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STEM教育如何促進(jìn)小學(xué)科學(xué)變革與實(shí)踐論文
摘要：STEM理念的融入使小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)內(nèi)容更加豐富，豐富的教學(xué)內(nèi)容為學(xué)科整合提供了基礎(chǔ)，使學(xué)生在提高科學(xué)素養(yǎng)的同時還能發(fā)展其他學(xué)科能力；STEM實(shí)踐活動的融入促使課堂教學(xué)策略發(fā)生改變，在教學(xué)中既要保證探究的有效性還要兼顧學(xué)生實(shí)踐能力的發(fā)展；融入STEM可促進(jìn)各學(xué)科知識技能的有機(jī)融合；STEM學(xué)習(xí)方法的融入使培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的方法更加多樣化，這有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。
關(guān)鍵詞：STEM理念；小學(xué)科學(xué)課堂；教學(xué)變革；學(xué)科融合
STEM是科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫，其中科學(xué)在于認(rèn)識世界、解釋自然界的客觀規(guī)律；技術(shù)和工程則是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界，實(shí)現(xiàn)對自然界的控制和利用，解決社會發(fā)展過程中遇到的難題；數(shù)學(xué)則作為技術(shù)與工程學(xué)科的基礎(chǔ)工具。STEM教育促進(jìn)我國小學(xué)科學(xué)課堂變革的探究，是現(xiàn)階段廣大科學(xué)教學(xué)教師十分關(guān)注的話題。細(xì)研STEM，它的教育特點(diǎn)為：融合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個要素；以工程設(shè)計(jì)過程為主導(dǎo)；關(guān)注現(xiàn)實(shí)問題，注重在情境中學(xué)習(xí)；以學(xué)生為中心的主動實(shí)踐；團(tuán)隊(duì)合作與參與；結(jié)果開放，允許多個正確答案；它是在眾多孤立的學(xué)科中建立的一個新的橋梁，為學(xué)生提供整體認(rèn)識世界的機(jī)會，通過把這四個領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)科知識和技能的教與學(xué)整合到教學(xué)中，使學(xué)生零碎的知識變成一個互相聯(lián)系統(tǒng)一的整體，以消除傳統(tǒng)教學(xué)中各學(xué)科知識割裂，不利于學(xué)生綜合解決實(shí)際問題的障礙，是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方法。STEM教育方法運(yùn)用的載體是小學(xué)科學(xué)課堂，筆者從事小學(xué)科學(xué)教學(xué)已有25年時間，在多年的小學(xué)科學(xué)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)原有的教學(xué)目標(biāo)是以探究科學(xué)知識為中心去構(gòu)建科學(xué)概念。這種構(gòu)建“以己為大”，缺乏各學(xué)科知識的整合，忽略了學(xué)生其他學(xué)科能力的發(fā)展；學(xué)生通過探究構(gòu)建的知識概念停留在“紙上談兵”的層面，動手與實(shí)踐需求得不到滿足，學(xué)生綜合運(yùn)用知識能力較低；這種構(gòu)建也導(dǎo)致活動方式單一，使學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過程中逐漸產(chǎn)生“審美疲憊”，學(xué)習(xí)興趣下降，創(chuàng)新能力低下，越到高年級這個問題越突出。如何借STEM教育解決小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)的現(xiàn)實(shí)問題，引發(fā)了筆者的思考�！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）中的教學(xué)建議提到“倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式。STEM是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)地融為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)�？茖W(xué)教師可以嘗試將STEM運(yùn)用于自己的教學(xué)實(shí)踐”。在STEM魅力的感召下，筆者開始了在現(xiàn)有教材基礎(chǔ)上融入STEM理念的教學(xué)嘗試。
一、STEM理念的融入使課堂教學(xué)內(nèi)容更加豐富
豐富的教學(xué)內(nèi)容為學(xué)科的整合提供了基礎(chǔ)，使學(xué)生在提高科學(xué)素養(yǎng)的同時還能發(fā)展其他學(xué)科能力。小學(xué)科學(xué)課堂融入STEM教育能使科學(xué)概念的構(gòu)建的方式發(fā)生改變，過去的科學(xué)是用數(shù)學(xué)、科學(xué)知識、技術(shù)（教師給的）手段去建構(gòu)概念，現(xiàn)在STEM教育要求應(yīng)用科學(xué)前概念，通過對數(shù)學(xué)、技術(shù)、設(shè)計(jì)等手段的學(xué)習(xí)和整合解決實(shí)際問題，這為學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)的同時發(fā)展其他學(xué)科能力提供了可能。如小學(xué)科學(xué)（教科版）三年級上冊第三單元第2課《哪種材料硬》一課，教材編排上是用木條、卡紙、鐵釘和塑料尺互相刻劃并比較劃痕，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象給以上物體硬度進(jìn)行排序，并填寫教材提供的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)表格進(jìn)行匯報(bào)。用STEM理念再審視這個環(huán)節(jié)，對數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)表格應(yīng)做進(jìn)一步的深度挖掘。學(xué)生在進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)時可先不要學(xué)生填表格，實(shí)驗(yàn)完成后讓他們直接上臺匯報(bào)結(jié)果。學(xué)生對物體硬度的排序幾乎不會出錯，但要讓他們說出這樣排序的理由時學(xué)生很茫然。學(xué)生此時需要一種有效的表達(dá)方式幫助他們解決這個問題。學(xué)生有了需求后教師抓住這個切入點(diǎn)向?qū)W生進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)表格的教學(xué)，表格設(shè)計(jì)好后立刻可以用于實(shí)踐，學(xué)生發(fā)現(xiàn)把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象填入自己設(shè)計(jì)好的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)表格后結(jié)論一目了然，敘述表達(dá)也更有條理。這里的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)表教學(xué)就是STEM理念融合后對教學(xué)內(nèi)容的一次豐富，同時又是一次學(xué)科的整合，既保證了科學(xué)活動的有效開展，又發(fā)展了學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)科能力。實(shí)踐證明，STEM理念的融入，不僅讓教師開闊了視野，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)有教材進(jìn)行更深層次的挖掘，而且在教材內(nèi)容不變的情況下教學(xué)內(nèi)容更加豐富，在學(xué)科融合的同時也發(fā)展了學(xué)生其他學(xué)科的能力。
二、STEM實(shí)踐活動的融入促使課堂結(jié)構(gòu)發(fā)生改變
由于STEM實(shí)踐活動的融入能使課堂結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，這要求我們的教學(xué)策略也應(yīng)該有相應(yīng)的改變。原來的科學(xué)課重對知識的探究，STEM學(xué)習(xí)方法融入后的科學(xué)課既要重探究還要重實(shí)踐，在教學(xué)中既要保證探究的有效性還要兼顧學(xué)生實(shí)踐能力的發(fā)展，所以，有更多的學(xué)習(xí)方法供科學(xué)教學(xué)選用，讓“用教材教而不是教教材”這一教學(xué)觀點(diǎn)在小學(xué)科學(xué)課堂上得到更加充分的體現(xiàn)。STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)課堂中的融合還能讓學(xué)生“學(xué)以致用”的需求得到實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生對更高層次知識探索的要求得到滿足，并在很大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和綜合運(yùn)用知識的能力，刺激學(xué)生的求知欲望與創(chuàng)新動力。由此可見，探究與STEM這兩種學(xué)習(xí)方法是相互支持、相互補(bǔ)充、共同發(fā)展的關(guān)系，它們相輔相成，為同一目標(biāo)———提高學(xué)生的科學(xué)、綜合素養(yǎng)服務(wù)。小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)要求孩子既要學(xué)會探究方法，還要獲取知識，并用所獲取的知識去解決實(shí)際問題，這要求我們的教學(xué)策略更加靈活，對現(xiàn)有的教材資源要做多元化處理，既要兼顧探究的有效性，還要考慮實(shí)踐的可行性。小學(xué)科學(xué)（教科版）三年級上冊第四單元第6課《空氣占據(jù)空間嗎》一課，教材設(shè)計(jì)為由“烏鴉喝水”引入，再由學(xué)生自主探究：在瓶子里裝一些水，用幾根吸管和一塊橡皮泥，在不傾斜瓶子的情況下，我們能不能利用空氣把水從瓶子中擠出來？（以下簡稱：空氣擠水實(shí)驗(yàn)）。探究得出結(jié)果后再做一個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再次驗(yàn)證：把一團(tuán)紙巾放在一個杯子的杯底，然后把杯子豎直倒扣入水中，紙巾會被水浸濕嗎？為什么？（以下簡稱：紙不濕實(shí)驗(yàn)）整個流程的設(shè)計(jì)為引入、探究、驗(yàn)證。在STEM教育理念下這里應(yīng)該增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，教學(xué)策略可做如下調(diào)整：由烏鴉喝水引入，在故事中強(qiáng)化學(xué)生對三個關(guān)鍵詞“空間”“有限”和“占據(jù)”的理解。概念確立后在教師引導(dǎo)下完成“紙不濕”的探究（這里把原來的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)改成了探究實(shí)驗(yàn)），探究流程為猜測、找證據(jù)支持自己的猜測、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并用繪本的方式完成思維外顯，然后再對這個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行延伸：如果杯子底有個孔又會發(fā)生什么現(xiàn)象？最后讓學(xué)生再經(jīng)歷一次猜測、找證據(jù)支持自己的猜測、驗(yàn)證，用繪本的方式完成思維外顯，內(nèi)化學(xué)生對知識的理解。這樣的過程為學(xué)生積累了更多的知識與成功經(jīng)驗(yàn)，為解決后面的實(shí)踐問題打下了基礎(chǔ)。通過探究獲取知識，知識內(nèi)化完成后再提出“空氣擠水”實(shí)驗(yàn)的設(shè)想，進(jìn)行項(xiàng)目驅(qū)動。要求學(xué)生通過討論與設(shè)計(jì)完成在最短的時間內(nèi)用空氣把水?dāng)D出來這一任務(wù)，這符合STEM教育以工程設(shè)計(jì)過程為主導(dǎo)，關(guān)注現(xiàn)實(shí)問題，注重在情境中學(xué)習(xí)，以學(xué)生為中心的主動實(shí)踐等特點(diǎn)。學(xué)生對這個實(shí)踐活動的完成率在85%以上。一個小小的策略變化既讓科學(xué)探究的有效性得到保證，又讓學(xué)生的STEM能力得到發(fā)展，這就是融合與深度融合的效果。
三、STEM運(yùn)用的融入其橋梁功能可促進(jìn)各學(xué)科知識技能有機(jī)融合
零碎的知識變成一個互相聯(lián)系的統(tǒng)一整體并不是一個簡單的混合，我們要建立不同學(xué)科知識與技能的千絲萬縷聯(lián)系，要在思維和認(rèn)識上達(dá)到有機(jī)融合的目的。這個過程是漫長的，是需要通過活動逐步滲透的，也是學(xué)生在成長發(fā)展過程中必須要去經(jīng)歷的。例如，小學(xué)科學(xué)（教科版）四年級上冊聲音單元教學(xué)中，在完成對《探索尺子音高變化》的學(xué)習(xí)后可以做這樣一個拓展小課程：聲音的高低可以用音高來描述，音高是描述物體振動快慢的一個量。物體振動越快發(fā)的聲音越高，物體振動越慢發(fā)的聲音越低。按這個原理分析可得出“物體越小、越細(xì)、越短，空間越小，發(fā)的聲音會越高，反之越低”的科學(xué)結(jié)論。音樂課上老師也講過音階的知識，從“1”（do）到“7”（xi）音調(diào)一直在升高并且有規(guī)律，除了“3”（mi）到“4”(fa)是升高半個音高外，其他全是升高一個音高，這就是規(guī)律。運(yùn)用這個規(guī)律可以用把水加進(jìn)試管的方法將試管改造成樂器，改造的過程就是技術(shù)的應(yīng)用。運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法（和音高變化規(guī)律進(jìn)行內(nèi)比）還可以提高制作的效率，最后要求用改造成功的樂器演奏歌曲，這就屬于工程項(xiàng)目驅(qū)動。“科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)”中還融入了藝術(shù)，這樣的活動對學(xué)生綜合素養(yǎng)的提高起到了極大的促進(jìn)作用。這些活動既可以在課堂上或拓展活動中進(jìn)行，也可以在激發(fā)學(xué)生興趣的基礎(chǔ)上把活動延伸到課外。這樣多形式的活動讓學(xué)生對科學(xué)活動更感興趣、更加熱愛、更樂于參與。
四、STEM學(xué)習(xí)方法的融入使培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的方法更加多樣化
原來科學(xué)課“玩”的方式只有探究活動，現(xiàn)在的科學(xué)課有了STEM教育理念的融入我們“玩”的方法更多了，探究、實(shí)踐、探究+實(shí)踐、實(shí)踐+探究、STEM+A、STEM+R等多種學(xué)習(xí)方法將會在小學(xué)科學(xué)課堂上交替使用。同時還可以對教材內(nèi)容進(jìn)行拓展，以STEM為橋梁開發(fā)融合其他學(xué)科知識技能的小課程，對學(xué)生多學(xué)科知識綜合運(yùn)用進(jìn)行訓(xùn)練。這樣不僅有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且對提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力及綜合素養(yǎng)有較大幫助。STEM教育的融入正悄悄改變著小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)，這種變革對學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展、實(shí)踐能力的提升和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)等都會起到更積極的作用。將來的小學(xué)科學(xué)課可能會變成這樣：認(rèn)真探究，注重實(shí)踐，學(xué)科融合，玩出境界，更加出彩！
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