科學(xué)STEM教育的實(shí)踐與研究

胡云舟

STEM教育強(qiáng)調(diào)基于真實(shí)情境中的任務(wù)驅(qū)動，以項目推進(jìn)問題解決為導(dǎo)向，通過聚焦問題、前期研究、設(shè)計方案、制作模型、測試改進(jìn)、展示交流等環(huán)節(jié)，溝通多學(xué)科知識，打破學(xué)科壁壘，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，讓學(xué)生自主建構(gòu)知識體系。

一、引言

STEM教育已成為基礎(chǔ)教育的熱門話題。2017年頒布的《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“小學(xué)科學(xué)倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，STEM教育有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，科學(xué)教師可以嘗試運(yùn)用于自己的教學(xué)實(shí)踐?！钡玈TEM教育在我國還處于起步階段，大家都在不斷地摸索，理論層面多，實(shí)踐層面少。如何將這一教育理念落實(shí)到日常教學(xué)中，對于一線的科學(xué)教師來說有很多的疑惑和困難。STEM教育與以往的科學(xué)探究有什么不同？教師應(yīng)如何組織STEM教育教學(xué)活動？學(xué)生在STEM課程學(xué)習(xí)中有什么學(xué)習(xí)特征？本文以“自制檸檬汽水”為例，探討在STEM教育視野下的小學(xué)科學(xué)教育。

二、活動背景

飲料深得學(xué)生的喜愛，尤其是碳酸飲料，但大部分情況下家長不會主動給學(xué)生購買，并會反復(fù)強(qiáng)調(diào)飲料中含有食品添加劑，大量飲用會不健康、不安全。在學(xué)生的要求下，結(jié)合蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級上冊《物質(zhì)的變化》酸堿反應(yīng)化學(xué)變化而開發(fā)“自制檸檬汽水”案例，我們開展了一次有趣的STEM學(xué)習(xí)活動。這次活動要求學(xué)生首先制作一杯符合自己口味的檸檬汽水，再制作一杯符合大眾口味的汽水。在這個過程中，學(xué)生需要不斷地調(diào)整原料的配比，綜合運(yùn)用多科學(xué)知識設(shè)計和制作，不是簡單的學(xué)科知識疊加，也不是平均使用，而是在配比過程中，將知識聯(lián)通，以期學(xué)生自主構(gòu)建知識體系，更深刻地理解物質(zhì)的變化，提高學(xué)生設(shè)計制作、合作交流、解決問題的能力。

三、活動實(shí)踐

（一）明確問題，確定需求

學(xué)生通過走訪調(diào)查、實(shí)地采訪、查找資料等方式，了解飲料的種類、主要成分及對身體的影響，并得出結(jié)論：各種飲料多喝都對我們的身體健康有害。

教師課前配制一杯檸檬汽水，明確：這是一杯不含任何添加劑的汽水。分給學(xué)生品嘗，讓學(xué)生說出里面的原料。學(xué)生品嘗后，能說出的原材料有：水、檸檬汁、糖、小蘇打;他們發(fā)現(xiàn)水、糖和小蘇打是常使用的物品，而怎么獲取檸檬汁成為需要解決的第一個問題。學(xué)生在三年級科學(xué)學(xué)習(xí)中知道可以通過擠、壓、揉等方式將水果的水分提取出來，因為是制作食品，因此在提取檸檬汁時要求戴一次性手套，提取完對檸檬汁進(jìn)行觀察，并用pH試紙測它的pH值，認(rèn)識酸性物質(zhì)能使試紙變紅。

設(shè)計方案：制作一杯口味合適的檸檬汽水

STEM教育與常規(guī)教育的最大區(qū)別在于學(xué)生的想法能夠通過作品展示出來。學(xué)生的想法要得到實(shí)現(xiàn)，就要解決“做什么”和“怎么做”這兩個問題，形成設(shè)計方案。制作檸檬汽水的方案應(yīng)該包括以下內(nèi)容：所需材料、數(shù)量及工具，即需要多少毫升水、多少毫升檸檬汁、多少克糖以及需要什么工具調(diào)制;制作的步驟及小組分工，項目的完成靠一個人是不能實(shí)現(xiàn)的，需要團(tuán)隊合作;成本把控，每種材料提供的數(shù)量是有限的，因而調(diào)試過程中需要定量。

設(shè)計方案是制作的前提條件。學(xué)生在小組中交流自己的想法、分配用量、形成統(tǒng)一的認(rèn)識并初步嘗試配制。第一次嘗試后思考：與自己設(shè)想的是否一樣，為什么會不一樣？這些真實(shí)情境下的問題，使學(xué)生能明確原料之間是需要配比的，是需要一定比例的，在材料有限的情況下，學(xué)生再次修改方案，選擇材料，重新配比。

（二）問題與解決方案

學(xué)生在配制過程中發(fā)現(xiàn)：配制的是檸檬水，沒有“汽”，不是汽水。STEM項目目標(biāo)是明確的，但是任務(wù)卻是模糊的，因此需要分析任務(wù)、分解任務(wù)，將任務(wù)細(xì)化，以期逐步達(dá)到目標(biāo)。

1.解決“汽”的問題

在學(xué)生提出“為什么沒有汽”后，有學(xué)生提出“汽”其實(shí)是二氧化碳。

師：怎么產(chǎn)生二氧化碳呢？

生：加小蘇打。

教師演示在已配好的檸檬水中加入小蘇打，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了氣泡，介紹化學(xué)變化并測其pH值，明確酸堿反應(yīng)會改變酸性物質(zhì)的酸性。

2.測試與優(yōu)化：配制的檸檬汽水受歡迎嗎

STEM課程以項目推進(jìn)，在師生、生生的合作、交流、互動的過程中逐步完成。學(xué)生在配制出了適合自己口味的檸檬汽水后，興致勃勃地也想讓別的同學(xué)嘗嘗，發(fā)現(xiàn)有的受歡迎有的不受歡迎。我們將受歡迎的汽水的配方展示給大家，發(fā)現(xiàn)共同點(diǎn)。通過交流展示，學(xué)生不僅表達(dá)了自己的方法，了解了別人的觀點(diǎn)，進(jìn)一步理解了物質(zhì)的變化。

四、活動反思

在“自制檸檬汽水”的教學(xué)中，學(xué)生基于真實(shí)情境的項目驅(qū)動，運(yùn)用已有的知識，通過配制檸檬汽水，理解物質(zhì)的變化;學(xué)生不但參與了設(shè)計制作，也運(yùn)用數(shù)學(xué)知識了解了配比問題。在組織STEM活動過程中，教師的角色是一個值得商榷的問題，因為基于真實(shí)情境，教師需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究，成為項目的推動者。