基于STEM教育理念的小學科學教學設計

王傳井

STEM教育打破傳統的教育模式強調跨學科、多課程的交叉融合，對比傳統教育，STEM教育更符合現人才培養的要求。STEM教育的特點是以任務驅動的形式，采用跨學科、多學科融合的一種教育方式，讓學生利用所學的多學科知識，從而具有很高綜合性的項目。在項目進行過程中進一步提升了學生的綜合素質。

一、STEM教育價值在小學科學課程中的展現

小學科學課程中包含的內容非常的廣泛，是學生們非常重要的基礎性學科。但是內容多、知識復雜的課程就被編排成一個個專題性很強的單元，這些單元切斷了與其他學科的聯系，加大了學生綜合運用知識的困難。這些都使學生的主動探究機會越來越少，極大打擊了學生的學習熱情。

STEM教育理念是使學生養成嚴謹的科學思維，從解決問題方案的設計到制作出相應的科技產品，從而激發學生對數理化的興趣。小學科學課程與STEM教育的相結合能夠使學生更好的開展探究性學習，STEM教育可以補充科學課程中的一些不足。

二、STEM教育理念與小學科學課程的融合

我國的教育情況和課程都存在著自己獨有的特點，因此教師要結合科學課程特點，以及了解學生的認知水平、創造能力不斷的對科學課程中的STEM教育進行深度挖掘和探究。現以案例《設計制作小賽車》予以說明。

1.項目簡介

《設計制作小賽車》與STEM課程設計的核心理念與目標非常的契合，利用科學課程中多單元知識，能夠進行深入的實踐和自由探索，把設計制作小賽車課程內容開發為最終解決問題的一系列的探究項目活動。因此開發設計了《設計制作小賽車》項目活動，有針對性地指導學生認識、體驗設計的過程，利用所學的知識解決問題的科學素養。

2.課程介紹

（1）課程概況

本次活動則是運用已有知識，通過通過設計賽車任務的驅動，發展提升綜合探究應用能力、團隊合作能力、解決問題能力和交流表達能力。

（2）核心問題

學生需要在賽車設計任務的限制下使用合適的實驗材料來設計制作。要求學生在規定的任務要求下，經歷討論交流選擇合適的材料、賽車動力的選擇、摩擦力對賽車行駛距離的影響、賽車的設計創新等，整理思路后提出可行性的設計方案，經歷設計、技術制作和交流，最后進行賽車比賽、評價的過程。該項目在限定的條件下為“小工程師”提供豐富的想象力和創造性空間，發展鍛煉了學生克服困難解決問題的能力。

本項目利用STEM教學理念融合多學科知識，同時也利用了科學課中不同主題單元的知識。在設計制作一個小賽車的任務下，學生使用合適的動力材料，計算設計賽車所需要的數據（數學）;選擇不同的材料，思考增大賽車的動力、延長動力作用于小賽車的時間、摩擦力的影響（科學）;小組合作、查閱資料設計賽車簡圖（工程）;依據賽車設計簡圖完善制作步驟，用合適的方法制作賽車（技術）。

3.課程方案

（1）學情分析

小學5年級的學生已經掌握了一些知識與能力，例如：掌握了增大和減少摩擦力的方法，初步了解賽車等機械的主要組成成份、結構;知道設計包括一系列步驟，完成一項工程設計需要分工與合作以及考慮外部因素;了解科學探究的過程步驟，制定簡單的探究計劃并實施;有控制變量的思想、用比較科學的方式記錄整理信息;能夠解釋結論交流并反思、評價、改進。美術方面：具有簡單的繪畫技能;能夠畫出簡單的機械結構。數學方面：了解簡單的數據收集、整理、分析的過程以及數據處理的方法。工程方面：清楚工程設計流程及步驟。

（2）學習者分析

小學5年級的學生年知發展齡大致在10-12歲，根據皮亞杰的認理論：部分學生可以對抽象性的術語進行思考，使用系統化的邏輯解決問題，而且該階段的學生處于小學中高年級，想象力和創造力豐富、好奇心強、具有一定的動手能力，這就使得整個教學設計采用基于項目的形式、小組合作、探究的教學策略成為可能。

在前七課中學生在研究運動的過程中學習認識了各種力。設計制作小賽車要求學生從動力材料的選擇、小賽車制作的數據計算、車身外形設計制作等知識的角度思考、達成目標，還是對其綜合應用能力的一次挑戰。

（3）課程目標

經歷查閱資料了解賽車設計的基本步驟，根據任務要求選擇合適的材料并設計賽車草圖，經過不斷修改完善完成小賽車的制作。利用科學課程中不同單元知識及跨學科知識的融合，提高學生利用科學知識的能力，使學生學以致用。

（4）設計理念

本課程的教學設計思路是以“設計制作小賽車”為核心，以課堂情境的創設和解決問題完成任務的探究活動，為學生提供了發展平臺。基于項目學習這種教學模式尤其有助于STEM的跨學科整合。

（5）設計思路

活動階段第一階段：激趣導入、任務目標、查閱資料完成設計（第1課時）;方案設計第二階段：小組合作、完成小賽車的制作并不斷完善（第2課時）;評比比賽第三階段：賽車展示、多面評價、小賽車行駛距離大比試評比頒獎（第3課時）。

4.反思

（1）成效和經驗

在整個項目中，學生制作小賽車的過程中經歷了用科學知識和工程技術思維。在設計過程中，學生經歷了分析問題、查閱資料、設計方案、設計簡圖等過程，課本聯系生活實際學生會發現在這個過程中都是已經在其他學科中學過的知識，從而把知識與問題聯系起來。以小學科學課程標準為核心，聯系科學教材中多單元的知識，結合STEM教育理念，將科學多單元的知識融合到一個項目中，運用多學科、多領域的知識，在探究活動中不斷改進，學生的應用整合能力得到鍛煉。

（2）存在問題

學生在剛開始時有很多的想法，但是有些是天馬行空不切實際的，但是經過小組討論和系統的分析后，學生思路逐漸成熟，并漸漸形成了自己小組獨特的設計風格。“賽車會”后進行了小組間的評價，通過不斷改進，賽車更加趨于完善。

（3）展望

小學科學課程涉及多領域、多學科的內容，知識比較繁雜。在教材的編寫的過程中只能編成一個個獨立的單元，這就切斷了科學知識的聯系。科學教師應善于發現這些單元的這根線結合STEM教育理念，加強知識的聯系，培養學生整合多學科、多知識的能力，全面培養學生促進學生的全面發展。