基于STEM教育的小學科學課堂實施技術與工程教學的有效策略研究

蕭順歡

摘 要：STEM教育及《義務教育科學課程標準（2017年版）》均提出實施技術與工程教學，但目前國內科學教師存在對技術與工程領域不熟悉，專業水平不足，在實施技術與工程教學上有一定困難的現狀，著眼于STEM教育，探究在STEM教育下如何在科學課堂中實施技術與工程教學，落實科學、技術、社會與環境目標，為科學教學提供有效的理論知識與實踐措施。

關鍵詞：STEM教育;技術與工程;小學科學

STEM教育是科學、技術、工程、數學的融合。其中，科學指的是科學知識，其中包括對自然現象及其中蘊含規律的認識與解釋，而工程和技術是在尊重自然規律的基礎上去創造新事物、改造世界，數學則是實施改造、創造過程中的工具，是解決技術與工程問題的必備武器。STEM教育有助于學生從一個更高的角度去看待世界，提升學生對多學科的綜合認識，提升學生的創新精神與實踐能力，從而學會解決實際問題。新課程改革下的素質教育要求培養學生的創新精神與實踐能力，能否培養學生的創新精神是現代教育與傳統教育的主要區別。要培養學生的創新精神與實踐能力，STEM教育中的技術與工程領域是關鍵。

《義務教育科學課程標準》（以下簡寫為新課標）中將科學課程目標分為四部分：科學知識目標、科學探究目標、科學態度目標和科學、技術、社會與環境目標。在技術與工程模塊中，新課標指出學生要了解科學、技術、社會和環境的關系，具有創新意識、保護環境的意識和社會責任感，并且強調在教學中，教師應幫助學生形成以下主要概念：人們為了使生產和生活更加便利、快捷、舒適，創造了豐富多彩的人工世界;技術的核心是發明，是人們對自然的利用和改造;工程的關鍵是設計，工程是運用科學和技術進行設計、解決實際問題和制造產品的活動。另外，教師應讓學生意識到科學家與工程師的區別，指導學生研究簡單的科技產品，了解科學原理在技術上的應用，在體會科技產品帶來便利的同時形成環保意識。

綜上所述，STEM教育融合的科學、技術、工程與數學教學正是目前小學科學教學的方向與目標所在，是在科學原理學習基礎上的設計與創造。對于大多數科學教師來說，實施STEM教育最大的困難在于技術與工程領域的理論與實踐。如何在科學課堂中實施技術與工程教學，落實科學、技術、社會與環境目標是每位科學教師應當思考的。本文將針對科學課堂中實施技術與工程教學展開研究，并提供相關理論支持與實踐措施。

一、基于新課標，改進舊教材

目前，教科版小學科學三～六年級所使用的教材均是2001—2003年版的，而最新的《義務教育科學課程標準》是2017年版的，課程目標由三維變四維，增加了科學、技術、社會與環境目標;在課程內容上增加了技術與工程領域的學習;相關的教學要求也發生改變。顯然，目前的教材已經跟不上時代的腳步，跟不上新課標的步伐，這就要求科學教師要根據新課標的要求改進舊教材，對舊教材進行分析、改造，融入新課標的要求與教學建議，生成新的教學設計，達成四維目標，符合學情，符合時代要求。以下將針對相關課例進行分析，闡述在科學課程中改進舊教材，實施技術與工程教學的要點。

1.原理學習，鋪墊引領

所有的技術與工程均源于科學原理的學習，在教科版小學科學教材中，需要學生設計與動手制作的課均在學生已經學習了相關知識之后，因此即便是我們多么強調讓學生去設計與制作，教師也應當注重學生的科學原理學習，讓學生扎實掌握相關的科學概念，技術與工程教學的開展才不會出現看起來熱鬧，實際上學生并不太明確究竟要做什么的現象。

2.聯系生活，任務驅動

科學源于生活，生活處處有科學，教師要強化對科學知識與生活的聯系，善于創設問題情境，采用生活任務驅動，激發學生學習的好奇心，培養學生解決問題的能力。如在教科版小學科學三年級下冊《做一個指南針》，本課的學習者是三年級學生，他們對科學課充滿興趣，樂學、好學，但科學素養尚在培養的初始階段，思維上邏輯性不強、考慮問題不夠細致周密;探究過程不夠嚴謹，同時實驗操作能力有待提高。本課通過設計并實施實驗將對提升孩子的科學能力有著積極的作用。教師可以創設這樣的情境：明明與爸爸媽媽去郊外游玩，爸爸媽媽忙著搭帳篷，而在一旁玩耍的明明看到一只小兔子，覺得十分可愛就一路追尋兔子，停下腳步時卻發現自己深陷一片叢林之中，只知道營地在南方，找遍了身上只發現有磁鐵、縫衣針、線、碗這幾樣東西，你能否幫助明明找到回去營地的路。這樣的問題情境貼近生活，符合三年級學生的特點，學生探索的欲望一下子被激發，在思考并設計自制指南針的過程中問題解決能力得到了提升。通過故事情景貫穿整個教學內容，運用實際解決生活中遇到的問題，讓科學探究從課堂走向生活，拓展研究的廣度和深度。同時，激發學生樂于助人的自豪感。又如，在六年級《杠桿的科學》一課中，由打開一個奶粉罐引入，在得知用撬的方式打開后，教師進一步提出讓學生用硬幣和螺絲刀撬開，感受二者不同進而得出杠桿原理。不僅如此，教師還可以創設生活情境讓學生解決將葡萄榨成葡萄汁的問題，提供簡單的材料，讓學生運用杠桿原理設計制作簡易榨汁機。技術與工程都是源于生活，貼近生活的，學生的原有知識與經驗是豐富的，采用生活任務驅動，從生活出發學習科學，再回到生活解決實際問題，能夠更加有效地幫助學生構建關于技術與工程的相關概念。

3.科學選材，闡述意義

在科學教學中，要注重實驗材料的選擇，既要簡易，符合學生的學習、動手能力，又要科學，能夠讓學生看到直觀的效果。如在《做一個指南針》一課中，指南針一般有兩種：懸掛式、水浮式，但為什么提供給學生的材料中要加一個碗呢，原因在于將指南針懸掛于倒扣的碗中，可以解決在野外、航行中天氣惡劣，影響指南針轉動及指示方向的問題，實現刮風下雨都可以準確指示方向的目標。此外，教材上是采用線綁住指南針進而懸掛，但三年級學生多數不會用打結的方式去綁指南針，會的學生操作起來也較慢，因而可以設計先在磁針中間黏上橡皮泥，再把線纏在橡皮泥上吊起磁針，這樣的操作更符合學生的實際，而且再調節磁針的平衡時針也不容易掉下來，成功率大大提高。學生設計經歷簡單的探究性實驗過程，掌握正確的方法磁化鋼針，用多種方法制作簡易指南針。在科學探究的過程中，讓學生感受到科學的嚴謹性，激發學生創新思維，培養學生動手實驗能力及科學興趣。新時代的教師不再是教教材，而是用教材教，因此教師可以根據實際情況靈活處理，不必照本宣科，選擇科學的材料才能實現高效課堂，學生也會逐步意識到在制作過程中，材料的科學、有效十分重要。

4.重視設計，逐步優化

新課標指出，工程的關鍵是設計，工程是運用科學和技術進行設計、解決實際問題和制造產品的活動。因此，讓學生動手操作前，教師要注重學生的設計，并且要讓學生明確每一項工程實施前都要完成周全、科學的設計。通過設計學生將了解到工程中需要考慮到實際問題非常多，要動腦筋思考解決方法，一步步優化設計。同時，學生的思維活動就體現在其設計過程中，這是檢驗學生科學知識掌握程度、思維水平的一種重要媒介，通過設計圖可將抽象的思維具象化，將科學思維板演，有助于教師進一步了解學情。如在六年級《用紙造一座橋》一課中，讓學生設計一座橫跨海心沙和廣州塔的橋，在承重量、高度、穩定性、人性化等方面提出要求，讓學生用教師提供的材料在白板上完成三維立體設計，在初步設計展示及評價后進一步改進，優化設計方案。學生再識別和控制變量，記錄數據，分析數據并得出合理結論，用紙的寬度、厚度與抗彎曲能力的關系的研究，在這個過程中，學生對于工程設計的理解不會再流于淺表，會漸漸認識到要不斷優化，并且必須先設計再制作。

5.注重實際，著眼現實

工程的設計要注重實際，著眼于現實，考慮可利用的條件和制約因素，如在五年級《我的水鐘》一課中，制作的水鐘計時若不準確主要有以下兩個方面的原因：第一是容器的形狀不規則導致刻度的標記不科學;第二是開始時容器里裝了比較多的水，水的重量產生的壓力比較大，開始滴漏速度會快一些，隨著容器中的水位逐步下降，水的壓力也越來越小，這樣就影響了滴水的速度，以上兩個因素是學生在制作水鐘遇到的制約因素。制作水鐘存在一定的技術含量，教師要引導在制作之后進行反思改進，引導學生選擇合適的孔徑，考慮如何在水壓會改變的情況下，讓水滴以穩定的速度滴下，用身邊的什么容器制作可以標記出準確的刻度，增加計時的準確性和科學性。

6.重視過程，關注結果

工程在設計之后需要制作，在制作之后檢驗成果，這是檢驗工程的核心。在《我的水鐘》一課中，學生制作完水鐘之后進行計時即可知道自己制作的水鐘是否科學準確;在《杠桿的科學》一課中，學生在教師的引導下利用杠桿原理設計制作簡易榨汁機，但榨汁機究竟能否榨出汁來，榨出來的效果如何通過簡單的榨汁來檢測。在現實中的技術與工程上，設計制作的產品是需要投入使用的，產品的實用性需要在一次次的檢測與改進中不斷得到完善，只有經過嚴格檢驗的產品才可推出市場進行銷售，甚至在新產品推出市場之后還需要通過用戶反饋進行改進，符合生活需求。因此教師不僅要重視學生制作的過程，也要關注制作成果，讓學生明確制作與檢測同樣重要，幫助學生形成檢測與不斷改進的概念。

二、總結

STEM教育及新課改下的技術與工程教學，不是讓學生動手做做就好了，只有讓學生親身經歷技術與工程的過程：原理學習—問題產生—目標確定—形成方案與設計圖（包含了選擇怎樣的材料等需要考慮的實際問題）—實施制作—檢驗成果—再次改進，并且幫助學生形成技術與工程的相關科學概念，這樣才算真正落實技術與工程教學。因此，在技術與工程教學中，教師要避免幫助學生規劃好一切，讓學生照著動手做做，這樣的科學課無疑成了手工課。同時，教師也要避免在沒有教會學生相關科學原理的情況下就讓學生設計制作，這樣的課堂看起來熱鬧但效果并不顯著。教師可從以上所說的生活任務驅動、優化實驗材料、注重設計優化以及關注工程檢驗等方面著手實施技術與工程教學。

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編輯 魯翠紅