STEM教學(xué)在小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳啟明

2015年12月美國(guó)基于美國(guó)STEM相關(guān)人才日益匱乏的現(xiàn)狀，頒布了STEM教育法案，由此，對(duì)STEM教育設(shè)定了全新的詳細(xì)的發(fā)展規(guī)劃。 STEM教學(xué)在國(guó)內(nèi)外均受到了較大的重視。但對(duì)于STEM教學(xué)在我國(guó)小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)中該如何應(yīng)用呢？本文筆者圍繞于此提出了自己的看法，以期為STEM教學(xué)在我國(guó)小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)中的合理化應(yīng)用盡綿薄之力。

一、STEM教育的概念

STEM即科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)英文首字母的縮寫(xiě)，最早由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提出，但其提出伊始并未受到人們的重視，直至近些年來(lái)，美國(guó)在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)領(lǐng)域的人才日益匱乏，這才引起了美國(guó)政府的重視，并由此投入大量資金發(fā)展STEM教育以培養(yǎng)STEM人才。2015年STEM教育法案出臺(tái)，其對(duì)STEM教育設(shè)定了新的發(fā)展動(dòng)向，并從不同視角出發(fā)對(duì)其做出了詳細(xì)規(guī)劃。

二、STEM教學(xué)在小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用模式

筆者依據(jù)STEM教學(xué)具體教學(xué)目標(biāo)的不同，將小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用模式劃分為驗(yàn)證型、探究型、制造型與創(chuàng)造型四種不同的模式，并結(jié)合相關(guān)案例分別予以探討。

（一）驗(yàn)證型應(yīng)用模式

對(duì)于驗(yàn)證型應(yīng)用模式，其教學(xué)目標(biāo)是完成對(duì)定律、現(xiàn)象等已知結(jié)論的驗(yàn)證。明確問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、評(píng)估方案、實(shí)施方案、分析數(shù)據(jù)、分享反思構(gòu)成了該應(yīng)用模式的基本步驟。比如在《驗(yàn)證牛頓第二定律——力使物體獲得加速度》的課程設(shè)計(jì)，其基本應(yīng)用流程應(yīng)該如下：（1）明確問(wèn)題：外力的作用促使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，并通過(guò)親身實(shí)驗(yàn)對(duì)此做出驗(yàn)證；（2）設(shè)計(jì)方案：利用相關(guān)工具，包括打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、砝碼、小車(chē)等，并分組對(duì)此做出相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)；（3）評(píng)估方案：通過(guò)老師或同學(xué)間的相互探討，對(duì)此方案予以改進(jìn)，以保證其可行性；（4）實(shí)施方案：對(duì)方案進(jìn)行合理化分工，有步驟地對(duì)其做出驗(yàn)證；（5）分析數(shù)據(jù)：利用智能工具對(duì)數(shù)據(jù)做出處理，篩選出有效數(shù)據(jù)，并做出細(xì)致分析，以保證結(jié)果的科學(xué)性；（6）分享反思：對(duì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)予以分享，做出互相評(píng)價(jià)，并在他人的建議下對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟做出反思與改進(jìn)，此外，老師對(duì)此要做出積極的點(diǎn)評(píng)與總結(jié)。

（二）探究型應(yīng)用模式

對(duì)于探究型應(yīng)用模式，其教學(xué)目標(biāo)是對(duì)未知現(xiàn)象予以發(fā)現(xiàn)或做出解釋。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、收集證據(jù)、分析數(shù)據(jù)、解釋結(jié)論、分享反思構(gòu)成了探究型應(yīng)用模式的基本步驟。對(duì)此，筆者結(jié)合美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校工程學(xué)院關(guān)于空氣污染的STEM課程做出具體分析。其步驟如下：（1）學(xué)生通過(guò)對(duì)空氣的構(gòu)成、性質(zhì)等知識(shí)的調(diào)查或了解，利用果拼圖和餅狀圖對(duì)空氣成分予以展示；（2）通過(guò)學(xué)習(xí)對(duì)空氣質(zhì)量指數(shù)概念有清晰的認(rèn)識(shí)，基于此創(chuàng)制反映空氣質(zhì)量指數(shù)信息的圖表，對(duì)圖表的應(yīng)用方法做出合理化解釋?zhuān)?duì)空氣污染的來(lái)源做出探究；（3）了解大氣運(yùn)動(dòng)對(duì)污染物移動(dòng)的影響；（4）制作簡(jiǎn)易模型，對(duì)溫室效應(yīng)做出了解釋?zhuān)唬?）對(duì)地球臭氧空洞的成因及其影響做出討論，并研究工程師所采取的彌補(bǔ)措施；（6）對(duì)室內(nèi)污染物來(lái)源予以識(shí)別，并研究其防范或減輕措施；（7）建立、觀察治理空氣污染的簡(jiǎn)單模型，使學(xué)生對(duì)治理和、防止空氣污染技術(shù)予以認(rèn)識(shí)與體驗(yàn)。該STEM課程以工程學(xué)為著眼點(diǎn)對(duì)與我們生活有密切聯(lián)系的空氣污染問(wèn)題做出了探究，對(duì)學(xué)生使用該方法認(rèn)識(shí)和解釋問(wèn)題起到了強(qiáng)化的作用。

（三）制造型應(yīng)用模式

制造型應(yīng)用模式以綜合運(yùn)用STEM知識(shí)對(duì)已有形態(tài)物品做出生產(chǎn)或改良為其教學(xué)目標(biāo)，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。對(duì)于其基本步驟，包括情境引入、設(shè)備培訓(xùn)、模仿制造、知識(shí)講解、協(xié)同改進(jìn)、分享反思。對(duì)于該應(yīng)用模式，筆者結(jié)合MIT動(dòng)手創(chuàng)新課程中制作電報(bào)機(jī)的課程做出具體敘述。（1）情境引入：古今是如何進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息傳輸?shù)哪兀浚?）設(shè)備培訓(xùn)：通過(guò)培訓(xùn)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電報(bào)機(jī)的認(rèn)識(shí)與了解；（3）模仿制造：基于相關(guān)知識(shí)的掌控，制造電報(bào)機(jī)簡(jiǎn)單模型；（4）知識(shí)講解：老師對(duì)電報(bào)機(jī)的原理及其構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)講解；（5）協(xié)同改進(jìn)：對(duì)各組所制造的發(fā)動(dòng)機(jī)模型做出討論，并分析其需要改進(jìn)之處；（6）分享反思：學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)提出看法，引導(dǎo)學(xué)生做出進(jìn)一步思考，比如保證電報(bào)機(jī)傳播的有效路徑等。通過(guò)制造過(guò)程，學(xué)生將知識(shí)與實(shí)踐做出了融合，對(duì)學(xué)生的興趣也得到了提升。

（四）創(chuàng)造型應(yīng)用模式

創(chuàng)造型應(yīng)用模式是指通過(guò)對(duì)STEM知識(shí)的綜合運(yùn)用以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)創(chuàng)新物品的設(shè)計(jì)或創(chuàng)造。情境引入、創(chuàng)新引導(dǎo)、協(xié)同設(shè)計(jì)、制造驗(yàn)證、應(yīng)用改進(jìn)、分享反思構(gòu)成了該模式的實(shí)施步驟。對(duì)于此，筆者將結(jié)合波士頓科學(xué)博物館EiE項(xiàng)目做出具體闡述。EiE項(xiàng)目作為STEM教學(xué)的典型，融合了工程、技術(shù)與科學(xué)學(xué)科，其具體的教學(xué)步驟如下：（1）情境引入：為學(xué)生講解Emily報(bào)警器的故事，使學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)有初步的認(rèn)識(shí)；（2）創(chuàng)新引導(dǎo)：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電的基本知識(shí)予以認(rèn)識(shí)與理解，并進(jìn)一步引導(dǎo)其對(duì)電路的基本構(gòu)成、工作原理等予以掌握，同時(shí)要求其繪制電路的工作原理圖；（3）協(xié)同設(shè)計(jì)：繪制報(bào)警電路系統(tǒng)圖，并對(duì)報(bào)警電路系統(tǒng)做出設(shè)計(jì)，并對(duì)其設(shè)計(jì)原理做出合理化解釋?zhuān)唬?）制造驗(yàn)證：通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)與討論，對(duì)報(bào)警電路系統(tǒng)驗(yàn)證，看其能否有效工作；（5）應(yīng)用改進(jìn)：通過(guò)討論，發(fā)現(xiàn)其需要改進(jìn)之處，并進(jìn)行優(yōu)化；（6）分享反思：對(duì)創(chuàng)新作品予以分享，并通過(guò)與觀眾的交流，反思其該如何進(jìn)一步予以?xún)?yōu)化。創(chuàng)造型應(yīng)用模式為學(xué)生提供了一個(gè)頭腦風(fēng)暴的平臺(tái)，有利于學(xué)生綜合技能的提升。

三、結(jié)束語(yǔ)

STEM教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生綜合處理現(xiàn)實(shí)問(wèn)題能力為其目標(biāo)，而這一目標(biāo)也是我國(guó)教育所忽視的，我國(guó)雖然并不缺乏STEM獨(dú)立學(xué)科的設(shè)置與學(xué)習(xí)，但我國(guó)學(xué)習(xí)者STEM素養(yǎng)普遍欠缺，這與我國(guó)長(zhǎng)期對(duì)知識(shí)理解與應(yīng)用的不重視不無(wú)關(guān)系。因此，我國(guó)應(yīng)借鑒美國(guó)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)積極推進(jìn)STEM教學(xué)。如今 STEM教學(xué)在我國(guó)的建立了相應(yīng)的試點(diǎn)并在全國(guó)逐漸展開(kāi)，這對(duì)中國(guó)教育與人才培養(yǎng)而言無(wú)疑是有利的。

【作者單位：昆山市柏廬實(shí)驗(yàn)小學(xué) 江蘇】