STEM理念下小學科學培養學生工程思維能力的教學策略

吳麗欽

【摘要】STEM理念是指將科學、技術、工程與數學四門學科整合為一體，借此發展學生思維結構的一種全新教學理念，但是并不是這四門學科知識的簡單重合，而是根據具體的項目需求，保證學生自主展開知識整合、知識創新的能動遷移過程。因此，小學科學教師要借助STEM理念優化本學科教學，切實培養學生的工程思維能力。本文從以生活資源創設問題情境，激發學生設計興趣；豐富趣味性活動，改善學生的思維參與情況；豐富實驗體驗活動，優化學生的問題解決經驗；優化畫圖技巧指導，提高學生動手操作能力四個角度分析STEM理念下小學科學教師應如何培養學生的工程思維能力。

【關鍵詞】小學科學；STEM理念；工程思維能力；指導策略

工程思維是指隨著人類社會實踐活動所產生的基本思維活動，具有科學性、邏輯性、創新性、適應性等特點，會隨著時間、地點發生變化，有特定的主體，存在于學生的一生成長過程中，能夠引導學生解決現實問題。但是，小學科學教師卻一直沒有重視培養學生的工程思維能力，反而以灌輸式活動來組織科學教學活動，使學生逐漸喪失了科學探究興趣、問題解決能力，無法促進其實現長遠發展。對此，STEM理念則從學科整合角度提出了教學改革建議，所以，小學科學教師要遵循STEM理念的教學要求，切實引導學生參與多維的設計活動，使其全面展開科學探究，穩步優化學生的工程思維能力。

一、以生活資源創設問題情境，激發學生設計興趣

設計是工程的核心與關鍵，需要學生根據具體的科學項目來設計項目探究計劃，保證可以順利推進“工程”。這就需要學生對“工程”的背景、程序等有較為直觀的了解，且要保證學生的思維是活躍的、能動的。從STEM理念來說，小學科學教師應將現代科技與科學教學結合起來，讓學生全面了解某一項科技的歷史發展過程與現有研究水平。因此，小學科學教師要積極開發生活資源，借此創設問題情境，鼓勵學生自主思考、自主設計，由此培養學生的設計興趣，優化學生的思維參與情況。

比如，在“給動物建個‘家”一課的教學中，筆者利用多媒體設備展現了一些流離失所的動物，借此創設了課堂情境，讓學生意識到現在依然有許多小動物的生存環境嚴峻，借此導入本節課的教育主題，讓學生思考如何能為小蝸牛建個家。為了充分發揮學生的想象力，筆者設計了科學問題：哪種材料比較堅硬？小蝸牛對家的需求是什么？小蝸牛的飲食、作息與行為活動有哪些規律，這些因素對“家”的要求是什么？這三個問題需要學生全面發散思維，自主分析小蝸牛的生長過程，大多數學生都能夠認真觀察蝸牛的外形與運動，思考環境與動物生存的關系。接下來，筆者再提問：飼養蝸牛需要準備什么？蝸牛會在“家”中有哪些行為活動？這就讓學生產生了認知懸念，使其無法及時得出答案，所以，筆者再由此引導學生思考生存環境與動物成長的關系，使其自主設計建設“家”的方案。如此，可切實激發學生的設計興趣，使其積極思考科學問題。

二、豐富趣味性活動，發展學生的思維能力

低年級小學生的注意力集中周期很短，如果科學實驗活動無法及時喚起學生的參與欲望，他們便會消極敷衍，很難全神貫注地參與科學實驗探究，也會因此限制自身工程思維能力的發展。因此，在STEM理念下，要想真正培養學生的工程思維能力，教師必須設計趣味性實驗探究活動，以趣味實驗牢牢吸引住低年級小學生的注意力，從而切實優化學生的自主思考，穩步培養學生的工程思維能力。

例如，在“我們來做‘熱氣球”一課的教學中，筆者利用小豬佩奇這一深受本班學生喜愛的動漫形象導入了科學實驗，筆者模仿佩奇的語氣，邀請本班學生一同制作“熱氣球”，這很好地縮短了師生距離，讓學生對本課知識產生了好奇，且大多數學生都很渴望與佩奇成為好朋友，所以使出“渾身解數”，學習了制作“熱氣球”的方法，探究了熱氣上升、下降等科學知識。然后，學生自主選擇具體身份，如以“小博士”的身份負責宣傳“熱氣球”的科學原理、操作方法。

三、豐富實驗體驗活動，優化學生的問題解決經驗

不得不說的是，在工程中，設計是核心、是基礎，如果設計出現了問題，后續的工程就難以順利展開。但是，后續的工程實踐同樣也是落實設計的實踐檢驗行為，每一項科學理論都必須經過實踐的檢驗與證明，否則是立不住腳的，也很難真正優化學生的工程思維能力。因此，在STEM理念下，小學科學教師應積極組織以學生為中心的實驗體驗活動，讓學生全面經歷實驗的設計、操作、歸納與創新過程，關注學生的自主體驗，使其自主生成科學意識，穩步提升學生的工程思維能力，使其能夠從工程發展、建造與創新角度分析科學問題，使其及時積累有效的實驗探究經驗，切身感悟每一個科學概念的真理性。

如在“做一頂帽子”科學教學開始之前，筆者提前鼓勵學生尋求家長的幫助，到商場、超市或飾品店觀察形形色色的帽子，既要認真記錄帽子的顏色、造型，也要綜合匯總帽子的基本結構，了解帽子的功能。之后，筆者在教室內提供了“材料貨架”與“工具站”等工具，鼓勵學生自主分工，使其以工程師、售貨員或顧客的身份參與到科學實踐活動中。其中，“工程師”要負責設計帽子這一商品，“售貨員”需售賣帽子，“顧客”則可根據自己的喜好或售貨員的講解購買相應的帽子。在這一趣味性的科學體驗活動中，每個學生都能找到自己的角色，切實體會科學知識的生成，及時形成工程思維，積累多元經驗。

四、優化畫圖技巧指導，提高學生動手操作能力

畫圖是組織工程項目的重要活動，后續的施工與完善都需要根據工程圖來進行，這就意味著要想培養學生的工程思維能力，就需要著重培養學生的畫圖、識圖能力，使其學會用圖解決科學問題。STEM理念強調了數學學科的重要性，因為數學是研究空間形式與圖形結構的基本科目，包含豐富的畫圖、讀圖活動，由此衍生了數形結合思想方法。對此，在小學科學教學過程中，教師要積極引用STEM理念培養學生的畫圖能力，鼓勵學生自主遷移數學學習收獲，以便切實提高學生的動手操作能力，優化學生的設計思維。如此，學生就可在科學課上穩步形成工程思維能力。

由于學生在數學學習過程中學習了豐富的畫圖方法，所以，筆者鼓勵學生在科學課上利用畫圖經驗探究科學知識。比如，在“做一個測量紙帶”一課的教學中，筆者準備了尺子與紙帶，提問：紙帶與尺子的區別是什么？哪個工具更好用？之后，學生便要自制測量紙帶，通過畫圖呈現紙帶的基本設計方案，對比紙帶與尺子的使用方法，歸納二者的異同點、測量優勢。另外，學生也可通過畫圖活動呈現實驗探究過程，認真設計實驗方案，以流程圖規范科學實驗步驟，由此優化學生的自主探究行為。最終，學生也可用圖來交流實驗操作過程與實驗結論。如此，可循序漸進地提升學生的工程思維能力，優化科學教學效果。

總而言之，在小學科學教學中滲透STEM理念，可以切實改善本學科知行脫節這一現實問題，能夠有效優化學生的科學意識與創新能力，使其逐步形成工程思維能力，確保學生的可持續發展。因此，小學科學教師要全面分析STEM理念的內涵，把握工程思維能力的特點，以全新的科學探究、科學發明活動引導學生逐步形成工程思維能力。

【參考文獻】

[1]莊志杰.基于STEM教育理念下小學科學教學的幾點啟示[J].科學大眾（科學教育），2018（9）：56

[2]王小梅.整合+拓展：基于STEM理念的小學科學教學實踐探索[J].基礎教育參考，2018（15）：37-40

[3]李娟，陳典.基于STEM教育理念的小學科學教師專業能力需求探析———以“物質科學領域”的教學為例[J].南昌教育學院學報，2018，33（3）：17-20

（本文系2019年度泉州市教育科學“十三五”規劃（第二批）立項課題《基于STEM教育理念的小學科學低年級課堂教學研究》，課題編號：QG1352-079）

（福建省泉州市第三實驗小學，福建泉州362000）