STEM教育與小學科學有效融合的嘗試

陳漢杰

摘? 要：“STEM”教育強調將分散著的科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科內容自然組合、有機結合，形成相輔相成、缺一不可的整體，從而幫助學生更全面、深入、靈活地認知世界，突出綜合分析和解決問題的能力以及創造性思維的培養。五年級上冊第四單元第一課《我們的小纜車》是科學教材中為數不多的可與工程、技術、數學想結合的課例，結合此理念，本人對該課例的教學進行了探索。

關鍵詞：STEM教育;有效融合;嘗試

在很長一段時間里，學校教育的主要功能是傳播知識，“科學”課也被稱之為“自然”課、“常識”課。隨著科技的飛速發展，尤其是互聯網、智能手機等工具的普及化，使學生獲得知識變得非常容易。人們逐漸認識到學校的功能正在慢慢改變，教育的重點要把從知識傳遞轉到創新能力的培養上來，多學科交叉和合作越來越重要。

為此，在我國小學階段培養學生科學素養方面，可借鑒STEM教育的理念提出切實可行的教學策略：正如STEM教育所提的倡那樣，學生在科學知識、科學思維、科學能力、科學精神等方面的發展依賴于實踐探究、學科融合、思維訓練、情感滲透等多維度、立體化、開放式的學習體驗。

筆者在《我們的小纜車》課堂教學中，試著結合以上四個方面進行了探索。

一、培養學生“搜集實證給出結論”的意識

STEM是一種教育理念，有別于傳統的單學科、重書本知識的教育方式。STEM是一種重實踐的超學科教育概念。本課就是讓學生經歷這樣的一個過程，發現“墊圈越多，運動越快”的現象，并得出“重力越大，速度越快”的結論。

為此，我在上課前，精心準備了實驗器材。上課前，起碼得準備小車和鐵墊圈，可是學具袋里只有小車，沒有鐵墊圈，怎么辦？我請人幫忙，找齊了100個鐵墊圈，卻發現實驗并非想象中那么簡單，如果操作不當，很容易使小車飛出實驗桌。經過多次改進，我在實驗桌的邊上加了擋板，實驗終于可以開展了。然而緊跟其后的是教學過程如何設計、課堂如何開展又是擺在面前的一個難題。“我們不能將科學教材當作圣經一樣去教學，應提倡‘用教材教”而不是‘教教材 ”這句話我時刻記在心中，但教學時我們又必須理解編者這樣設計的意圖，如果連編者的意圖都沒有理解，而隨意去更改教材，去追求創新，那也是不適當的。經過初步的思索，我把本課時安排了三個實驗：一是安裝小纜車;二是研究用幾個墊圈剛好可以拉動小車;三是研究小車運動速度與拉力大小關系的實驗。可是，這樣的設計在試教時就被否定了，因為本課中要考慮的細節實在太多，再加上三次活動，時間根本來不及，最后，我將三個實驗并成了兩個實驗，這樣大大提高了課堂效率。

只有讓學生經歷實際的實驗操作過程，得出的結論才是經得起推敲的。

二、培養學生“利用工具進行操作”的動手能力

STEM非常重視學生動手能力的培養，因為我們的生活需要設計，需要改造自然，來滿足人類需求。本課中，讓學生分組進行“組裝小纜車、做阻擋板、做鉤子、擰螺栓”等操作，正是一個技術活，老師應該留有充分的時間讓學生操作，體驗工具的使用，學會基本的設計和操作。

在課堂教學中，我們總是在不經意中給學生太多的限制：讓學生介紹實驗方案及注意點，總是擔心學生不會答而把實驗要求講得盡量詳細清楚，沒有留給學生充分的思考和交流時間;讓學生匯報，總是盡攬對結論有效的信息等等。其實，在科學課堂教學中，教師的語言應該簡潔科學，如果簡潔性不強，對問題的重復敘述較多，實際上就是占用了學生的探究時間，因此，只有 “無言”或“少言”才能換得學生自主實驗后的“多言”，從而使學生主體性得以充分發揮。學生才能真正成為課堂的主人，才能用自己的思維、想法指導行動。

另外，在動手操作方面，我們總是喜歡將所有的學具都準備好，學生只要操作即可，這其實是一個誤區。因此，我在課前專門騰出了一個時間，讓學生自由組裝小纜車，所有實驗中用到的纜車都是自己組裝的，學生在這個過程中，學會了如何使用螺絲刀、如何做阻擋版、如何做鉤子、如何使用老虎鉗等等，大大提高了學生的動手操作能力。

三、培養學生“用實驗數據驗證推測得出結論”的能力

為了培養學生的數據意識，我在課堂上是這樣教學的：

1.教師直接出示一輛小纜車，提問學生“你用什么方法，讓它動起來？”

生回答：拉、推……

2.老師這里有幾個鐵墊圈（手里多拿幾個墊圈），你能用這個，讓小車動起來嗎？可以用幾個？

生猜測：1個、2個……

3.師演示實驗（為了節約時間），學生觀察。

4.請你們思考一下是什么力量使小纜車運動起來的呢？

生回答：墊圈的重力。

5.介紹重力，出示概念：物體這種向下的力，我們把它叫做重力。我們的小纜車是墊圈所受到的重力通過繩的牽引轉化為拉力，才使我們的小車運動起來的。

6.引導學生閱讀資料庫“重力和萬有引力”。重力這一科學概念的理解和掌握是教學目標之一，教師讓學生在充分體驗的基礎上逐步建立重力這個科學概念。另外，教師還以開放的教學，引領學生對重力這一科學概念的學習進行拓展閱讀。）

7.推測，剛才的實驗我們用拉力已經讓小車運動起來了，那怎樣做才能讓小車運動的更快呢？請同學們猜測一下：拉力大小與小車的運動快慢有什么關系？ 生猜測：拉力大，速度快;拉力小，速度慢。

8.制定研究計劃，為了保證實驗順利進行，在實驗前制定實驗計劃。（小組合作）

9.將實驗數據記錄到表格中

10. 請結合數據，來得出你的結論。

讓學生在實驗之前進行研究計劃的制定，是為了后面更好的進行實驗，有序高效地完成實驗。讓學生知道做任何事情如果提前做好計劃合理分配時間，就會事半功倍。而讓數據來說話，得出結論需要配合精密的計算能力，表格的數據要符合邏輯證明，應有數據支持，這更是STEM教學的重要理念之一。

四、帶領學生經歷一個完整的“探究式學習過程”

如今，輔導機構遍地開花，如果去絕大部分機器人培訓機構問他們的課程對孩子有什么作用，標準的回答是動手能力、邏輯思維能力、創新能力等，你再問，是如何培訓這些能力，到底有沒有效果？基本上得到的反饋就是茫然了。如果去絕大部分的科學實驗類的機構問同樣的問題，他們會說啟蒙孩子對科學的興趣。事實上，孩子對科學的興趣是天生的，他們對孩子保持興趣是有些作用，但是也僅僅如此。他們之所以強調興趣的重要性，其實本質上是因為他們自己沒有更深入的思考，更談不上教學體系。

真正的STEM教育，是遵循科學探究的流程或工程實踐的流程的，這是一個項目化的課程設，教學方式以項目為周期，帶著孩子去探究或實踐，在這個過程中讓孩子自己建構知識和技能，達到培養內內在的綜合能力的的目標。

這個過程中，孩子要能自己描述問題，找出解決這個問題的限制條件;接著通過各種渠道收集資料，找出前人的方法;在已獲得的資料的基礎上，根據自己擁有的知識提出所有能想到的解決方法;在這些方法中篩選出最好的一個，建立模型;利用材料，創造出實物，實現自己的想法;測試作品;為作品作出評估，并進一步完善設計。

本課是單元的起始課，是為了最后一課《設計制作小賽車》鋪墊的。本單元從介紹適合人類使用的不同動力（彈力、風力等）的纜車開始，引導研究測量力的大小，分析滾動和滑動摩擦的區別，從課內不斷拓展到課外……貫徹了“大國復興需要偉大工程”的理念。只有讓學生經歷這樣一個完整的探究過程，孩子們自己建構知識和技能，才能使學生得以從一個更全面的視角來理解科學、技術、宇宙、自然現象、生命形式、現代文明的價值和意義，從而激發多元、靈活而深刻的思考。

參考文獻

[1]? （美）羅伯特·M·卡普拉羅，（美）瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅，（美）詹姆斯·R·摩根，《基于項目的STEM學習：一種整合科學、技術、工程和數學的學習方式》，上海，科技教育出版社，2016年01月。

[2]? 北京市第五中學分校，《STEAM課程項目手冊》，北京：電子工業出版社，2017年8月。

[3]? 張悅穎，沈祖蕓，《小學STEM教育實踐路徑與方法——上海市世界外國語小學的探索 》，上海，科技教育出版社，2017年11月。