小學(xué)STEM教育的兩種主要類型

萬(wàn)開(kāi)瓊

STEM教育結(jié)合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，它將知識(shí)融合到一起，去解決一些實(shí)際問(wèn)題，形成能滿足人們某種需求的產(chǎn)品，因此它更注重的是學(xué)生的創(chuàng)新能力、解決問(wèn)題的能力和相互合作的能力。

科學(xué)在于認(rèn)識(shí)世界、解釋自然界的客觀規(guī)律，通俗來(lái)講是解決“有什么（個(gè)體、群體的存在）、什么樣（形態(tài)、構(gòu)造、特征）、為什么（原因、變化條件）”三類問(wèn)題。技術(shù)和工程是在尊重自然規(guī)律的基礎(chǔ)上改造世界、實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界的控制和利用、解決社會(huì)發(fā)展過(guò)程中遇到的難題，通俗來(lái)講就是解決“怎么做”的問(wèn)題，既考慮認(rèn)知方面的規(guī)律，又有操作、技能方面的訓(xùn)練，更有對(duì)“什么是技術(shù)、怎樣做技術(shù)”的理解。

實(shí)際上，在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間存在著相互支撐、相互補(bǔ)充、共同發(fā)展的關(guān)系。如果要了解它們，尤其是它們之間的關(guān)系，就不能獨(dú)立其中任何一個(gè)部分，只有在交互中才能實(shí)現(xiàn)深層次的學(xué)習(xí)和理解性學(xué)習(xí)，也才能真正培養(yǎng)學(xué)生各個(gè)方面的技能和認(rèn)識(shí)。因此，STEM課程的基本流程通常為：確定需求—發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—設(shè)計(jì)解決方法—利用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等知識(shí)解決問(wèn)題—運(yùn)用理性方法驗(yàn)證解決效果。

從教學(xué)實(shí)踐看，以解決實(shí)際問(wèn)題為目標(biāo)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是STEM教育理念落實(shí)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐中的重要方式之一，并重點(diǎn)表現(xiàn)為兩種主要的技術(shù)類型，即經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)和應(yīng)用型技術(shù)。

經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)

經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)，是通過(guò)在實(shí)踐中嘗試、摸索，實(shí)現(xiàn)某種功能，滿足某種需求，它是以經(jīng)驗(yàn)為特征的。經(jīng)驗(yàn)是促進(jìn)技術(shù)發(fā)展的重要因素，在技術(shù)發(fā)展歷史的早期，它甚至是導(dǎo)致技術(shù)發(fā)展的唯一因素。經(jīng)驗(yàn)屬感性認(rèn)識(shí)形態(tài)，是對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象個(gè)別、直接的感知，具有累積性與傳承性。經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)從近代科學(xué)的早期，一直到第一次工業(yè)革命時(shí)期，都是作為科學(xué)的一種先導(dǎo)，是“科學(xué)之母”。

我們看到，不論對(duì)于科學(xué)還是技術(shù)，都存在知其然不知其所以然的以經(jīng)驗(yàn)為特征的技術(shù)。在小學(xué)科學(xué)課程中也存在這樣的技術(shù)。尤其是一些復(fù)雜的原理技術(shù)和高科技技術(shù)，這對(duì)人類來(lái)說(shuō)是現(xiàn)代科學(xué)指導(dǎo)下的技術(shù)，屬于應(yīng)用的技術(shù)，但對(duì)于兒童只需體驗(yàn)、認(rèn)識(shí)和理解。它既不是以科學(xué)認(rèn)識(shí)為目的，也沒(méi)有清晰的科學(xué)原理的指導(dǎo)（不包含科學(xué)原理的技術(shù)），主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行或獲得經(jīng)驗(yàn)體驗(yàn)。

但是在體驗(yàn)這些經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的過(guò)程中，往往存在許多的科學(xué)問(wèn)題有待提出和探索，而更加可貴的就是善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題。

例如在“超級(jí)泡泡器”探究活動(dòng)中，教師給學(xué)生模擬創(chuàng)設(shè)一種情境，分發(fā)兩種不同大小的泡泡器，開(kāi)展吹泡泡比賽，他們都對(duì)大泡泡非常感興趣，于是決定制作能吹出更大泡泡的超級(jí)泡泡器。

通過(guò)該情境的創(chuàng)設(shè)，學(xué)生立即將目光聚焦到泡泡的大小上，同時(shí)提出了一個(gè)非常具有驅(qū)動(dòng)性的核心問(wèn)題——怎么樣制作一個(gè)能吹出更大泡泡的超級(jí)泡泡器。泡泡的大小與泡泡器的大小有怎樣的關(guān)系，是不是泡泡器越大就越好？如果泡泡的大小不僅僅與泡泡器有關(guān)，那么還與什么有關(guān)？

在導(dǎo)入上面的情境之后，學(xué)生會(huì)思考制作超級(jí)泡泡器需要考慮哪些因素。他們根據(jù)所提供的材料（泡泡圈的材料有鐵絲、鐵絲加彩帶、彩帶等，長(zhǎng)度分別為40 cm、54 cm、58 cm、60 cm、64 cm）不斷地嘗試制作，同時(shí)在一次次的試錯(cuò)中去對(duì)比和尋找影響泡泡器的關(guān)鍵因素，如完整閉合的圈、圈的大小、泡泡液的附著能力等，只有各個(gè)條件都合適，才有可能成功制作出超級(jí)泡泡器。而教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與對(duì)比，通過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)探究去驗(yàn)證自己的猜想。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)并非泡泡圈越大，吹的泡泡就越大，泡泡的大小還和泡泡液的附著能力有關(guān)。

制作超級(jí)泡泡器是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)型的技術(shù)。為什么泡泡圈在一定范圍內(nèi)越大越好，超過(guò)了這個(gè)范圍就不是這樣？能吹出的泡泡的大小與泡泡液的表面張力有何關(guān)系？泡泡液的構(gòu)成成分與其表面張力有何關(guān)系？——這些都不是經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)能解決的問(wèn)題，但是在探究這種技術(shù)的時(shí)候，能激發(fā)學(xué)生更多的興趣。教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題，在合適的時(shí)機(jī)選擇恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題進(jìn)行研究。例如，比較水、幾種油等不同液體的表面張力的小實(shí)驗(yàn)。

應(yīng)用型技術(shù)

近代以來(lái)，科學(xué)走到了技術(shù)發(fā)展的前面，對(duì)技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造的規(guī)范和指導(dǎo)作用日漸增強(qiáng)。許多STEM課程就是科學(xué)原理轉(zhuǎn)化的技術(shù)，是應(yīng)用型技術(shù)，體現(xiàn)科學(xué)原理在技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)上的指導(dǎo)作用。許多科學(xué)規(guī)律、科學(xué)原理通過(guò)應(yīng)用研究轉(zhuǎn)化為技術(shù)原理，并為技術(shù)發(fā)明提供直接的理論要素和方法原則。同時(shí)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置和模型，可以直接成為技術(shù)發(fā)明、技術(shù)創(chuàng)造的起點(diǎn)。

STEM教育的目的之一，就是培養(yǎng)學(xué)生從小應(yīng)用科學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，這也是小學(xué)STEM教育的重點(diǎn)。當(dāng)然，由于小學(xué)生受年齡和認(rèn)知水平、能力的限制，需要教師選取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容。

例如在“設(shè)計(jì)小車”的活動(dòng)中，涉及的科學(xué)原理有摩擦力、彈力等科學(xué)知識(shí)。在具體的設(shè)計(jì)中，教師可以給學(xué)生準(zhǔn)備硬紙片、牙簽、金屬絲、橡皮筋、瓶子、紙盒等材料，避免摩擦力太大，導(dǎo)致車子行進(jìn)不明顯的問(wèn)題;可以應(yīng)用物體表面光滑粗糙的程度對(duì)摩擦力影響的知識(shí)，將車輪進(jìn)行改進(jìn);可以應(yīng)用彈力知識(shí)，將橡皮筋一端固定在車軸上，多次纏繞的橡皮筋被釋放后會(huì)帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)起來(lái);可以應(yīng)用反沖力知識(shí)，用鼓起的氣球的反沖力作為小車行進(jìn)的動(dòng)力，讓小車最終動(dòng)起來(lái)，并且能快速運(yùn)動(dòng)。

又如黑色物體吸熱本領(lǐng)強(qiáng)，可以利用黑色容器制作太陽(yáng)能熱水器。在其他條件相同時(shí)，陽(yáng)光直射的能量大，為了盡量保持太陽(yáng)能熱水器與太陽(yáng)直射的最大角度，接受盡可能多的太陽(yáng)熱量，可以通過(guò)比較水平放置、垂直放置和傾斜放置，三種情況下太陽(yáng)能熱水器的吸熱強(qiáng)弱，得出傾斜放置時(shí)太陽(yáng)能熱水器吸熱能力強(qiáng)。到底該如何傾斜呢？學(xué)生通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，如果總在夏季使用，則傾角宜為當(dāng)?shù)鼐暥葴p少10°;如果總在冬季使用，則傾角為當(dāng)?shù)鼐暥仍黾?0°。根據(jù)重慶的實(shí)際地理位置，熱水器多為冬天使用，學(xué)生將熱水器的安裝角度設(shè)計(jì)為39.56°，并進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。最終通過(guò)不斷調(diào)試改進(jìn)，逐步提高了太陽(yáng)能熱水器的使用功效。

STEM教育立足現(xiàn)實(shí)，著眼于問(wèn)題的解決，代表著一種現(xiàn)代教育哲學(xué)，它允許學(xué)生不斷試錯(cuò)，并在試錯(cuò)中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，最終解決問(wèn)題，因此STEM教育是一種更加注重過(guò)程的教育，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力和提升解決問(wèn)題的綜合水平，是一種深層次的教學(xué)。在小學(xué)階段實(shí)施STEM教育，不僅可以引導(dǎo)學(xué)生形成基本的科學(xué)探究和設(shè)計(jì)的意識(shí)，還能拓展所涉及領(lǐng)域內(nèi)容的廣度、深度和關(guān)注度，實(shí)則是為小學(xué)科學(xué)教育注入了新的生機(jī)和活力。