應(yīng)用STEM教育理念開展小學(xué)科學(xué)教學(xué)

張征波

摘 要：從什么是STEM教育概念展開，闡述了在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用STEM教育理念的意義;如何在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展STEM教育及在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展STEM教育應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：STEM教育;教育理念;小學(xué)科學(xué)

一、什么是STEM教育

STEM是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）的首個(gè)字母縮寫，它將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科進(jìn)行融合，使原本分散的四門學(xué)科形成了一個(gè)整體。STEM教育并不是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門學(xué)科教育的簡(jiǎn)單疊加，而是將這四門學(xué)科內(nèi)容整合形成有機(jī)整體，從而實(shí)現(xiàn)更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。STEM教育強(qiáng)調(diào)這四門學(xué)科領(lǐng)域之間的內(nèi)在聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生親歷一系列有內(nèi)在聯(lián)系的內(nèi)容學(xué)習(xí)，達(dá)到培養(yǎng)他們綜合解決實(shí)際問(wèn)題能力的目的。STEM課堂的特點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力與問(wèn)題解決能力。基于STEM教育的教學(xué)活動(dòng)要求把學(xué)生學(xué)習(xí)到的各門學(xué)科中相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科知識(shí)與能力轉(zhuǎn)變成一個(gè)探究世間事物之間相互聯(lián)系的過(guò)程。

二、小學(xué)科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用STEM教育理念的意義

（一）STEM教育課程內(nèi)容在小學(xué)科學(xué)教材中占有重要地位

現(xiàn)行的小學(xué)科學(xué)教材涉及不少STEM教育內(nèi)容，以教科版科學(xué)教材為例涉及設(shè)計(jì)與制造的有：《做一個(gè)太陽(yáng)能熱水器》《設(shè)計(jì)制作小賽車》《造一艘小船》《設(shè)計(jì)制作一個(gè)保溫杯》《做一個(gè)一分鐘計(jì)時(shí)器》《用紙?jiān)煲蛔鶚颉贰蹲鰝€(gè)指南針》《做個(gè)小開關(guān)》等這些內(nèi)容涉及三至六年級(jí)教材;涉及工業(yè)產(chǎn)品拆解的有：《神奇的小電動(dòng)機(jī)》《自行車上的簡(jiǎn)單機(jī)械》;涉及問(wèn)題方案解決的有《減少對(duì)土地的侵蝕》《污水和污水的處理》《保護(hù)我們的視力》《減慢食物的變質(zhì)速度》等。從上述對(duì)教科版小學(xué)科學(xué)教材內(nèi)容的分析中，可見小學(xué)科學(xué)教材中涉及相當(dāng)數(shù)量的STEM教育課程內(nèi)容。因此在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中如何將STEM教育理念滲透到小學(xué)科學(xué)教學(xué)中就顯得尤為重要了。

（二）STEM教育有利于提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力

STEM教育課程教學(xué)是將學(xué)生置于一個(gè)個(gè)項(xiàng)目主題學(xué)習(xí)中，通過(guò)要求學(xué)生在工程設(shè)計(jì)（如設(shè)計(jì)制作小賽車）、工業(yè)產(chǎn)品研究（如拆卸一個(gè)小電動(dòng)機(jī)，探究其中的結(jié)構(gòu)組成和工作原理）、問(wèn)題解決（如研究減少對(duì)土地的侵蝕）等方面進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)，利用科學(xué)、工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)等知識(shí)進(jìn)行項(xiàng)目分析，讓學(xué)生通過(guò)對(duì)問(wèn)題的討論、分析、構(gòu)建、設(shè)計(jì)模型，發(fā)現(xiàn)并解決實(shí)際問(wèn)題。從而塑造出多學(xué)科知識(shí)交叉融合和綜合運(yùn)用的環(huán)境，進(jìn)而讓學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸到真實(shí)的技術(shù)世界而非僅局限于科學(xué)理論的學(xué)習(xí)，這對(duì)增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力具有重要意義。

（三）STEM教育有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣

STEM教育具有明顯的趣味性特征，它有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的熱情。在STEM教育實(shí)施過(guò)程中，教師可以將多門學(xué)科的知識(shí)融入許多有趣的、與生活實(shí)際緊密聯(lián)系的相關(guān)問(wèn)題中，從而激起學(xué)生參與學(xué)習(xí)的興趣。STEM教育的教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)主體的參與性和分享性，讓學(xué)生分享創(chuàng)造成功的喜悅。小學(xué)生天性好玩好動(dòng)，對(duì)于設(shè)計(jì)制作產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生濃厚的興趣，如教科版科學(xué)教材五年級(jí)上冊(cè)教材第四單元最后一課就安排《設(shè)計(jì)制作小賽車》這一涉及STEM教育課程教學(xué)內(nèi)容。在這個(gè)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中學(xué)生對(duì)于設(shè)計(jì)制作一輛小賽車產(chǎn)生了濃厚的興趣，各學(xué)習(xí)小組利用各種材料設(shè)計(jì)出各種各樣的賽車。在小車動(dòng)力設(shè)計(jì)上，有使用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的，也有利用所學(xué)的彈力做動(dòng)力，還有使用反沖力做動(dòng)力的等。在小車材料使用上，有使用泡沫塑料的，也有使用金屬材料的，還有使用木頭的等。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣和強(qiáng)烈的求知欲表現(xiàn)欲，從而達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

（四）STEM教育有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

STEM教育是一種基于項(xiàng)目主題的教學(xué)活動(dòng)，項(xiàng)目主題往往是與學(xué)生生活實(shí)際緊密相關(guān)的。學(xué)生在完成項(xiàng)目任務(wù)過(guò)程中往往離不開與其他同學(xué)合作、交流、討論和教師或?qū)＜业闹笇?dǎo)。既需要學(xué)生和學(xué)生之間的相互團(tuán)結(jié)協(xié)作，也需要學(xué)生和教師之間相互密切配合。學(xué)生通過(guò)教師指導(dǎo)，與同學(xué)的交流獲得他們需要的幫助，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的解決。例如在教科版科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)教材中《造一座紙橋》這一課時(shí)，學(xué)生在完成建造紙橋的過(guò)程中，需要小組成員分工合作開展活動(dòng)。在紙橋的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要小組成員展開討論確定所建造的橋型;在紙橋制作過(guò)程中需要小組成員相互分工合作，確定裁紙、擺位、粘連;在紙橋承重測(cè)試過(guò)程中同樣需要小組成員分工合作擺放重物，記錄數(shù)據(jù)。總之，一個(gè)STEM教育項(xiàng)目主題的完成都是團(tuán)隊(duì)協(xié)作的結(jié)果。

三、如何在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展STEM教育

（一）選擇合適的教學(xué)內(nèi)容

在開展STEM教育中，項(xiàng)目的選擇是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它可能決定了STEM教育課程教學(xué)的成敗。要注重項(xiàng)目的難易程度，貼近學(xué)生的生活實(shí)際。無(wú)論是基于產(chǎn)品，還是基于工程項(xiàng)目的STEM課程，學(xué)校都應(yīng)根據(jù)自身定位、發(fā)展理念和地域特色，選擇開發(fā)合適的項(xiàng)目載體，并積極利用校外教育資源，與其他學(xué)科的教師合作，從課程、教法、教具、學(xué)生學(xué)習(xí)等多個(gè)角度開展深入而系統(tǒng)的研究。學(xué)校還應(yīng)根據(jù)教情、學(xué)情，循序漸進(jìn)，分步實(shí)施，拒絕那些不具備復(fù)制性的典型和浮夸的案例。在教學(xué)過(guò)程中，教師要選擇與生活密切相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題，把學(xué)生分成小組組織教學(xué)活動(dòng)，開展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、操作、分析。通過(guò)實(shí)踐參與，提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)動(dòng)手能力，讓學(xué)生在實(shí)際參與過(guò)程中學(xué)到科學(xué)知識(shí)，掌握科學(xué)技能。

（二）改進(jìn)小學(xué)科學(xué)教學(xué)方法

STEM教育不僅主張通過(guò)教師講授和學(xué)生自學(xué)習(xí)獲得抽象知識(shí)，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)腦自主參與學(xué)習(xí)過(guò)程。它提供了讓學(xué)生動(dòng)手做的學(xué)習(xí)體驗(yàn)機(jī)會(huì)，學(xué)生可以用所學(xué)的數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程技術(shù)知識(shí)來(lái)解決現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題，通過(guò)發(fā)現(xiàn)、分析、設(shè)計(jì)、建構(gòu)并解決問(wèn)題。因此，開展STEM教育活動(dòng)要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，使學(xué)生由知識(shí)的被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)轫?xiàng)目的設(shè)計(jì)制作主動(dòng)參與者。讓學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目的選擇、討論、分析、設(shè)計(jì)、制作、評(píng)價(jià)和反思培養(yǎng)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，樹立科學(xué)精神，掌握科學(xué)方法和養(yǎng)成科學(xué)思維。例如，在教學(xué)教科版科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)教材《做個(gè)太陽(yáng)能熱水器》活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)體驗(yàn)到太陽(yáng)能熱水器制作的知識(shí)，不僅獲得結(jié)果性知識(shí)——太陽(yáng)能熱水器的設(shè)計(jì)原理，還習(xí)得蘊(yùn)含在太陽(yáng)能熱水器制作中的過(guò)程性知識(shí)。這種在參與式、體驗(yàn)式的習(xí)得知識(shí)的學(xué)習(xí)方式對(duì)于學(xué)生今后的生活、學(xué)習(xí)、工作，乃至于長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展會(huì)產(chǎn)生深刻影響。

（三）提供必要的教學(xué)場(chǎng)地器材拓寬科學(xué)學(xué)習(xí)陣地

STEM教育作為促進(jìn)學(xué)生全方位發(fā)展的教育，硬件與軟件資源對(duì)STEM教育的順利開展起著關(guān)鍵作用。它和普通的科學(xué)教育不一樣，各種STEM項(xiàng)目主題在實(shí)施中需要用到的器材眾多，且很少為科學(xué)實(shí)驗(yàn)室常備器材。因此，工具及器材的配備是STEM項(xiàng)目推進(jìn)的重要保障。我國(guó)小學(xué)目前普遍存在科學(xué)設(shè)施不足的問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)STEM教育與小學(xué)科學(xué)的有機(jī)融合，就必須加大學(xué)校對(duì)科學(xué)儀器、科學(xué)設(shè)備的投入，建立起比較完善的STEM教學(xué)設(shè)施。學(xué)校在規(guī)劃STEM教育課程時(shí)可以借助社會(huì)上的教育資源尋求廣泛支持，如聯(lián)合科技館、博物館、少年宮、創(chuàng)客空間等科普機(jī)構(gòu)，讓社會(huì)公共教育機(jī)構(gòu)提供STEM教育場(chǎng)所和設(shè)計(jì)空間，盡可能讓學(xué)生置身于社會(huì)大環(huán)境中，更好地滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求。

（四）加強(qiáng)教師培訓(xùn)提高教師的STEM素質(zhì)

重視STEM教育，首先要提高科學(xué)教師專業(yè)能力。一是要多渠道拓寬科學(xué)教師的來(lái)源，在新教師的招聘過(guò)程中適當(dāng)招收一些工科背景的高校畢業(yè)生充實(shí)到科學(xué)教師隊(duì)伍中。二是要重視教師的培養(yǎng)，要加強(qiáng)教師的在職培訓(xùn)。積極利用中小學(xué)教師繼續(xù)教育平臺(tái)開展在職科學(xué)教師的STEM教育項(xiàng)目培訓(xùn)，通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)課程，提高科學(xué)教師的STEM教育素養(yǎng)。三是有條件的學(xué)校可以與當(dāng)?shù)乜茀f(xié)、科技館等社會(huì)團(tuán)體和機(jī)構(gòu)開展合作，組織“科學(xué)顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)”指導(dǎo)幫助科學(xué)教師提升實(shí)施STEM教育項(xiàng)目的能力。

四、在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中開展STEM教育應(yīng)注意的問(wèn)題

（一）要立足校情扎實(shí)穩(wěn)妥推進(jìn)STEM教育

STEM教育是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及的學(xué)科多、領(lǐng)域廣，需要保障的條件多。在實(shí)施該項(xiàng)目時(shí)切忌追時(shí)髦、趕潮流、追求高大上。學(xué)校盡可能選擇一些易操作、易推廣、能解決實(shí)際問(wèn)題的“接地氣”的案例。學(xué)校可根據(jù)實(shí)際條件，包括硬件設(shè)施（場(chǎng)地、器材）和師資狀況，扎實(shí)穩(wěn)步推進(jìn)STEM教育，務(wù)求取得實(shí)效。而不應(yīng)人云亦云，不顧校情條件具備與否，盲目跟風(fēng)開展STEM教育。這樣既不利于STEM教育的順利開展，甚至可能造成勞民傷財(cái)?shù)暮蠊@不符合學(xué)校開展STEM教育的初衷。

（二）要立足于學(xué)情開展STEM教育

教師在將STEM教育引入科學(xué)課堂的同時(shí)，要注意區(qū)分不同年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，有重點(diǎn)地組織教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中不能只重視STEM教育的形式，要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)能力選擇相應(yīng)的項(xiàng)目主題，確定合適的教學(xué)目標(biāo)，采用對(duì)應(yīng)的教學(xué)手段。如小學(xué)一、二年級(jí)的學(xué)生在課堂教學(xué)時(shí)應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣，選擇一些趣味性較強(qiáng)的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)他們對(duì)科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)愛好;小學(xué)三、四年級(jí)的學(xué)生要重視培養(yǎng)他們解決簡(jiǎn)單問(wèn)題的能力，在教學(xué)過(guò)程中可以選擇簡(jiǎn)單制作，如教科版科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)教材中《做個(gè)小開關(guān)》;小學(xué)五、六年級(jí)的學(xué)生可以嘗試讓他們根據(jù)項(xiàng)目主題自主設(shè)計(jì)制作產(chǎn)品，如教科版科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)教材中《設(shè)計(jì)制作小賽車》等。

（三）開展STEM教育時(shí)要重視項(xiàng)目設(shè)計(jì)

STEM教育的實(shí)施依托一個(gè)個(gè)項(xiàng)目主題來(lái)實(shí)現(xiàn)，它最核心、最重要的工作是項(xiàng)目或問(wèn)題的設(shè)計(jì)。STEM項(xiàng)目設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)將科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)蘊(yùn)含于情境化的實(shí)際問(wèn)題解決過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生積極主動(dòng)地利用學(xué)到的各學(xué)科的相關(guān)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)解決方案，從而實(shí)現(xiàn)跨越學(xué)科界限提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。STEM教育如果沒(méi)有一個(gè)完善的結(jié)構(gòu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，從而產(chǎn)生問(wèn)題解決困難、學(xué)習(xí)效率不高、項(xiàng)目收獲不大等一系列問(wèn)題。STEM教育實(shí)施者最好依托一批系列化的STEM教育課程內(nèi)容，并形成課程體系。如開展航模系列、船模系列、車模系列、橋梁設(shè)計(jì)系列、房屋建筑設(shè)計(jì)系列、常用工具設(shè)計(jì)系列等內(nèi)容開發(fā)相應(yīng)的STEM教育課程體系。

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