新時期小學科學實驗教學融合STEM教育的幾點思考

李小紅

【摘要】隨著科學技術的發展，教育模式也得到了不斷的創新。近年來，STEM教育更是深入全國中小學的教育中，各學科紛紛將STEM教育融入課堂中。和傳統的課堂相比，STEM教育強調多學科融合教育，注重學生全面能力的培養。而小學科學實驗課程有獨特的教育啟蒙性、探究性和應用性，如果能把STEM教育理念更好地融合到小學科學實驗中，便能有效促進學生的全面發展。本文主要介紹了當前小學科學課程的發展歷程，并以《磁鐵能吸引什么》一課為例，分析STEM教育在小學科學教學中的作用。此外，在新時期中，教師如何把STEM教育更好地融合到課程中，組織開展小學科學實驗教學也是本文研究的重點。

【關鍵詞】小學科學;STEM教育;教育模式

一、小學科學實驗教學模式的發展

在我國小學科學課程的發展史上，其名稱一開始被叫作《格致》，然后修訂為《博物》《理科》《自然》《常識》《自然常識》《自然》，最后才修訂為《科學》一課，名稱的變化歷程也體現了每個階段國家對該課程的發展規劃方向。2001年，在《國家小學科學課程標準》中，在命名方式上，由“科學”代替了原來的“自然”，通過這個改動，這門學科教學內容也進行了拓展，該門課程由原來的自然科學學習拓展到對科學技術方面知識的學習。在這個階段，對于學生的學習方式與方法也進行了全新的改革。簡單來說，科學這門課程以前是讓學生認識自然事物，而現在是引導學生探索自然事物。

從人生發展歷程來看，小學階段是最重要的，是長身體、長知識的重要時期。小學生好奇心強，求知欲旺盛，思維敏捷，對任何現象都要問個為什么，他們像海綿吸水那樣不斷地吸收各種知識。在這個階段，學生認識事物的能力特別強，如果教師給予適當的引導，使其積極探索事物的科學規律和方法，這對培養學生的發散性思維、創造性思維有很大的幫助。

青年強則國家強，青年興則國家興。青年的素質能力基本上取決于小學階段的教育，為了提高國家的競爭力，美國最先提出STEM教育模式，其主要內容為Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Mathematics（數學）這四個方面。在四門學科中，科學注重對世界上萬物之理的學習，探索自然界中的各種客觀規律;技術、工程兩個方面則是在不破壞自然界的前提下，實現人類社會的發展與進步;而數學則是以上三門學科的基礎，通過數學才能更好地學習以上三門學科。在STEM的課程教育中，主要有四個方面的內容，即科學、技術、工程、數學四個方面的素養。基于以上四個方面的素養，能使教育的質量得到全面的提升，進而為社會領域的發展不斷輸送全新類型人才。

近年來，國家大力推進STEM教育課程，在小學科學學科上的應用也特別廣泛。自然界的事物不能單靠一門學科解釋清楚，更多的還是要依托于其他多個學科共同來解答。小學科學實驗教學融合STEM的教育，不僅能讓學生知道“是什么”，更能讓學生明白“為什么”以及“會怎么樣”，如此的教育模式才能讓學生終身受益。下面以《磁鐵能吸引什么》一課為例，談談筆者對新時期小學科學實驗教學融合STEM教育的幾點思考。

二、STEM教育在小學實驗教學中的應用——以《磁鐵能吸引什么》一課為例

本課程是教科版科學二年級下冊第一單元第1課的內容。本課的磁鐵單元屬于物質世界內容，對應課標中的科學知識目標有：磁鐵的性狀有條形、蹄形、環形等;磁鐵能吸引鐵一類的物體。本節課作為本單元的起始課，從學生看似熟悉卻不一定準確認識的“磁鐵能吸引什么”入手，在糾正學生知識誤區的同時，更能激發學生進一步探索磁鐵特性的興趣，為后續課時的學習做鋪墊。如果用傳統的教學模式，教師直接介紹磁鐵的形狀及特點，那么學生只能是單純的“知道”，而不能真正地內化成自己的知識，從而進一步應用到生活中，解決生活中的問題。

根據STEM教育模式的特點，本課采用繪本教學，結合技術與工程知識，讓學生在認識到磁鐵的特性后，馬上將其應用到解決實際問題中。首先將磁鐵包裝成“魔法師”，通過“魔法師找親人”“揭示魔法師真面目”等活動讓學生重新認識磁鐵的特性，糾正過去的錯誤認知（如磁鐵能吸引所有金屬），重構對磁鐵的整體認識。在設計、制作并檢驗分類器環節中，以任務驅動學生運用科學和技術設計與制作產品，解決實際問題，讓學生體會到知識與實際生活的聯系。STEM教育的目的不僅是讓學生掌握學科知識，也能讓學生對生活事物有更豐富的經驗認知。

1.課程實施步驟

（1）創設環境，建立思考——“魔法師找親人”

教師將磁鐵裝扮成“魔法師”，告訴學生：魔法師和親人們走散了，希望你們能幫忙它找到親人。魔法師雖然沒辦法說出親人都有誰，但它們之間有特殊的感應，只要它們走近了，就能感應到。讓學生思考如何才能幫助魔法師找到親人，即對磁鐵能吸引什么產生思考。

將課題帶入生活情境中，吸引學生興趣，以任務驅動學生進行分析與思考。這種模式充分激發了學生對生活事物的高度探索興趣，比直接給他們帶入課題更有趣味性。

（2）進行實驗，引導答案——“揭示魔法師真面目”

準備材料，讓學生進行分組實驗，給予學生一定的時間去動手實驗，從所準備的材料中找到與“魔法師”有感應的“親人”，完成實驗記錄，思考分析“魔法師”的特性，總結“魔法師親人”的特點（磁鐵能吸引什么）。讓學生通過實驗結果來驗證自己之前的推測，猜測出“魔法師”的身份并發表自己的看法，充分激發他們的主觀能動性和發散性思維。最后教師根據學生的發言，揭示出“魔法師”的真實身份及其“親人”的特性，即磁鐵的特征：有條形磁鐵、蹄形磁鐵、環形磁鐵;磁鐵能吸引鐵一類的物體。這樣就把問題延伸到課堂中，讓學生思考教室中是否有“魔法師”的存在，通過觀察、尋找身邊的磁鐵和用鐵制作的物體，引導學生將碎片化的知識整理起來，在腦海中形成對磁鐵的整體認識，同時也能認識到磁鐵為人們的生活帶來的便利。

這個實驗過程不僅能培養學生的實踐能力，使其養成良好的實驗習慣，還能讓學生將自身的理論知識與實踐進行充分的結合，培養學生的合作意識，提升學生對數據的分析能力。

（3）任務升級，設計、制作并檢驗分類器——找到“魔法師親人”

通過前面的實驗，學生對磁鐵已經有了一個整體的認識，再趁機追擊，強化理解。提出問題：“魔法師”還有一位很重要的親人沒有找到，它和其他物體混在了一起。然后讓學生以小組為單位進行實驗，要求在最短的時間內，利用實驗材料幫助“魔法師”從混合物中找出“親人”，即讓學生根據實驗材料設計制作出分類器，分離出“魔法師的親人”。通過設計、制作并檢驗分類器的過程，教師引導學生在認識到磁鐵的特性后，將所學的應用到實踐中。

在任務進行階段，主要應用到工程、技術以及科學方面的知識來解決實際的問題。STEM教育顯著的特點就是不再依賴于單一的學科知識，而是以整合多個學科知識的方式、方法來解決問題，即通過社會實踐活動的方式來解決生活中的問題。

（4）總結拓展——魔法師的小秘密

實驗的最后，教師應引導學生根據自己前面的實驗和所學所得進行梳理，做一個完整的實驗總結和實驗啟發，并進行最后的成果展示，這有利于學生更好地掌握本堂課的教學內容，并鍛煉學生的分析總結和創造性能力。另外，教師可適當地引導學生拓展磁鐵的其他特征屬性，讓學生能夠更好、更寬泛地認識磁鐵;鼓勵學生在課外多開展拓展探究活動，運用多種資源拓展課外知識，學會自我學習。經過本實驗的學習后，學生發現了“魔法師的小秘密”，即了解到磁鐵更多的特點和性質。

2.課程實驗總結

從科學知識層面上來看，該課程實驗讓學生在動手操作的過程中，對已有的知識進行鞏固，了解了磁鐵的特征有條形磁鐵、蹄形磁鐵、環形磁鐵以及磁鐵能吸引鐵一類的物質。

從技術知識層面上來看，該課程實驗讓學生通過對基本實驗工具的使用來完成整個實驗過程，進而達到學習的目的。

從工程知識層面上來看，該課程實驗注重培養學生對實驗數據的整理能力以及能夠設計找到鐵一類物質的分類器的能力，用工程的方法來解決實際問題。

從數學知識層面上來看，該課程實驗要求學生懂得利用數學的計算方式和公式來為實驗解決部分問題。

三、STEM教育在小學科學課堂的作用

由以上課例，可以看出STEM教育對小學科學課程的開展意義非常重要。和傳統教學相比，STEM教育更加注重學科之間的交叉融合，意義在于培養學生的綜合能力，以促進學生的全面發展。STEM教學作為新的教學模式，應用在小學科學教育過程中是非常有必要的，在STEM融入小學科學教育的過程中，學校要采取相關的策略，完善科學設施，聘請科學教育專業的教師，根據學生的學習狀況制訂出合理的STEM活動內容，對學生實施分層教學等。總之，STEM活動的開展需要多方面的努力，學校、家長、學生三方之間只有實現密切配合，才能促進學生科學教育的迅速進步。

四、小學科學實驗教學融合STEM教育的幾點思考

根據以上課程實驗的教學實例，筆者認為在進行融合STEM教育的小學科學實驗教學時應關注以下幾個問題。

（1）教學過程應注重以學生為主體，教師起引導和輔助作用。小學科學實驗教學離不開學生的親身實驗操作，教師需對實驗內容和實驗操作形式進行全面考量，最大限度地調動學生的實驗積極性，以提升科學實驗教學品質。該階段的學生對科學實驗有濃厚的參與興趣，教師要抓住學生心理，增強實驗的趣味性。在課堂實驗準備、課中實驗過程、課后實驗訓練等環節，教師需為學生提出針對性要求，促進學生順利進入實驗中，感受實驗帶來的認知體驗，促進學科核心素養的形成。

（2）從生活中的事例引入實驗課題。傳統的實驗教學是教師根據課本內容直接帶入課題，這會引起學生的乏味感，對實驗沒有太大的期待。教師從生活中的事例入手，配合繪本故事的情節節奏，可以更好地激發學生對實驗的強烈興趣，使其更快速地進入實驗中。

（3）實驗課程設計要注重多學科融合教學。教師要把科學、技術、工程及數學等學科充分設計到實驗過程中。各學科之間的融合實驗探索，能大大提高學生的實驗效率，激發學生探究問題的欲望，讓學生明白解決實際問題應多層次、多方面地進行考慮，各學科之間是存在非常緊密的聯系的。

（4）實驗課程設計要準備充足的實驗時間。STEM教育不是單一學科的探究學習，而是融合多學科的教育方式，對學生自主實驗探究的要求比較高。實驗時間的不足會讓學生的思維難以得到發散，難以運用其他學科知識。因此，教師要給予學生主動思考和探究的時間和空間，讓學生能根據自己的思維方式自由地進行實驗探索。

（5）實驗過程應多注重團隊協作。通過小組或者小團隊之間的相互討論和交流，能充分調動學生學習的積極性，讓學生學習到其他人的優秀想法和態度，培養學生的科學探究態度和科學思維。

（6）實驗課程應注重實驗后的成果展示。教師在實驗過程中應要求學生填寫實驗數據和實驗條件和總結等，太多的科學實驗只注重實驗探究過程，而實驗后的成果往往被忽視。在實驗后，教師應讓學生對實驗過程進行匯總和總結，以小組形式討論，最后陳述其通過實驗學到的知識和對生活的啟示，這便是學生實驗后的成果展示。

當今的科學教育，既要求學生懂得自己做，又要求學生懂得自己想，學生只有手腦并用，并懂得和他人協調合作，才能提高自身思維水平，真正提升科學探究能力。“在做中學，不僅長知識，也長能力，使學生在親歷探究科學奧秘的過程中，對觀察、提問、設想、動手、表達、交流等保持濃厚的科學興趣，掌握基本的科學方法，逐漸形成自主進行科學探究的能力。通過對STEM教育理念的探索，新時代下小學科學實驗的教學方式是非常有必要與其相結合的。但目前STEM教育的融合只是初探階段，我們還需要不斷地實踐和反思，讓STEM教育理念更好地應用到目前的小學科學實驗教學中。

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