用STEM理念改造小學科學教學

徐杰

STEM教育不是簡單地“S+T+E+M”，而是圍繞需求或項目，綜合運用科學、技術、工程和數學的知識，培養學生的STEM素養。

單學科到多學科的轉變

教學“土壤”相關內容后，教師可以組織學生明確主題、搜集資料、設計、制作、修飾、發布電子小報，既抒發了對土壤“媽媽”的感激之情，又綜合運用了多學科知識、方法、能力。語文老師可以“把春天變成最美的課程”，帶領學生在種花、賞花、吟詩、寫詩的基礎上，廣泛閱讀關于花卉的系列科普圖書，認識花的成長周期和果實的構造、種子的特點，通過繪本和文字結合的觀察筆記，深度體驗生命的狀態和意義，由衷感嘆“科學真美！”

教師還可以把科學教育與種植養殖、天文觀測、科學體驗、創新大賽等活動結合起來，讓學生在實踐中應用知識，獲取更多的“活”知識，為他們將來的發展進一步創造條件。

單學科到多學科的轉變，在學生身上帶來了實實在在的變化。這些轉變，很好地體現了STEM理念的運用、發展，是知識活化的一種基本途徑。

多學科到跨學科的轉變

STEM教育的學習注重解決真實情境中的問題，強調在經歷問題解決的過程中“真刀真槍地搞科學”，真正體驗“希望、失望、成功、失敗、決策、優化”，不斷修正、完善認知、觀點，形成經驗積累和理念提升。

“打撈南海1號”是一個很好的案例。“打撈南海1號”給水下考古工作者提出了前所未有的巨大挑戰：采取什么樣的施工方法、施工工藝、施工流程，才能保護好有可能被損壞且價值無法估量的“南海1號”沉船？考古工作者、科技工作者圍繞多個方案，開展可行性論證，通過跨部門協同創新，歷經了上百次的模擬實驗之后，最終采用“整體打撈”沉船出水方案，向世人生動地展示了海上絲綢之路的風采，也為我國古代造船工藝、航海技術研究以及木質文物長久保存等方面提供了典型標本。

很顯然，唯有圍繞解決真實情境問題發生的實戰化項目學習，才能使學生自發運用科學、技術、工程和數學等多門學科知識，才能使學生在學習中與周圍世界和現實生活發生聯系，進而提升發現問題的能力以及實踐能力，培養創新精神。要做到這一點，跨學科是必然選擇。

跨學科到超學科的轉變

所謂超學科就是不受學科限制，各學科知識、方法、能力、工具都可以貫通運用。STEM教育非常強調主題下的大概念，以及大概念下的跨學科技能，如文學素養、思維能力、研究能力、合作能力、決策能力等。因此，STEM教育可以幫助學生實現從跨學科到超學科的轉變。

“造紙橋”這類課的教學重點是制造一座紙橋，學生根本沒有機會體驗限定條件下的優化設計過程。為了實現從跨學科到超學科的轉變，教師可以借鑒工程框架思路改造教材，設計多課時的超學科課程。

在“造紙橋”的工程設計中，可以融合對不同形狀結構是如何影響承載力的項目學習。確定的需求就是設計“可跨越50厘米寬的‘山谷、能承受至少1500克重量”的紙橋。學生分小組經過頭腦風暴之后，再聚焦承重能力，逐一探究拉索、拱形、圓筒、風力、地形、地貌等結構對承重能力的影響。通過測試不同拱度紙拱的承重能力，優化設計作品，之后，確定了承重、材料、外觀、創意等評價指標，評價各小組的作品。學生通過科學探究、工程設計，從建立科學理解到優化設計，充分體現了科學與工程的雙向聯系。

類似的改造還有立體種植、智能化菜園、舞臺泡泡秀等STEM項目，真正做到學習靈活開放，方案豐富多樣。在這樣的教學中，學習脈絡的枝蔓向外生長，聯結點更豐富、可能性更大。