基于STEM的小學科學課堂教學例談

(江蘇省南京市鎖金新村第一小學,江蘇 南京 210042)

1 引言

美國《新一代科學教育標準》強調將知識學習與生活實踐結合起來的STEM教育，用于解決真實世界中的問題，在我國也興起了STEM教育熱，STEM該如何融入本土教育，如何與新課標結合，服務于日常科學教學？筆者分享了應用STEM教學策略前后課堂的對比，結合STEM教學特點，探討提升學生探究力的有效途徑。

2 教學對比

2.1 “搭支架”的常規教學

師：請同學們以小組為單位，搭建一座既高又穩，承受力大的支架。

生1：高、穩還要承重力大？

生2：那怎么測試承重力？

師：拿書放上面測試。

學生領材料，設計草圖，動手操作，部分學生合作呈散漫離群狀。教師來回巡視，不停督促。快下課時，學生交上來各種形式多樣、造型奇特的支架。

課堂反思：本課的教學任務是搭建一座“既高又穩，承受力大的支架”，但學生的作品效果卻不甚理想，教學目標并未如愿實現。縱觀課堂，本課提問容量大、不聚焦，脫離學生現實生活，也沒有給學生提供明確的學習支持。至于塔的高度、穩定性、承重力三者該如何協調，也缺乏有效衡量標準，故無法綜合評價學生作品。

在學習了STEM教學理論后，筆者有了新的實踐思路，重新構思了“搭支架”一課的教學設計。此次，筆者設置了具體的教學目標，以增加支架承重力為焦點，并創設“支架變形”這一生活中常見問題情境，激發了學生解決實際問題的愿望。與此同時，為學生提供了有效的學習支持和評價方式，讓探究細致化、深入化、生活化，重新開展了教學。

2.2 改進后的“搭支架”教學

圖1

2.2.1 問題源于生活

師：前幾天，老師在網上買了一個這樣的掛物架，可用一段時間后，問題來了，請看如圖1的實物照片，你們看出來了么？

生：架子有點變形了。

師：好！今天老師想和大家一起在課上解決這個問題。

學生充滿好奇，情緒被調動。

圖2

師：為了便于大家研究，老師制作了一個模型(出示吸管架模型,如圖2)。我們先來測測目前它的承重力。

教師演示：放一個光盤在上面，架子塌了。

師：我們要增加它的承重力，最后要能承受得了一盒鉤碼的重量，想不想來挑戰一下？

學生覺得不可思議，但躍躍欲試。

片段說明：作為第二課時，學生已掌握在平面的情況下構建三角形、增加支架穩定性的知識。本課正是從亟待解決的生活實際問題出發，引導學生在真實情境中展開探究。考慮到課堂教學實際和STEM的特點，為方便操作，教師先建立模型，與學生共同研究。

2.2.2 方案設計導向明確，支持學習發生

教師用課件出示評分標準，并為不同組提供數量相同的吸管、大頭針，鉤碼等材料。

評分標準如下：(1) 作品承載1盒砝碼得60分，每增加一個鉤碼加5分。(2) 每減少一根吸管的用量加5分。(3) 在規定的20分鐘內完成，提前1分鐘加1分，超時10分鐘成績無效。

學生根據評分標準交流設計方案，方案如圖3所示。

圖3

片段說明：為學生提供方向明確的設計依據，學生在時間、耗材盡可能節約的情況下重點聚焦于“承重力”，讓學生的思考有方向，同時對學生的設計不做過多評價，在多方案共存的現實情境中激發學習興趣，通過對后期支架的承重測試來幫助學生自主發現問題，優化方案，從而解決問題。

教師指導學生將自己的方案付諸實踐，組織搭支架比賽。

學生興趣盎然，在真切地體驗到三角形結構在穩固形狀方面的顯著效果后，不時發出驚呼聲和贊嘆聲，即使挑戰失敗，也不甘示弱，主動要求再設計。

時間一到，所有組都完成了對支架的加固，和以前一節課只做幾個造型奇異的支架相比，課堂效率明顯提高，學生們帶著解決問題的主動性，在比賽中充分發揮了自己的聰明才智。

2.2.3 評價反饋多元、開放

師(找出承重測試最高組A、D和最低組B的作品，手持三個支架)：對比一下，成功或失敗的關鍵是什么？

學生意識到成功組的三角形結構比較多。

師：多在哪里？

學生交流分析后發現，支架的每條腿上，每個面上都有兩個三角形結構，這樣的設計承重力更強。

生1：老師，如果再給我們點時間，我們肯定做得更好，我們剛才第一個交，我們的材料得分和速度得分都是冠軍。

同組生2補充：對，我們的設計并不是相鄰兩條腿之間的連接，而是1、3連接，2、4連接，這樣更節約材料。

師：細看他們C組的作品，節約材料，設計具有創意，但對增加支架承重效果不顯著，其原因在于這里并沒有完整的三角形結構。你們的設計很有創意，下面我將備用的材料送給你們，請你們發現問題，優化方案，在原來基礎上繼續研究。

老師綜合成本得分，選出推薦的如圖4所示的作品D，圖中每個盒中放有6個鉤碼，它利用三角形增加支架的承重力。進而引導學生又回到解決生活中的架子承重力不理想的問題上。

圖4

圖5

師：根據這個作品的啟示，大家怎么幫我解決掛物架問題呢？

學生交流分析，認為應增加幾個三角形，輕松得出如圖5所示的解決方案。

圖6

片段說明：學生分析數據，在體驗和反思中積累經驗，從生活中來，并回到生活中去，鼓勵學生用多種方法解決現實中的問題。

2.2.4 聯系生活會遷移

師：以這個桌子為例，如圖6所示，聯系我們剛剛的實驗，你能說出為什么這樣設計嗎？

生：每條腿上都有兩個三角形，這樣可以顯著增加桌子的穩定性及承重力。

師：還有誰要補充嗎？

生：每個三角形都很小，這樣在保證穩定性的同時還可以節約成本。

片段說明：聯系生活中的應用，幫助學生識別并準確提取有助于得到結論的信息，說明桌子的每條腿上都有兩個三角形的設計在生活中確實有其存在的意義。

3 案例反思

3.1 前后兩課對比分析

“搭支架”一課常規教學與STEM教學的相關特點總結如表1。

表1

STEM教學是基于任務情境的、學生主動參與探究的動態過程，能更好地讓學生的探究能力得以體現。在日常教學過程中，需要一線教師深入思考，科學應用。

3.2 基于真實問題解決的STEM教學策略

3.2.1 精心創設問題情境

在應用STEM教學策略的科學課堂中，需要教師創設真實的問題情境，引導學生感受科學的現實性，感受其在生活中的重要性，激勵學生內在的學習動機。

對比前后兩次教學，第一次教學設計脫離具體情境，“搭支架”的目的、用途不明確，學生的學習也缺乏熱情和章法；在改進后的教學中，解決“生活中支架易變形”的真實問題被轉化為一系列的學習任務，開展基于真實問題情境下的探索式學習，學生的探究積極有效。

3.2.2 在問題解決的過程中提供有效的學習支撐

應用STEM教學策略于科學課堂中，需要教師引導學生在問題解決的過程中習得相關知識技能。在本課中，學生已有在平面情況下，構建三角形、增加支架穩定性的知識經驗，因此才能去解決生活中立體支架的問題。

3.2.3 跨學科、課內外融合解決問題

STEM教學是多學科整合、課內外融合的一種教學方法，其課程要求提供給學生們一些數學和科學知識。在本案例中，不僅包含“三角形最穩定”的科學原理、成本計算和數據處理等數學方法，還包含了如何改善支架承重力、優化制作工藝等工程技術問題。這些內容和使用的技能、實驗方法都與學生正在學習的科學課程、綜合實踐課程內容相對應。筆者有意識地將數學和科學課程中的內容聯系和整合起來，引導學生尋找最佳問題解決方案。

3.2.4 解決問題的結果多元可迭代

在應用STEM教學策略的科學課堂中，允許有多個答案，對失敗作品的重新設計也是學習的一個必要部分，失敗被認為是發現和設計解決方案過程中的必經階段。在本課中，學生能夠在活動中建立承重力與耗材之間的關系，最終就這兩者的關系形成自己的最佳解決方案，這就是成功。測試優化也是應用STEM教學策略重要環節，本課中學生即使測試失敗，也不甘示弱，主動要求優化方案，進行迭代式設計。

4 結語

應用STEM教學策略的“搭支架”一課，取材簡單廉價，操作方便高效，通過學生分析、解決問題的過程，在日常科學教學中體現了STEM教育的理念。一線教育工作者應客觀認識STEM教育的特點，結合現狀，深入學習，勤于實踐，為STEM理念的本土化開展探索出有效的途徑，以利于學生科學素養的培養。