基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)
——以《簡易凈水器》為例

福建省泉州市豐澤區(qū)實驗小學(xué)潘山校區(qū) 何秀晶

過去，小學(xué)科學(xué)課程或者變成教師科普科學(xué)知識的課堂，或者成為教師引導(dǎo)學(xué)生做科學(xué)小實驗的課堂，這樣的課堂都無法通過課堂教學(xué)有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)是一種能夠培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效教學(xué)途徑。

一、STEM理念

STEM是Science、Technology、Engineering、Mathematics這四個英語詞匯的縮寫。STEM教育就是讓學(xué)生面對真實情境中的問題，通過團(tuán)隊合作將科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）和數(shù)學(xué)（M）有機統(tǒng)一，運用跨學(xué)科的知識與方法來解決復(fù)雜問題，培養(yǎng)學(xué)生的自主性、主動性和創(chuàng)造力。推進(jìn)STEM教育是全面提升小學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)教育質(zhì)量的重要抓手，符合小學(xué)科學(xué)教育發(fā)展的方向，對培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)具有極大的意義。

二、STEM課程案例分析

《簡易凈水器》是結(jié)合教科版小學(xué)科學(xué)六年級下冊《環(huán)境和我們》單元第六課《污水和污水處理》的“污水的處理工藝”知識點拓展延伸的主題STEM課程。引導(dǎo)學(xué)生利用身邊常見的材料設(shè)計制作一個簡易有效的凈水器裝置，親歷污水凈化的活動，掌握了解水凈化的常用方法。本主題課程中學(xué)生將像工程師一樣經(jīng)歷工程的設(shè)計、制作、測試、優(yōu)化迭代的過程，在綜合性、項目化的深度學(xué)習(xí)中，內(nèi)化整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)各學(xué)科的知識，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力、創(chuàng)新能力、合作與溝通的能力。本主題包括以下活動流程：

1.引入問題與確定需求

活動一：創(chuàng)設(shè)情境，項目導(dǎo)入

視頻展現(xiàn)2018年超強臺風(fēng)“山竹”登陸前后的場景。臺風(fēng)過境暴雨洪澇過后，災(zāi)區(qū)自來水廠還沒來得及恢復(fù)供應(yīng)，而能作為生活用水的井水、河水又受污染導(dǎo)致污濁。作為“小小環(huán)境工程師”的你能幫助災(zāi)區(qū)的居民們設(shè)計一個簡易有效的凈水器嗎？從而導(dǎo)入項目任務(wù)：設(shè)計制作一個簡易有效的凈水器。

活動二：查閱資料，自主學(xué)習(xí)

小組使用平板電腦，連接網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料，完成自主學(xué)習(xí)任務(wù)單：我了解到的凈水器。小組分享交流調(diào)查結(jié)果。

2.調(diào)查研究與學(xué)習(xí)支持

活動三：了解自來水廠的凈水流程

小組閱讀觀看平板電腦中自來水廠凈水流程的微課視頻及圖片文字資料，并討論交流以下問題：自來水廠凈水主要分為哪幾個步驟？凈水的每個步驟的目的是什么？你知道生活中哪些常見的材料物品可實現(xiàn)以上凈化功能？

小組匯報交流，其他小組認(rèn)真傾聽并提出各自的意見及建議。師小結(jié)自來水廠的凈水流程，并出示資料鏈接，著重介紹過濾和吸附的凈水方法。

活動四：了解水樣質(zhì)量檢測方法

師出示閱讀資料，讓學(xué)生了解合格飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。引導(dǎo)小組用“看”（顏色、透明度、沉淀物、漂浮物）、“聞”（氣味）、“PH試紙檢測”（酸堿度）等以上方法觀察比較清水和污水的不同。

3.分析觀點與建立模型

活動五：設(shè)計“簡易凈水器”

小組觀察“自助材料站”的材料特點，討論交流：選擇哪些材料，設(shè)計制作什么樣的凈水器呢？在設(shè)計時要考慮些什么問題呢？師出示項目評價量表，各小組明確評價要求，并用量表中的評價標(biāo)準(zhǔn)去指導(dǎo)自己的設(shè)計。

活動六：制作“簡易凈水器”

小組按照設(shè)計圖開展制作，師巡視并用希沃教學(xué)助手直播記錄各小組的制作過程。

4.測試優(yōu)化與解決問題

活動七：“簡易凈水器”的性能測試

出示測試任務(wù)，小組領(lǐng)取活動材料，各小組觀察記錄凈化前后水樣的質(zhì)量，以檢測自制的凈水器是否有效，及其凈化效率如何。收集匯總測試結(jié)果，根據(jù)測試的結(jié)果確定各組“凈化效果”和“凈化效率”的得分，并填入評價量表。

5.凈水器的展示與評價

活動八：“簡易凈水器”的產(chǎn)品發(fā)布會

小組代表從以下幾個方面匯報展示項目成果，其他小組認(rèn)真傾聽并對他們的設(shè)計從可借鑒的地方或不足之處提出自己的看法，匯報的小組成員可做出相應(yīng)的解釋說明。根據(jù)評價量表評選出“最佳凈水獎”“最佳設(shè)計獎”“最佳創(chuàng)意獎”。

（1）展示制作的凈水器，闡述設(shè)計意圖及測試的結(jié)果。

（2）設(shè)計制作過程中遇到了哪些困難？怎么解決的？

（3）你認(rèn)為你設(shè)計的凈水器還存在什么不足之處？怎么改進(jìn)？

（4）結(jié)合測試時的經(jīng)驗，你覺得還可以怎么調(diào)整提高凈水的效果和效率呢？

三、STEM課程教學(xué)策略分析

結(jié)合《簡易凈水器》案例的開發(fā)和實施過程，筆者認(rèn)為要開展基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)，教師需要掌握這些方面的教學(xué)策略：

1.課程開發(fā)策略分析

課程開發(fā)的理念之，激發(fā)小學(xué)生的求知欲望。小學(xué)生具有好奇心強的特點。STEM課程要讓學(xué)生進(jìn)入一個學(xué)習(xí)情境，看到一個需要解決的問題，這個問題將成為學(xué)生需要解決的目標(biāo)。應(yīng)用這樣的方法，可以提高小學(xué)生的學(xué)習(xí)參與性、自主性。課程開發(fā)的理念之二，由易到難，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)困境。小學(xué)生在解決問題的過程中，會遇到種種學(xué)習(xí)困境。教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考，結(jié)合自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和生活經(jīng)驗，找出解決問題的方法；培養(yǎng)學(xué)生的思維水平，讓學(xué)生能夠整合出解決問題的流程；引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法，使學(xué)生能夠應(yīng)用科學(xué)的方法完成探索研究；鼓勵學(xué)生交流合作，讓學(xué)生在交流的過程中反思學(xué)習(xí)。在這一學(xué)習(xí)的過程中，使學(xué)生掌握科學(xué)理論、提高思維水平、掌握科學(xué)的技能、形成科學(xué)的態(tài)度。課程開發(fā)的理念之三，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，這是STEM課程開發(fā)的重點。教師要在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生一邊學(xué)習(xí)科學(xué)理論知識，一邊讓學(xué)生結(jié)合自己的生活實踐經(jīng)驗及以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，來整合過去學(xué)過的知識，應(yīng)用創(chuàng)新的思維來分析問題，提出解決問題的策略。比如在本次教學(xué)中，在學(xué)生發(fā)現(xiàn)了水資源污染的問題以后，教師引導(dǎo)學(xué)生自主地學(xué)習(xí)相關(guān)的理論資料，了解水資源污染的原因及解決水資源污染的方法。

2.課程結(jié)構(gòu)分析

STEM教育具有情境性特征，它不是教授學(xué)生抽象的學(xué)科知識，而是強調(diào)在豐富的生活情境中，讓學(xué)生獲得知識情境化應(yīng)用的能力，根據(jù)知識所處背景辨識問題本質(zhì)并靈活解決問題。基于實踐，吸收并借鑒工程設(shè)計流程，筆者認(rèn)為一個STEM課程應(yīng)包括以下結(jié)構(gòu)：

3.課程評價策略分析

傳統(tǒng)的總結(jié)性評價如紙筆試卷測驗，只能判斷學(xué)生的知識掌握情況，無法對學(xué)生在STEM課程中綜合能力的提高做出整體性評價。完整的STEM評價系統(tǒng)需要形成性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合。可根據(jù)實際課程內(nèi)容擬訂評價指標(biāo)，制定評價量表，采用自評、互評、師評的方式完成評價。這種形成性評價可有效追蹤評價出學(xué)生STEM能力的變化。

總之，基于STEM教育理念的小學(xué)科學(xué)教學(xué)是一種能夠全面提高學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)方法。將STEM教育理念融入小學(xué)科學(xué)教育中去，可強化學(xué)生動手動腦能力，增強應(yīng)用知識解決真實問題的能力，進(jìn)而不斷發(fā)展，為國家培養(yǎng)越來越多的科學(xué)技術(shù)人才。