淺議小學(xué)科學(xué)STEM活動(dòng)設(shè)計(jì)的特征

秦曉華

小學(xué)科學(xué)教育經(jīng)過十幾年的課改，其科學(xué)探究的特質(zhì)已被越來越多的人所重視，小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)在探究過程中得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但在技術(shù)、工程素養(yǎng)方面，在綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)方面還有所欠缺。因此STEM教育逐漸成為基礎(chǔ)教育階段國(guó)際科學(xué)教育的主流和一門新興的課程。那在小學(xué)階段該如何開展STEM活動(dòng)呢？

一、在STEM活動(dòng)過程中，問題的提出非常重要

一個(gè)好的問題，往往能夠?qū)?dāng)今的重科學(xué)探究的科學(xué)活動(dòng)豐富成為一個(gè)集科學(xué)探究、技術(shù)、工程相結(jié)合的STEM活動(dòng)。在教學(xué)空氣的性質(zhì)這一課程時(shí)，我們往往會(huì)作如下設(shè)計(jì)：

片段一：

準(zhǔn)備2個(gè)套有氣球的水瓶，其中一只底部鉆有小孔，讓學(xué)生對(duì)著瓶口吹，看看發(fā)現(xiàn)了什么？通過活動(dòng)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，沒有小孔的瓶子內(nèi)的氣球吹不大，而有小孔的瓶?jī)?nèi)的氣球能被吹大。這是為什么呢？學(xué)生針對(duì)這一問題進(jìn)行討論并總結(jié)：瓶?jī)?nèi)氣球吹不大是因?yàn)槠孔永锏目臻g被空氣占據(jù)著，有小孔的瓶子內(nèi)的氣球能吹大是因?yàn)槠孔永锏目諝獗粴馇驈男】字袛D出來，騰出了瓶子內(nèi)的空間。這樣的設(shè)計(jì)，學(xué)生的主要任務(wù)還是在于對(duì)科學(xué)概念的認(rèn)識(shí)與解釋。而STEM更注重解決活動(dòng)過程中所產(chǎn)生的相應(yīng)的問題。針對(duì)這一特點(diǎn)，我們可以適當(dāng)改變這一活動(dòng)。

片段二：

1.出示沒有鉆孔的套有氣球的水瓶，讓學(xué)生吹，發(fā)現(xiàn)什么？學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)瓶子內(nèi)的氣球不能被吹飽，什么原因呢？學(xué)生由此會(huì)展開討論：吹氣球的力氣不夠大，瓶?jī)?nèi)的氣球本來就是破的，可能是瓶?jī)?nèi)的氣體出不去，占住了瓶?jī)?nèi)的空間，吹的時(shí)候嘴巴不緊密，漏氣了……

2.在討論的基礎(chǔ)上進(jìn)而提出任務(wù)：你有什么辦法將瓶?jī)?nèi)的氣球吹大？這樣的轉(zhuǎn)換讓學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)更具挑戰(zhàn)，讓學(xué)生在眾多可能性之中找到解決問題的方法，從而提高學(xué)生解決問題的能力。學(xué)生嘗試了各種解決方法：檢查了氣球的完整性，用力吹，保證吹的時(shí)候不漏氣，在瓶上扎個(gè)小孔讓空氣跑出去等方法后，發(fā)現(xiàn)，只有在瓶子上扎上小孔才能吹飽瓶?jī)?nèi)的氣球。由此得出瓶?jī)?nèi)空氣要占據(jù)空間應(yīng)該是一個(gè)正確的結(jié)果。

3.在此基礎(chǔ)上，老師進(jìn)而提出有什么辦法能夠讓同學(xué)們看到在吹飽氣球的同時(shí)，真的是有空氣從瓶?jī)?nèi)跑出來了嗎？同學(xué)們又提出了各種有效的方案：在小洞旁邊放一張紙條，吹動(dòng)氣球的時(shí)候，如果有空氣跑出來，紙條就會(huì)動(dòng)；將瓶子放入水中，吹氣球時(shí)，如果有空氣跑出，水中就會(huì)有氣泡；在瓶子小洞口塞上紙條，用力吹氣球時(shí)，紙條會(huì)被里面的氣體沖掉……隨后，學(xué)生利用自己的方式進(jìn)一步證明了，要吹飽氣球，必須將瓶?jī)?nèi)的空氣向瓶外排出，也間接證明了，空氣是要占據(jù)空間的。

通過這些有效問題的設(shè)計(jì)，重視了學(xué)生利用多種方法解決問題的能力，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生操作技能，將學(xué)科內(nèi)的科學(xué)探究活動(dòng)向STEM活動(dòng)進(jìn)行了有效的轉(zhuǎn)換。

又如，在吸熱和散熱一課中，教材提出了“不同顏色的吸熱和散熱性能是否相同”這一研究問題，我們也可以將它轉(zhuǎn)化為“怎樣使它吸熱、散熱更快？”以此達(dá)到STEM教學(xué)注重科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)相結(jié)合的特點(diǎn)。

二、有效的STEM教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，往往以產(chǎn)品的設(shè)計(jì)為主線

從現(xiàn)階段所提供的STEM課程設(shè)計(jì)的幾個(gè)樣本看，STEM的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，往往以一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制作作為教學(xué)的主線，在設(shè)計(jì)和制作中輔以科學(xué)概念、科學(xué)素養(yǎng)的提升，以及利用數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程等手段來不斷改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與成品的質(zhì)量。這是一個(gè)行之有效的方式，它更容易實(shí)現(xiàn)多學(xué)科領(lǐng)域的融合。

片段二：《增亮小房間》

師：出示紙板箱（用來模擬生活中的毛坯房）、去掉罩子的手電（模擬電源），談話：這是一間迷你房間，上面沒有窗戶，你有什么辦法增亮小房間？

生思考：1.增加手電中的電池?cái)?shù)量。2.改變紙箱內(nèi)壁的粗糙、光滑程度。3.改變內(nèi)壁的顏色。……

學(xué)生根據(jù)自己的猜想設(shè)計(jì)方案，并在實(shí)際操作中不斷修正自己的方案設(shè)計(jì)。如：小燈的位置、光的傳感裝置的位置、房子的位置應(yīng)固定不變；采用不同顏色、相同粗糙程度的紙；采用相同顏色、不同粗糙程度的紙；改變紙壁的安裝方式等等。在測(cè)量過程中，通過對(duì)傳感裝置顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、整理，學(xué)生能夠做出相應(yīng)的判斷，從而選擇更合適的材料、方式來裝飾內(nèi)壁，以達(dá)到增亮房間的作用。

這是生活中常見的裝飾房間的活動(dòng)，也相當(dāng)于是一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程。在這一過程中，學(xué)生要利用光、電的科學(xué)知識(shí)來思考如何改進(jìn)內(nèi)壁裝飾和電源；在安裝過程中，又涉及具體的該如何安裝才更有效的技術(shù)問題；而通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的整理、分析、判斷，又是對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)能力的訓(xùn)練，可見，一個(gè)好的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程往往更容易實(shí)現(xiàn)STEM中各種能力的培養(yǎng)，而使得學(xué)生全方位的發(fā)展。

三、STEM活動(dòng)設(shè)計(jì)更注重過程

科學(xué)探究活動(dòng)的展開，隨著活動(dòng)的深入，其指向性都很明確，都會(huì)得出一個(gè)合理、有效的結(jié)果，而STEM活動(dòng)，由于其活動(dòng)的復(fù)雜性，往往在一堂課的教學(xué)中無法得出精確的結(jié)論，它只能做到逐步向標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果不斷靠近的目的。

如《吹泡泡》，通過同學(xué)們不斷嘗試各種材料的選擇、配比，會(huì)配制出合理的泡泡水，但是否是最有效的，其結(jié)論并不唯一。在這個(gè)調(diào)制的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生數(shù)學(xué)能力（對(duì)于各種試劑的比例的調(diào)配），技術(shù)的要求（如何攪拌，采用何種水溫，應(yīng)該先將水倒入清潔劑，還是清潔劑倒入水等），這一活動(dòng)更注重的是在調(diào)配過程中，對(duì)學(xué)生各種能力的培養(yǎng)。

STEM活動(dòng)的興起，我想其根本就是各學(xué)科的融合，是對(duì)學(xué)生各種能力綜合性的培養(yǎng)，我們要充分挖掘教材中已有資源，不斷改變我們的課堂教學(xué)，建立屬于科學(xué)課所特有的一種STEM的課堂模式。

[作者單位：無錫市胡埭中心小學(xué)江蘇]endprint