基于STEM教育的小學(xué)科學(xué)“做思共生”教學(xué)設(shè)計(jì)

徐文濤

【摘要】科學(xué)STEM活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的重要載體。本文論述了基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)“做思共生”教學(xué)設(shè)計(jì)要加強(qiáng)學(xué)科間的聯(lián)系、以學(xué)生的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以學(xué)生的生活為切入點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)基本型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型的STEM“做思共生”科學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)綜合素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】STEM教育 做思共生 小學(xué)科學(xué) 教學(xué)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）01A-0093-03

當(dāng)前，教育界對(duì)核心素養(yǎng)的關(guān)注度特別高。核心素養(yǎng)主要是指學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)他們終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。延伸到科學(xué)學(xué)科領(lǐng)域，核心素養(yǎng)指的是學(xué)生通過科學(xué)學(xué)習(xí)形成的生態(tài)意識(shí)、理性思維、勇于探究、批判質(zhì)疑、解決問題等方面的必備品格和關(guān)鍵能力。科學(xué)課程發(fā)展到今天，STEM教育已經(jīng)成為科學(xué)課程改革的發(fā)展方向，是提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)現(xiàn)科學(xué)教學(xué)“做思共生”的重要載體。STEM教育強(qiáng)調(diào)基于問題、基于工程設(shè)計(jì)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，需要科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的整合，這意味著科學(xué)教學(xué)要打破學(xué)科壁壘，要利用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)解決問題。在“科學(xué)素質(zhì)教育”走向“科學(xué)素養(yǎng)教育”的過程中，STEM教育已經(jīng)成為一種重要的載體。如何在STEM教育理念指導(dǎo)下開發(fā)出小學(xué)科學(xué)“做思共生”的教學(xué)設(shè)計(jì)，是值得教師深入研究的問題。

一、STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的原則

STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)是為更好地培養(yǎng)學(xué)生綜合科學(xué)素養(yǎng)服務(wù)的，所以，STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)要在一定的框架內(nèi)進(jìn)行操作，必需遵循一定的原則。

（一）教學(xué)目標(biāo)應(yīng)包含多學(xué)科的內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)科間的聯(lián)系

STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)除了以科學(xué)學(xué)科的內(nèi)容為主外，還要能夠體現(xiàn)技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科的內(nèi)容。各學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)要高度融合，邏輯性要強(qiáng)，要恰如其分，不能生硬地羅列。

（二）要以學(xué)生的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)

STEM“做思共生”教學(xué)設(shè)計(jì)要讓學(xué)生能在已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上探索出新的知識(shí)。因此，STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)必須把學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)納入其中，使學(xué)生能在教學(xué)活動(dòng)中引出已有的知識(shí)或想法，進(jìn)而幫助他們建立起新的知識(shí)或鞏固原有的知識(shí)。當(dāng)然，在STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中，也可以根據(jù)需要適當(dāng)融入一些新的知識(shí)。如《紙簍的研究》活動(dòng)中，命中率的計(jì)算方法對(duì)于四年級(jí)學(xué)生來說是新的數(shù)學(xué)知識(shí)，需要教師先進(jìn)行方法指導(dǎo)。

（三）切入點(diǎn)要與學(xué)生生活密切相關(guān)

與學(xué)生生活密切相關(guān)的問題更容易引起學(xué)生的共鳴。因此，STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)要基于學(xué)生在學(xué)習(xí)、生活中遇到的問題，這樣學(xué)生研究的欲望會(huì)更加強(qiáng)烈，參與活動(dòng)的積極性會(huì)更高，更容易達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

二、STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的途徑

一個(gè)好的STEM科學(xué)教學(xué)活動(dòng)，不僅要有富有吸引力的內(nèi)容，還要體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教育理念和科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的相互碰撞，更應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力和創(chuàng)新能力。因此，STEM“做思共生”科學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)并不是簡單地將科學(xué)與工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)組合起來，而是要把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎知識(shí)與機(jī)械過程轉(zhuǎn)變成探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面。

（一）以科學(xué)教材中的探究活動(dòng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基本型STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)活動(dòng)

我們不要把STEM科學(xué)活動(dòng)看成是“高大上”的東西，其實(shí)現(xiàn)行科學(xué)教材中的許多探究活動(dòng)都含有STEM元素，只要稍加改造，吸收一些工程、技術(shù)活動(dòng)的方法和思路，就可以轉(zhuǎn)化為很好的STEM活動(dòng)。科學(xué)探究活動(dòng)主要是研究“為什么”的問題，工程技術(shù)活動(dòng)主要解決“怎樣做”的問題，而我們?cè)谔骄俊盀槭裁础钡倪^程中，往往伴隨著“怎樣做”的活動(dòng)，這樣就把科學(xué)的學(xué)習(xí)活動(dòng)與工程技術(shù)的研究活動(dòng)有機(jī)結(jié)合到一起了。

《建橋梁》（五年級(jí)下冊(cè)）一課中有這樣一個(gè)探究活動(dòng)“不同類型的橋梁承受力一樣嗎？”，在教學(xué)過程中，我們重點(diǎn)研究了不同橋梁的承受力有何不同，對(duì)于怎樣建造比較理想的橋梁卻基本沒有涉及。對(duì)于這個(gè)科學(xué)探究活動(dòng)，我們可以這樣進(jìn)行轉(zhuǎn)化：在學(xué)生提出問題并進(jìn)行假設(shè)之后，組織學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并對(duì)自己的猜想進(jìn)行驗(yàn)證；接著進(jìn)行工程、技術(shù)和數(shù)學(xué)方面的引導(dǎo)——“怎樣設(shè)計(jì)能使建造起來的橋梁更結(jié)實(shí)、美觀？”，讓學(xué)生小組在簡單交流之后，畫出設(shè)計(jì)草圖；再次交流后，指導(dǎo)學(xué)生修改設(shè)計(jì)圖；各小組根據(jù)設(shè)計(jì)圖建造橋梁；測試橋梁的承受力；分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。其中的工程技術(shù)方面的活動(dòng)，是為“不同類型的橋梁承受力一樣嗎？”這一科學(xué)探究活動(dòng)服務(wù)的。簡言之，這還是一節(jié)科學(xué)課，所以從總體上來說，這是一個(gè)很好的STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)。

在科學(xué)教材中，類似這樣的探究活動(dòng)還有很多，如《降落傘》《折形狀》《搭支架》等，只要教師潛心研究、精心設(shè)計(jì)，就可以把這些科學(xué)探究活動(dòng)轉(zhuǎn)化成STEM科學(xué)“做思共生”活動(dòng)。根據(jù)問題和任務(wù)的不同出發(fā)點(diǎn)，融入工程與技術(shù)，依據(jù)其內(nèi)在的科學(xué)原理，科學(xué)探究問題可以轉(zhuǎn)化為STEM問題；又因?yàn)榻鉀Q工程問題時(shí)必然會(huì)涉及科學(xué)的知識(shí)和原理，所以從工程技術(shù)的角度出發(fā)設(shè)計(jì)的活動(dòng)更容易達(dá)成科學(xué)、工程與技術(shù)的共同發(fā)展。

（二）以單元知識(shí)重組為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)應(yīng)用型STEM“做思共生”科學(xué)活動(dòng)

科學(xué)學(xué)科的“學(xué)”一定要和“用”緊密地聯(lián)系起來，只有這樣，“學(xué)”才能更有意義。一個(gè)主題單元學(xué)過之后，學(xué)生積累了比較豐富的相關(guān)主題的知識(shí)，但是對(duì)于學(xué)生來說，這些知識(shí)可能還比較零碎，學(xué)生缺乏整體、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。這時(shí)候，如果通過一個(gè)STEM活動(dòng)，讓學(xué)生把單元中所學(xué)的知識(shí)在這個(gè)活動(dòng)中應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)“學(xué)以致用”，那么對(duì)于知識(shí)的系統(tǒng)化形成將起到重要的推動(dòng)作用。

《電和磁》這個(gè)單元的內(nèi)容主要包括簡單電路、導(dǎo)體和絕緣體以及判斷暗盒里的電路、磁鐵、電磁鐵等。學(xué)完之后，可以根據(jù)單元的知識(shí)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)“闖關(guān)”形式的STEM活動(dòng)——穿越電磁隧道。整個(gè)活動(dòng)可以設(shè)計(jì)成三關(guān)：

第一關(guān)，尋找南門。先搭建好一個(gè)隧道，隧道有東、西、南、北四個(gè)入口，只有從南門才能安全進(jìn)入。學(xué)生可以利用教師提供的器材，制作一個(gè)指南針，根據(jù)指南針的指示進(jìn)入隧道。

第二關(guān)，點(diǎn)亮長明燈。隧道內(nèi)一片漆黑，需要點(diǎn)亮長明燈才可以順利前往。長明燈的開關(guān)是彈片式的，只有一直用磁鐵吸引才能接通電流。但磁鐵太重，必須做一個(gè)支架托著才可以。

第三關(guān)，放下吊橋。前進(jìn)的通道上有一條河，河上有一座吊起來的吊橋，學(xué)生要在河邊的一輛小車上綁上一塊電磁鐵，把小車推向河邊停好。如果電磁鐵伸出的一端長度適當(dāng)，那么通電后，就可以通過吸引控制吊橋的開關(guān)，把吊橋放下來，人即可通過。

利用這樣的STEM活動(dòng)，學(xué)生可以真正理解并系統(tǒng)掌握本單元的科學(xué)知識(shí)，并逐漸內(nèi)化為解決問題的能力，這才是科學(xué)教學(xué)的根本目的所在。

（三）以生活中的問題為核心，設(shè)計(jì)創(chuàng)新型STEM“做思共生”科學(xué)活動(dòng)

科學(xué)學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是解決生活中的問題。因此，教師平時(shí)可以有意識(shí)地圍繞生活中的一些問題，設(shè)計(jì)開發(fā)成STEM“做思共生”科學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)造能力的形成。這些問題的來源最好是學(xué)生在生活中遇到的問題，這樣學(xué)生解決問題的欲望會(huì)更強(qiáng)烈些，有利于提高活動(dòng)的效率。

比如，班級(jí)紙簍的周圍經(jīng)常散落著許多廢紙，這是學(xué)生從遠(yuǎn)處對(duì)著紙簍扔廢紙?jiān)斐傻摹Ｓ谑牵械膶W(xué)生就想：怎樣讓廢紙都能扔進(jìn)紙簍呢？這是一個(gè)很有研究價(jià)值的問題。把這個(gè)問題帶到課堂上后，學(xué)生想出的辦法可謂五花八門。經(jīng)過交流和討論，大家最終把目標(biāo)集中在改良紙簍的結(jié)構(gòu)上。方法確定之后，各小組設(shè)計(jì)、完善設(shè)計(jì)圖。經(jīng)過交流、對(duì)比、評(píng)價(jià)，學(xué)生一致認(rèn)為在紙簍后面加上一塊擋板的辦法簡單可行。各小組對(duì)紙簍進(jìn)行設(shè)計(jì)之后，依據(jù)設(shè)計(jì)圖給紙簍加裝了擋板。隨后又進(jìn)行了多次測試和改進(jìn)，最終的測試數(shù)據(jù)表明，紙簍加裝擋板后，很少再有紙被扔到紙簍外。最后教師引導(dǎo)學(xué)生把課內(nèi)的研究延伸到課外：如果想把我們?cè)O(shè)計(jì)的紙簍通過工廠生產(chǎn)后拿到市場上賣，你覺得還需要做哪些改進(jìn)？課后根據(jù)你的想法，把紙簍再完善一下。

來源于學(xué)生生活中的問題，是STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的主要資源。在實(shí)踐中，教師要善于發(fā)現(xiàn)和利用這些資源，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的不斷提高。

三、STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)需要注意的問題

（一）處理好教學(xué)時(shí)間和教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾

相對(duì)于單純的科學(xué)探究活動(dòng)而言，STEM“做思共生”活動(dòng)涉及的內(nèi)容更加寬廣，需要的探究時(shí)間就會(huì)相應(yīng)地增加，一堂課往往解決不了問題，因此，教師要科學(xué)安排STEM活動(dòng)的時(shí)間。通常可以將一個(gè)STEM活動(dòng)按尋找解決方案、開展實(shí)驗(yàn)研究、成果展示交流、活動(dòng)評(píng)價(jià)等階段分為若干個(gè)課時(shí)來開展。當(dāng)然，在具體實(shí)施過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活安排活動(dòng)的時(shí)間。如，可以讓學(xué)生在課后完成實(shí)驗(yàn)研究的過程，課堂上直接交流展示研究的結(jié)果；也可以把解決問題的方案放到課外完成，課堂上再進(jìn)行交流評(píng)價(jià)等。

（二）教師要不斷提高自身的STEM綜合素養(yǎng)

一個(gè)STEM科學(xué)活動(dòng)的教學(xué)需要多種知識(shí)和技能的融合，不僅需要科學(xué)方面的知識(shí)與研究方法，還需要工程技術(shù)手段的輔助。也就是說，作為一名STEM活動(dòng)的指導(dǎo)教師不僅要有創(chuàng)造性思維，在遇到工程設(shè)計(jì)的問題時(shí)還要有設(shè)計(jì)的靈感、制作的技術(shù)。教師只有具備了這樣的素質(zhì)，才能在活動(dòng)中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，更好地指導(dǎo)學(xué)生的STEM活動(dòng)。

STEM“做思共生”科學(xué)活動(dòng)的教學(xué)具有適用面廣、實(shí)施條件靈活等特點(diǎn)，對(duì)科學(xué)教師的綜合素質(zhì)要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他學(xué)科。目前，農(nóng)村地區(qū)的大部分科學(xué)教師專業(yè)知識(shí)還不夠豐富，工程技術(shù)方面知識(shí)還顯得單薄，不能滿足STEM活動(dòng)的指導(dǎo)要求，限制了STEM活動(dòng)的開展。因此，科學(xué)教師要與時(shí)俱進(jìn)，通過自學(xué)及各級(jí)培訓(xùn)汲取更加豐富的專業(yè)知識(shí)，學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)制造等方面的技能，更好地適應(yīng)STEM教育活動(dòng)的要求。

（三）要打破學(xué)科領(lǐng)域的界限

一個(gè)STEM“做思共生”科學(xué)活動(dòng)往往會(huì)涉及多領(lǐng)域、多學(xué)科的知識(shí)，教師在開發(fā)設(shè)計(jì)STEM活動(dòng)時(shí)，不要受到學(xué)科領(lǐng)域的限制，思維要靈活、寬廣，要大膽融合，敢于創(chuàng)新。

如“研究空氣動(dòng)力小車”這個(gè)STEM“做思共生”科學(xué)活動(dòng)，研究的內(nèi)容就涉及動(dòng)力的選擇、小車的設(shè)計(jì)與制作、數(shù)據(jù)的測量與分析等，涵蓋了科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，科學(xué)學(xué)科具體涉及物質(zhì)世界領(lǐng)域的“運(yùn)動(dòng)與力”、地球與宇宙領(lǐng)域的“空氣”，這樣的有機(jī)融合，有利于學(xué)科知識(shí)的整合，更能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

科學(xué)與工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科的有機(jī)融合，是STEM“做思共生”科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的基本方法，也是豐富學(xué)生科學(xué)探究活動(dòng)的有效策略，是實(shí)現(xiàn)深層次學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)、提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要方式。我們要深刻認(rèn)識(shí)STEM科學(xué)活動(dòng)的重要作用，設(shè)計(jì)出更多的精品STEM“做思共生”科學(xué)活動(dòng)，努力將STEM教育引入科學(xué)課堂，不斷推進(jìn)科學(xué)課程改革向縱深發(fā)展。

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（責(zé)編 周翠如）