整合+拓展：基于STEM理念的小學科學教學實踐探索

王小梅

[摘 要]小學科學課程標準提倡跨學科的學習方式，提倡科學教師將STEM教育理念運用于自己的教學實踐。教師可通過“整合+拓展”的方法，在單課、單元、學科拓展的教學活動中開展基于STEM理念的小學科學教學實踐。

[關鍵詞]小學科學；整合；拓展；STEM

《義務教育小學科學課程標準》指出：小學科學課程是一門綜合性課程。其倡導跨學科學習方式，提倡科學教師嘗試將STEM運用于自己的教學實踐[1]。STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）的統稱，強調多學科的交叉融合，是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式。我國對STEM教育的研究雖然處于起步階段，但已經引起教育專家和研究人員的廣泛關注，中小學校正在陸續引入STEM教育，以尋求課程改革新的生長點。筆者作為一線小學科學教師，在以STEM理念引領科學教學方面進行了積極的探索。

一、單課學習：

以基于問題的學習設計整合多學科教學

基于問題的學習是指一種讓學生通過不一定有正確答案的真實性問題而獲取知識的教學，是由理解和解決問題的活動構成的一種新的教學方式。在科學課中引入基于問題的學習能促進學生在真實情境中對驅動問題展開探究，使學生學習科學的過程類似“像科學家那樣研究”的過程，從而使科學學習更接近對科學本質的理解。

以教科版六年級下冊第三單元為例。這一單元是在學生在五年級時學過了“地球運動”之后，繼續引領他們探索宇宙的奧秘，拓寬對宇宙的認識并建立初步的宇宙觀。單元內容設置包括“天體概況”“天體運動”和“天體現象”。而“地球的衛星——月球”作為單元起始課，編排了“人類對月球的探索”和“我的月球卡”兩個板塊的內容，希望學生在認識人類探索月球所取得成就的基礎上整理相關知識，以“月球卡”的形式展示并交流人類對月球的認識。學生受認知能力尤其是空間想象能力所限，受日常生活體驗的影響，往往對相關概念的認識較模糊，甚至存在偏差、混淆甚至是錯誤。為了能夠讓學生更直觀地了解地月系、月相變化、太陽系等天文知識，教師通常會采用圖片或動畫、視頻的方法模擬天文現象，搭建概念轉化的“腳手架”。這種方法稱之為圖像建模。而許多宇宙領域的“模型”多是科學家根據需要創造出來的。有時，這種非等比例的模型以“告知真相”或“說明原理”的形式出現在學生面前，反而會讓學生忽視了地月的“直徑”“體積”“質量”等現實數據，形成對天體之間關系的錯誤認識。在本課教學前，筆者曾經做過一個調查：讓學生以圖畫的形式表現“月球圍繞地球轉”，然后再提供月地的直徑與距離數據，讓學生修正自己的圖畫。結果，學生并不是根據數據來修正圖畫，而是紛紛質疑自己是否算錯了比例：“不可能啊，不可能一張紙都畫不下”！

基于對教材的解讀與學情分析，這一課的教學可以用建模問題驅動，融合數學和科學，引領學生經歷“展示初始模型—為準確建模而認識人類探月歷程—整理資料，獲取數據—計算數據，處理信息—建造模型—評價模型”的跨學科學習過程，在建模過程中使學生加深對地月關系的認識，感受宇宙的廣闊和神秘；激發學生探索宇宙的好奇心，積累建造模型的科學學習的體驗，提升科學的思維方式。于是，教師將課題改為“建一個地月模型”，引領學生經歷基于問題的跨學科學習（見表1）。

二、單元主題學習：

以基于項目的學習設計融合多學科教學

研究表明，如果把學習割裂開來，學生就經常不能理解各個學科領域是如何相互聯系的。當不同學科相互整合，且學生參與到具有社會性互動的學習中，概念性知識就得以形成。基于項目的學習是以學科的概念和原理為中心，利用學生自主探究的過程來獲得與現實生活有關聯且能付諸應用的學習結果的新型探究性學習模式[2]。圍繞單元主題開展項目學習能統領單元學習，將單元主題學習置于一個大的真實情境中，用單元核心概念將分課時的學習串聯起來，促進學生真實學習的發生。如“食物”單元，以“設計制作一份營養餐”的項目式學習統整單元內容（見表2）。在項目背景下開展“為什么要吃食物”“我們吃得健康嗎”“我們該怎么吃”“設計制作我們的營養餐”“展示我的營養餐”等相關學習與活動。在此過程中，學生的每一次學習經歷都緊緊圍繞項目主題，學生的學習是主動的、真實的。同時，在學習過程中，學生不僅僅在經歷科學探究，建構科學概念，還要經歷分類、統計、設計、制作、展演等跨學科的融合的學習過程。基于項目的學習適合小學科學課許多單元主題，如“電路”“時間”“運動與力”“形狀與結構”等。

三、學科拓展學習：STEM課程開發與實施

1.拓展一個項目

在單元主題教學的基礎上，教師結合學生生活中的實際問題，開發了STEM項目，將科學、技術、工程、數學中的某些原理與學科知識巧妙、自然、有機地結合起來，著力體現研究過程的系統性與整合性，讓學生通過多途徑、多通道獲取知識，多角度、多維度地分析和解決問題，最終實現有效解決實際問題、提升科學素養的根本目標。比如，在日常觀察中發現，學校各個班級的雨傘與地拖擺放存在安全隱患，于是結合科技節活動在全校開展了“地拖雨傘架設計征集”活動，選擇優秀方案針對班級地拖和雨傘的放置實施了設計與改進。又如，學校因發展需要，正在籌備新建一個停車場，于是在交付設計公司進行設計規劃的同時，教師在六年級學生中提出了一個STEM課題“校園停車場的選址與設計”（見表3）。確定這一項目，是因為在教科版科學教材六年級上冊編排了“形狀與結構”單元，其科學核心概念是“物體形狀和結構與承受力大小的關系”。該項目的目標是：創設任務情境，引領學生經歷“設計—模型制作—分析評價—改進完善”的工程設計過程。在這一項目中，由數學、科學、信息技術學科 的教師及學校聘請的工程專家提供指導。

2.拓展一門課程

STEM課程開發已成為許多學校課程改革的重要內容。在學科教學中實踐STEM教育的基礎上，學校教師也在STEM課程開發方面進行了積極的探索。實踐表明，STEM課程開發除了參考國內外的經典案例之外，校本化開發也是一條行之有效的途徑，具體可參考以下做法。

一是可從學科教學內容中創生。學科教學中有許多科學原理可以拓展成為STEM課程的項目。比如教科版科學五年級下冊“沉和浮”單元，就可以開發出“定位潛水艇”“讓氣球潛水”“彩虹飲料”“浮沉子”等項目；六年級上冊“形狀與結構”可以開發出建筑模型系列的課程內容等。在單元主題延伸拓展的基礎上，教師可根據主題對內容進行整理歸類，如“模型”“建筑”“玩具”等主題，形成完整的STEM課程體系。

二是結合教師特長進行開發。許多教師有顯著的個人特長與興趣愛好，這些教師本身就是STEM課程開發的重要資源。如愛好航模的教師可以開發“航模”課程，喜歡研究機械的教師可開發“工具揭秘與創新”課程，癡迷于創造發明的教師可開發“創客”課程等。

三是提煉學校的辦學特色進行開發。挖掘學校的特色元素也是開發STEM課程的有效途徑。如浙江省瑞安市馬鞍山實驗小學的拓展性課程體系中有一系列的特色“非遺課程”，突出了對本土化傳統文化的保護與傳承。圍繞這個主題，開發了“揭秘傳統玩具及創新”STEM拓展性課程，選擇了12種傳統玩具作為課程內容，引領學生在重溫歷史、揭秘、制作、創造的過程中提高STEM素養。

綜上所述，通過基于問題的學習設計整合跨學科教學，通過基于項目的學習設計融合多學科教學，以學科拓展學習的方式研發STEM校本項目及課程，將有助于以STEM理念統領科學學習，著力體現學習過程的系統性與整合性，促進學生真實學習的發生，最終實現有效解決實際問題、提升科學素養的根本目標。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.小學科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2017.

[2][美]羅伯特·M·卡普拉羅，瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅，詹姆斯·R·摩根.基于項目的STEM學習[M].王雪華等，譯.上海：上海科技教育出版社，2016.

（責任編輯 郭向和）