓展延伸，明確項目式學(xué)習目標，以項目式學(xué)習的方式，豐富科學(xué)活動形式與內(nèi)容，再通過系統(tǒng)的課程評價，明確項目式學(xué)習的收獲與存在的問題，為后續(xù)的課程教學(xué)設(shè)計提供明確的方向，從而有效提升小學(xué)科學(xué)項目式學(xué)習的綜合質(zhì)量，進一步促進學(xué)生科學(xué)綜合素養(yǎng)的提升與發(fā)展［5］。

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