STEM教育理念與跨學科實驗教學整合模式

沈杰

（哈爾濱商業大學，黑龍江哈爾濱 150028）

STEM 教育理念屬于一種新型的教育理念，用于學校的教學過程中可以有效提升學生的 STEM 素養，促使學生可以綜合應用自身所掌握的科學、技術、工程、技術四個方面的知識，并能夠游刃有余的應用知識來分析、思考、解決相關問題，有效整合四個方面的知識，給予學生全方位的跨學科教育教學，應用融合STEM 教育理念的跨學科教學模式，促使學生對于多門學科知識的實驗教學產生興趣，以此充分發揮自身的主觀能動性，進行不同學科知識關系的探索，使得學生的跨學科綜合素養得到顯著增強。

1 STEM 教育理念概述

該理念具體而言指的是科學 （Science）、技術（Technology）、工 程（Engineering）、數 學（Mathematics）四門學科英文釋義的縮寫，在教學期間，教師需要對上述四門學科知識進行有機融合，形成系統的知識框架與結構，進而對學生做以不同學科知識的整體性教學，使得學生可以在知識接受與掌握中具備創新精神、創新能力以及動手實踐的能力，可以從多個方面、角度來思考問題，給出問題全面的答案[1]。該理念最早是由美國的教育學家提出，待獲得諸多國家學者認同后形成了以這四種學科為主體的多門學科教學的教育理念，教學目標為通過對學生這幾種學科知識的教育教學，使得學生可以具有四種學科下的科學、技術、工程以及數學素養，進而聯系知識與自身能力探索世界更多的奧秘與真相[2]。研究該理念的核心特性，主要包括有設計性、情境性、趣味性、實證性、跨學科性、協作性等多種，以其中最重要的跨學科性為例進行分析，可知常規教學理念之下要求教學者根據學科知識的差異，將不同學科作以區分，并且結合學界多于相關學科所作出的研究，構建學科知識的教學模塊，來進行以學生為主體的教學活動，此種將學科割裂開來的教學模塊，具有單一學科的特征，教師教授過程中的難度較低且學生的接受程度高，學生可以在較短的時間內理解掌握學科知識，以此讓學生可以在面對具體問題時具備較強的解決能力，實際工作中可以快速解決相關難題。

2 STEM 教育理念和跨學科實驗教學整合模式分析

2.1 跨學科實驗教學整合模式

目前在 STEM 教育理念的不斷深入推廣應用期間，可以采用相關課程、廣域課程兩種模式開展跨學科教學工作。前一種模式表示可以將四種學科仍然按照單一學科來教學，但是在教學過程中需要做好不同知識相關性的研究，繼而讓學生把握好四種學科知識之間的關聯性，以此掌握不同學科較為接近的知識，能夠在后續的問題處理中分析事件中體現出的知識關系，從而調動該部分有關系的知識共同進行問題處理與解決。例如，數學以及物理教師在進行知識教授之前，可以就教學計劃進行共同探討，以此將兩個學科中存在關聯的知識放置在較為接近的時間進行授課，其中數學學科的概念知識為最先教授的知識，而后再教授物理知識，最終學生可以在兩門學科知識學習中掌握教學計劃中要求要掌握的內容，還可以直接利用所學習的數學概念處理物理問題[3]。后一種教學模式則要求將學科之間的教學壁壘直接打破，繼而整合多門學科知識，以便教師可以從結構化的課程結構出發，面向學生完成授課工作；該種模式多采用實踐活動等形式來進行，如太陽能車輛、太陽能電池等實驗設計活動，教師可以同學生一道參與到實驗中，進而讓學生充分調動所學習的多學科知識與創新精神、創造力開展實驗。需要教育學者可以在兩種模式應用期間，結合實際應用情況，總結應用時的經驗與教訓，繼而對于模式存在的應用問題進行合理化的規避研究[4]。

跨學科整合模式應用期間，需要堅持三項取向：其一為整合學科知識取向，由于 STEM 教育理念之下的四種學科定位與教學側重點各不相同，所以在教學時需要從不同的學科中找出共性，以此連接各個學科知識，實現跨學科知識的邏輯化處理，構建結構化的課程教學體系。其二為整合生活經驗取向，即為學生在校所學習的所有知識，均要應用于社會實踐中，來解決實際問題，之后由小組中的全體成員自行進行相關問題的調研，所以此種模式取向將學生放在了問題研究的主體地位，強調學習者需要結合自身的生活經驗、需要找到不同學科用于問題處理的知識契合點，并且在學生學習時的好奇心、滿足感驅使之下，展現學生解決問題的思路。

2.2 設計跨學科整合問題

在上述模式應用期間，關系著模式應用成敗的關鍵點在于問題設計，如果設計出的問題存在問題，將無法激發學生的學習熱情，那么跨學科學習的質量、效率會嚴重下降，學生會感受到強烈的挫折感，難以在學習中獲得有用的知識，各方面的能力也無法有效提升。

分析教學基本情況，整合跨學科知識并不是將不同學科知識直接作以整合就可以的，需要教師對于教學情況加以分析，明確該次教學的主要目標，把握學生是否對知識學習感興趣以及不同學生的學習能力情況，還需要了解教授不同學科知識的具體內容等，以此才可以保證設計出的問題情境不僅可以實現教學目標，而且可以確保學生在感興趣、學習效能較高的前提下有效學習所要掌握的內容。而設計的學習活動，則可以讓學生積極地參與其中，實現知識的內部轉換，促使學生可以將所學習的知識真正的應用到實處，借助于解決問題的思路提升學習質量與效率[5]。

2.3 模式應用分析

該文研究 STEM 教育理念和跨學科實驗教學整合模式期間，選擇某所初中一個班級的學生進行 STEM跨學科課程教學效果的研究對象。班級內共計有 40 名學生，在模式應用之前研究學生的跨學科基礎理論知識掌握與實驗案例處理能力的考察結果顯示，大部分學生的理論知識考評分數遠高于實驗能力分數，8 名（20.00%）學生兩項分值均衡，另有 2 名（5.00%）學生的利用多學科知識解決實驗問題的分值高，表示該班級學生的多學科知識教學成果較差，學生解決問題的綜合能力較為薄弱。

在模式應用之后，教師整合不同學科知識對于班級學生進行了跨學科知識教學。以“插座改良”為例，初中階段的學生剛接觸物理學科，雖然對于該門學科知識具有強烈的探索欲、求知欲，但是教師設計的該實驗案例，涉及學生進入高中階段才會學習的變壓器、電磁感應等知識，使得學生們在插座具體改良方法研究時面臨著較多的問題，此時教師可以結合研究小組整理出的研究問題，引導學生借助于互聯網查詢這些知識，讓學生對于這些知識有一個初步的了解，而后教師需要設計出實驗案例研究計劃，讓學生在清晰的規劃中利用已經掌握的知識以及調查得出的新穎知識點資料，使用三維設計軟件得出插座改良工程圖，此時教師需要檢驗學生的圖紙質量，給出富有價值的建議，待學生通過自身、小組成員以及教師群策群力之下成功完成插座改良實驗后，師生需要對實驗過程進行評價，以此方便教師把握設計的實驗案例應用的有效性，便于指導后續的跨學科實驗案例設計工作有效進行。在多個由學生主導、教師引導下的跨學科實驗案例成功開展后，教師再次考察學生的知識掌握與實踐能力培養情況，發現班級內有 35 名（87.50%）學生的實驗能力增強，4 名（10.00%）學生的實踐能力略遜一籌，僅有 1 名（2.50%）學生由于基礎薄弱仍需要教師加強理論知識的教學與實驗能力培養，總體來看 stem 教育理念下的跨學科實驗教學模式應用以后學生掌握的知識增多，使用不同學科知識解決問題的能力也明顯提升。

3 結語

現階段我國應用 STEM 教育理念開展跨學科教育教學的工作正處于起步階段，在實際的教學活動中有著較多的缺陷和不足之處，使得學生難以對繁雜的知識產生興趣，所以學校教師需要對該理念繼續做以研究，在理念應用中找出基于 STEM 教育理念的跨學科實驗教學整合模式，來對學生進行不同學科知識的系統性教學，降低學科問題偽解決、學科知識探究證偽等問題的發生風險，以此使得學生獲得知識跨學科學習的成就感，實現自身素養與價值的綜合提升，為 STEM教育理念在諸多學校多學科教學中的深入推廣與應用提供參考經驗。