基于STEM理念開展的小學科學家庭實驗探索

莊麗情

【摘要】《義務教育小學科學課程標準》指出：“小學科學是一門探究性課程?！毙W科學課程把探究活動作為學生學習科學的重要方式，強調從學生熟悉的日常生活出發，通過學生親身經歷動手動腦等實踐活動，學習知識，提高能力。本文以五年級《種子發芽實驗》為例，詳細闡述基于STEM理念如何開展小學科學家庭實驗，結合活動效果，對開展相關研究提出可供參考的實施建議。

【關鍵詞】STEM;小學科學家庭實驗;種子發芽實驗

一、課程開展背景

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫。STEM教育強調學生通過跨學科式的探究活動，在情境中動手實踐，建構知識提升能力?？茖W是一門以實驗為基礎的實踐性課程，探究活動是學生學習科學的重要方式。小學科學鼓勵學生像科學家那樣親身經歷科學探索實踐過程，綜合運用不同領域的知識和方法，解決日常生活問題。綜合比較可以發現二者高度契合，STEM理念與小學科學的融合能夠為小學科學回歸生活情境創造了無限可能。

實驗是科學探究的重要形式，傳統的科學實驗主要是指課堂上的實驗，包括教師演示實驗和學生小組實驗，然而在實際教學中，并非所有實驗都適合在課堂上開展，如，低年級的種植鳳仙花、養蠶，高年級的種子發芽實驗、做一個生態瓶等，學生需要較長時間進行持續觀察，只靠課堂實驗是遠遠不夠的，還需要將實驗延至課外。那么，開展家庭實驗就是解決這種情況的有效途徑。基于STEM理念開展的小學科學家庭實驗探索是推進小學科學發展的現實需求，本文以五年級《種子發芽實驗》為例，通過對課程整體設計進行詳細闡述，旨在交流，以期為同行開展相關研究提供參考。

二、《種子發芽實驗》課程整體設計

（一）課程概述

《種子發芽實驗》是教科版科學五年級上冊第一單元第一課時和第二課時的內容，這兩課主要是探究種子發芽需要的條件，教材的設置是讓學生經歷提出問題、進行假設、設計實驗、動手實驗、觀察記錄、匯報交流等探究過程，種子發芽實驗需要持續觀察一個星期左右，非常適合開展家庭實驗探究。

五年級的學生已有種植鳳仙花的經驗，對植物生長的基本條件也有所了解，但對于種子發芽需要什么條件并沒有進行科學的研究。此次家庭實驗用生活中熟悉的綠豆進行探究。在實驗的過程中，通過交流分享，讓學生意識到需要注意實驗的公平性。因此，需要控制變量，這正是對照實驗的要點，學生在動手實踐的過程中應用知識解決問題。

（二）教學過程

《種子發芽實驗》分為三個階段：設計實驗方案、開展家庭實驗、整理分析實驗結果。其中，設計實驗方案是第一課時，開展家庭實驗用時一個星期，由學生在家完成，實驗完成后第二課時整理分析實驗結果。

1.設計實驗方案

很多植物的一生是從種子發芽開始的，種子發芽需要什么條件？學生根據生活經驗，自然而然會聯系到水分、空氣、陽光等條件，可以做出合理的猜測。如何通過實驗驗證猜想，這就需要確定研究的問題，設計實驗方案。教材以種子發芽和水分的關系為例，制訂了實驗計劃。

筆者在課堂上先采用師生問答的形式，引導學生思考探究種子發芽與水分的關系，需要將種子分成兩組，一組給水，一組保持干燥，進行對比觀察，看看哪組種子發芽。然后，小組討論實驗需要注意什么，綜合全班同學的想法，完善實驗方案。學生提出在實驗中要注意公平性，兩組種子除了水分的條件不同，其他條件應該保持一致。學生還提出每組至少需要3粒種子，如果只用一粒種子，種子沒有發芽，有可能是因為種子本身不能萌發，而非實驗條件所致，這樣的做法更科學嚴謹。

設計意圖：通過設計種子發芽實驗方案，讓學生意識到科學探究要嚴謹，需要注意控制變量，初步了解對照實驗。設計實驗方案的過程正是STEM理念所倡導的立足生活，解決問題。

2.開展家庭實驗

種子發芽可能需要水分、空氣、陽光、溫度等條件。筆者讓學生自由選擇感興趣的條件進行探究，自主設計實驗方案開展家庭實驗，并將每天的實驗現象以拍照、錄制視頻等方式上傳到“班級小管家”進行每日打卡。

根據學生打卡，整理發現，全部50個學生都選擇了感興趣的實驗條件進行探究，主要集中在探究種子發芽是否需要水分、空氣、溫度和陽光等條件，很多學生甚至做了多組實驗，種子發芽情況整理如下表1：

在學生開展家庭實驗的過程中，筆者主要對學生每天的打卡進行評價，收集學生實驗中出現的問題，整理如下：

（1）在第一天的實驗打卡中，孩子們的思維沒有受限于課本中的綠豆種子，而是出現了綠豆、紅豆、黃豆、黑豆、花生、玉米等多種常見的種子，不同種類的種子讓實驗結果更加可靠。

（2）第一天的實驗方案五花八門，絕大部分學生能注意實驗中要設置兩組進行比較，只改變一個實驗條件，做到實驗中控制變量。然而，有個別學生在實驗中進行了兩組實驗，但同時改變了多個條件，實驗條件設置不合理，如有水分低溫和無水分常溫比較，這些都是實驗中很好的錯誤案例。

（3）學生將每天的實驗現象發到“班級小管家”打卡，同學們可以互相評論點贊。在第二天的打卡中，就發現有些學生已經修正自己的實驗方案，而這正是學生在打卡中通過觀察別人的實驗，發現了自己的問題、從而改進實驗的過程。

設計意圖：通過家庭實驗打卡，學生交流分享，讓學生在實驗中理解對照實驗的要點。短短一個星期的實驗打卡，所有學生都完整地經歷了種子發芽的全過程，并且學會了用文字、照片、視頻等方式記錄實驗現象，打卡交流的過程中，很多學生能夠發現自身不足，自我改進，在實驗中滲透了STEM教育改進優化的理念。

3.整理分析實驗結果

家庭實驗結束后，學生要整理分析實驗結果，這是完成的科學探究過程中非常重要的一個環節。通過整理、分析、交流、分享實驗過程，從而知道種子發芽需要的條件。在實際教學中，整理分析實驗結果以匯報課的形式開展，讓學生分組，提前整理小組實驗成果，搜集相關資料，通過PPT、視頻或者實物展示，進行課堂上的分享交流、答疑解惑。

課堂上學生分組匯報，將小組成員的實驗結果匯總整理，通過比較全班種子發芽情況，不難發現種子發芽是需要水分、空氣和適宜的溫度，而陽光并不是必要條件。學生在臺上匯報的同時，也跟臺下的學生進行互動，借此解決學生實驗中提出的諸多問題。如種子發芽不需要陽光，那種子發芽需要的營養物質來自于哪里？經過解釋，學生們才明白，原來種子發芽的時候的營養由子葉提供，此時沒有長出來葉子，也就不需要陽光進行光合作用。

在學生匯報完成后，學生們總結出種子發芽的必要條件，同時也引發了大家的思考，種子發芽后的成長需要什么條件，并且根據之前的實驗結果，分析發芽后的豆苗可能需要陽光，針對這一假設，再次討論該如何設計實驗方案進行進一步探究，正是第三課時《觀察綠豆芽的生長》的內容。

設計意圖：這是一節融合了STEM理念的匯報課，經過一節課的成果展示分享，學生學會了如何整理實驗數據，依據數據分析得出科學結論。也深刻認識了對照實驗是科學探究中常用了實驗方法，明確嚴格控制實驗和重復實驗的重要性。

三、總結與反思

此次家庭實驗最大的特點是充分體現了STEM理念的開放性、自主性、實踐性。讓學生自由探究，自主設計實驗方案，收到的反饋是令人驚喜的，

開放性主要體現在學生探究條件和實驗材料不受限于書本，學生根據生活常識思考種子發芽可能需要什么條件，并自行設計實驗。探究了水分、溫度、陽光、空氣等多個條件。同時，此次實驗學生用到的種子類別很多，綠豆、黃豆、紅豆、花生，甚至還有鷹嘴豆、黑豆、玉米等，實驗用的器皿也是五花八門，一次性杯子、礦泉水瓶、碗、酸奶盒、學生早餐用過的塑料碗等，充分體現了實驗的開放性。

自主性主要體現在家庭實驗和匯報課上。家庭實驗是全班全員參與，每個學生獨立設計實驗方案自主探究，完整地經歷實驗的過程。匯報課以學生為主體，讓學生上臺展示分享，通過生生對話將知識講解清楚，努力做到讓學生做課堂的主人。這一次的匯報學生積極性很高，很多學生每天打卡拍照錄視頻解說，查閱了課外資料，甚至做了PPT展示，在課堂上匯報，解答同學的問題。

實踐性貫穿科學探究的全過程，從設計實驗方案到動手實驗、記錄觀察、整理數據、分析匯報，每一個環節都由學生親身經歷完成，學生在選種、播種、澆水、觀察種子發芽的過程中，感受到科學探究的魅力。實驗中為了解決出現的問題，學生還會主動去查閱資料，反復查證。經過這次的家庭實驗，掌握了科學探究的基本步驟，學生的科學概念和科學素養都得到了很大的提升。

四、開展家庭實驗的實施策略

家庭實驗是科學課堂的有效延伸，能夠激發學生探究熱情，提高學生動手能力，培養學生科學素養?；赟TEM理念開展家庭實驗，要結合課堂教學，從實際問題出發，經歷完整的科學實驗探究過程，讓家庭實驗真正成為拓展科學課堂探究活動的有效途徑。

（一）選題立足課堂教學，貼近生活實際

小學科學開展家庭實驗，要考慮實驗的選題，要有趣味性，要貼近生活實際，盡可能實驗材料易得，學生容易操作。因此家庭實驗的選題要結合課堂教學，在開展家庭實驗前，教師要根據實驗內容進行適當地講解，讓學生在回家實驗前就明白實驗操作的要領和注意事項。例如，本課《種子發芽實驗》，筆者利用一節課的時間跟孩子們一起設計“種子發芽與水分的關系”的實驗方案，引導學生正確理解實驗要點，學會舉一反三，自主設計實驗探究其他條件。

（二）充分爭取家長配合，實現家校共育

家庭實驗的開展需要家長的支持和配合。很多實驗需要家長給予支持，例如養蠶、做一個生態瓶等實驗，都需要家長同意才能順利開展。為了最大限度爭取家長的配合，筆者在每學期的家長會上都跟家長強調小學科學開展實驗的必要性和重要性，在平時也會和家長溝通交流孩子們的實驗情況。在每一次家庭實驗開展之前，筆者會將此次實驗的要求通過作業平臺發布，讓家長清楚實驗操作的流程，在孩子遇到困難的時候可以提供幫助和指導。例如，《動物的一生》需要觀察蠶的生長變化，家長們都積極地給孩子購買蠶和桑葉。

（三）教師及時跟進實驗，進行即時評價

很多家庭實驗需要較長時間才能完成，小學生往往沒有耐心進行持續性的觀察，這就需要教師及時跟進實驗，對學生在實驗中的亮點和不足進行評價，鼓勵學生通過手抄報、思維導圖、小報告、觀察日記等方式記錄實驗過程，在實驗成果匯報課、作品展示會上和同學們交流，借此充分調動學生參與實驗的熱情。例如，五年級學生學習《種子發芽實驗》時，種子發芽需要3-7天，學生們通過書面、口頭、拍照、錄制視頻等方式在班群中進行每日分享，教師和學生都可以評論點贊，實驗匯報課上學生們將實驗過程整理，做成PPT或者視頻等進行課堂上的展示交流，互動評價有效地提高了學生實驗的積極性。

（四）關注學生習慣養成，規范實驗操作

小學生對實驗興趣濃厚，然而很多學生是抱著動手玩一玩的心態做實驗，對于為什么做實驗、具體怎么做目的性不明確，做完實驗進行匯報的時候不會表達，甚至不知道為何而做，實驗流于“做”的表面，所以培養學生良好的實驗習慣就顯得尤為重要。借助家庭實驗，可以讓每一個學生親自動手，親身經歷實驗探究的每一個環節。因此，教師在開展家庭實驗的過程中，要對學生實驗進行跟蹤，規范實驗操作，對做得好的及時表揚肯定，對做得不理想的要進行指導，讓學生在實驗的過程中培養良好的習慣。

五、結語

STEM教育強調實踐，在小學科學課程中融入STEM理念，重點在于讓學生能夠親身體驗探究活動，在活動中建構知識，提高能力。家庭實驗是小學科學實驗的有效延伸，教師在教學中應該選擇合適的項目開展實驗，以此提高學生科學素養。

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