基于STEM教育的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)初探

馮忠元

摘 要：隨著全球科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，當(dāng)今的科學(xué)教育越來越傾向于將科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)教育進(jìn)行整合，成為跨學(xué)科的綜合性課程。STEM教育理念在小學(xué)科學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)中也被明確提出來，強(qiáng)調(diào)進(jìn)行工程與技術(shù)領(lǐng)域?qū)W習(xí)的重要性。本文選取教科版小學(xué)科學(xué)教材中“建高塔”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行具體分析，希望通過本文可以為廣大的小學(xué)科學(xué)教師進(jìn)行STEM教育理念與小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相整合給出些許參考。

關(guān)鍵詞：STEM教育; 小學(xué)科學(xué); 實(shí)驗(yàn)教學(xué); 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G623.6 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1006-3315（2019）03-054-002

STEM教育是科學(xué)，技術(shù)，工程，數(shù)學(xué)教育的統(tǒng)稱，重點(diǎn)是加強(qiáng)對(duì)學(xué)生四個(gè)方面的教育：一是科學(xué)素養(yǎng)，即運(yùn)用科學(xué)知識(shí)（如物理、化學(xué)、生物科學(xué)和地球空間科學(xué)）理解自然界并參與影響自然界的過程;二是技術(shù)素養(yǎng)，也就是使用、管理、理解和評(píng)價(jià)技術(shù)的能力;三是工程素養(yǎng)，即對(duì)技術(shù)工程設(shè)計(jì)與開發(fā)過程的理解;四是數(shù)學(xué)素養(yǎng)，也就是學(xué)生發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決多種情境下的數(shù)學(xué)問題的能力。本文對(duì)在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲入STEM教育進(jìn)行了初步的探究，以供參考。

一、內(nèi)容分析

“建高塔”選自教科版《科學(xué)》教材六年級(jí)上冊(cè)第二單元第六課內(nèi)容，是繼對(duì)框架結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)之后進(jìn)一步對(duì)塔一類的物體進(jìn)行探究，認(rèn)識(shí)塔一類的物體穩(wěn)定性的原因，本課將引導(dǎo)學(xué)生用生活中最常見的吸管來搭建一座框架結(jié)構(gòu)的塔，意在讓學(xué)生用有限的材料制造出最大高度的具有框架結(jié)構(gòu)的高塔，滲透“工程學(xué)”的思想，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，讓學(xué)生充分發(fā)揮想象能力與創(chuàng)造能力，用有限的材料結(jié)合所學(xué)知識(shí)，完成挑戰(zhàn)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等的跨學(xué)科知識(shí)解決問題的能力。

二、教學(xué)環(huán)節(jié)

（一）創(chuàng)設(shè)情境

在這一環(huán)節(jié)中學(xué)生體驗(yàn)把礦泉水瓶立在課桌上，這是本節(jié)課的第一個(gè)活動(dòng)，學(xué)生通過探究發(fā)現(xiàn)把礦泉水瓶穩(wěn)定的立放在桌面上的方法，為后續(xù)探究打下基礎(chǔ)，其教學(xué)環(huán)節(jié)如下。

環(huán)節(jié)一：同學(xué)們好，今天我們來做一個(gè)動(dòng)手能力比賽。現(xiàn)在請(qǐng)大家拿出一個(gè)礦泉水瓶，誰能在10秒內(nèi)把它立在課桌上？預(yù)備，開始！

（二）情境設(shè)問

經(jīng)過上一環(huán)節(jié)的活動(dòng)體驗(yàn)，學(xué)生明顯感受到把瓶口朝上放的礦泉水瓶更加穩(wěn)定，進(jìn)而討論這種放置方式的特點(diǎn)，通過體驗(yàn)活動(dòng)直接指向本課將要研究的問題，具有很強(qiáng)的針對(duì)性，其教學(xué)環(huán)節(jié)如下。

環(huán)節(jié)二：為什么把瓶口朝上放的礦泉水瓶穩(wěn)定？這樣放的特點(diǎn)是什么？怎樣能使得礦泉水瓶立的更加穩(wěn)定？

教師：提問。教師適時(shí)出示礦泉水瓶，引導(dǎo)學(xué)生思考并上臺(tái)與大家演示使塑料瓶在桌面保持穩(wěn)定的方法。

學(xué)生：思考回答學(xué)生對(duì)不加水、加1/3水、加滿水后、倒置水瓶做觀察比較。

（三）設(shè)計(jì)建構(gòu)

經(jīng)過環(huán)節(jié)二的交流談?wù)摚瑢W(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)物體的重心越低、支撐面越大，穩(wěn)定性越強(qiáng)，進(jìn)而延伸體會(huì)到高塔也應(yīng)該具有這樣特點(diǎn)才能穩(wěn)定，接著利用提供的材料進(jìn)行高塔模型的設(shè)計(jì)與制作，在制作的過程中學(xué)生可能會(huì)采取不同的方式放置吸管，但是怎樣放置吸管才能使建構(gòu)的高塔模型更高，每一層放多少根吸管？也就是說如何用有限的材料發(fā)揮出最大的用處，這是學(xué)生需要自己進(jìn)行思考解決的問題，體會(huì)工程技術(shù)設(shè)計(jì)的樂趣，其教學(xué)環(huán)節(jié)如下。

環(huán)節(jié)三：在前面的學(xué)習(xí)與活動(dòng)中我們知道框架結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性，今天我們也來當(dāng)一個(gè)小小工程師，動(dòng)手搭建一個(gè)穩(wěn)定的高塔吧！材料：吸管20根，環(huán)保紙黏土一袋。

具體要求：1.制作框架結(jié)構(gòu)高塔，既要高又要穩(wěn)定;2.在15分鐘內(nèi)完成制作;3.不能使用其他材料。

小組討論，如何能夠搭建出更高更穩(wěn)的高塔？分享小組討論的方案后再總結(jié)完善實(shí)驗(yàn)方案。現(xiàn)在可以開始完成我們的高塔了！預(yù)備，開始！

教師：出示材料，展示要求，提出問題，總結(jié)成功的方案，提出注意細(xì)節(jié)。

學(xué)生：確認(rèn)材料，了解要求;學(xué)生思考并討論交流;進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)方案;學(xué)生動(dòng)手制作高塔。

（四）檢驗(yàn)與優(yōu)化

在模型建構(gòu)完成之后，組織學(xué)生對(duì)模型進(jìn)行高度的測(cè)量和抗風(fēng)能力檢測(cè)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)模型的優(yōu)缺點(diǎn)后有目的的進(jìn)行模型改進(jìn)與優(yōu)化，避免盲目行動(dòng)。

環(huán)節(jié)四：同學(xué)們都已經(jīng)完成了自己的作品，現(xiàn)在讓我們來檢驗(yàn)一下它吧，看看哪一組勝出？

規(guī)則：1.比高度;2.比穩(wěn)定。

經(jīng)過檢驗(yàn)?zāi)惆l(fā)現(xiàn)了哪些缺點(diǎn)？如何改進(jìn)？改進(jìn)后再檢驗(yàn)一下。組織學(xué)生進(jìn)行檢驗(yàn)。

教師：提問并組織學(xué)生再次檢驗(yàn)。

學(xué)生：學(xué)生檢驗(yàn);優(yōu)化方案并進(jìn)行改造;再次檢驗(yàn)。

（五）評(píng)價(jià)交流，拓展延伸

模型檢驗(yàn)完成之后，讓高塔模型做得好的小組進(jìn)行交流展示，起到榜樣的作用，接著對(duì)各組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，發(fā)現(xiàn)高塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，讓學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)完整的探究過程，其教學(xué)環(huán)節(jié)如下。

環(huán)節(jié)五：請(qǐng)各小組展示你們的作品，若給你更多的吸管，你能做出多高的高塔？

教師：組織學(xué)生展示作品并做出相應(yīng)評(píng)價(jià)

學(xué)生：學(xué)生匯報(bào)，交流得出高塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)。

小學(xué)科學(xué)課程是以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的科學(xué)啟蒙課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要組成部分。《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“探索性學(xué)習(xí)既是科學(xué)的目標(biāo)，也是一種學(xué)習(xí)科學(xué)的方法。”因此，科學(xué)探究必須貫穿學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)過程。科學(xué)實(shí)驗(yàn)是基于孩子的興趣，充分利用孩子的好奇心，以及學(xué)生科學(xué)探究的天性。教師可以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，整合教學(xué)資源，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的研究思路。在新形勢(shì)下，教師要多維度準(zhǔn)確把握STEM教學(xué)要點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)小學(xué)科學(xué)課程，彰顯科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程魅力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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