從STEM視角分析《力和運動》單元

鄭賢文

摘要：STEM教育是現今教育研究的熱點。從跨學科、趣味性、體驗性三個STEM視角分析美國科學教材Science Fusion 五年級第十二單元《力和運動》，希望我國編寫STEM教材時能夠注重跨學科性，注重體驗性，編寫真正的STEM教材。

關鍵詞：STEM;科學教育;教材研究;

前言

STEM教育是科學、技術、工程和數學教育的簡稱。進入21世紀后，美、英、日國等國正在火熱地進行STEM教育研究和實踐。而我國的STEM教育研究較落后。筆者觀察到中美STEM小學科學教材有著諸多差異，不禁想到能否分析美國教材，取其精華用于國內，幫助我國STEM教材的編制和發展。

一、教材簡介

教材選自美國科學教材Science Fusion 五年級的最后一單元——第15單元Forces and Motion（力和運動）。[1]

結構上看，本單元屬物質科學領域，是四年級最后一單元Motion（運動）的深化。本單元在學生了解運動和速度的前提下解答了使物體發生運動、產生速度的因素，即“力”。

內容上看，本單元共6節課。兩節教授知識，第一課“什么是力？”第五課“什么是牛頓定律？”;兩節探究課，第三課“力是怎么使物體運動的？”，和第四課“什么是平衡力和非平衡力？;一節STEM課“橄欖球安全頭盔”;還有一節資料卡，讓學生感受安全工程師這份職業。

二、教材分析

余勝泉教授認為：STEM教育應具備的核心特征是：跨學科、趣味性、體驗性、情境性、協作性、設計性、藝術性、實證性和技術增強性。[2]筆者將從中選取幾個本單元中較為凸顯的特征進行分析。

（一）跨學科

STEM教育是一種新的教學理念，它通過跨學科的方式綜合運用四大學科的相關知識，以使學習者解決問題。教科書第707頁底下有個活動希望學生根據給的力和速度的數據繪制一個圖表。這個對數據處理的過程涉及到了數學知識與技能。書第710和711頁是一個名為“去火星吧！”的專題。這個專題從力的角度，尤其是平衡力和重力，將三級火箭的原理進行了簡單地說明。其中顯然脫離不了技術與工程兩個領域。

（二）趣味性

一本教材編寫得再好，缺少趣味就很難激發學生的學習動機，知識的內化和建構就無從談起。本教材在趣味性上讓人印象深刻。首先，從本單元第一頁起幾乎每一頁都在向學生提問。如單元首頁“我想知道為什么”一欄寫著“為什么賽車在比賽的時候要更換輪胎好幾次？”這是生活中可能碰到卻沒注意的問題，問題解決的成就感能給學生帶來學習欲望。其次，教材中的圖片充滿趣味性。瀏覽教科書到這一部分畫風突轉，從貼近生活的科學風轉為漫畫風格。

（三）體驗性

在教科書配套教材中可以看到本單元主要的探究活動有5個。其中主要以驗證型STEM教學為主，希望學生經歷驗證過程。這種驗證型的教學是以學生為主體開展的，教師只需指導便可。作為一種支架式教學，學生利用教材可以自己做，自己玩，發展動手能力和解決實際問題的能力。如“力是怎樣造成運動的？”活動中，明確學生要探究問題——給出材料清單——注意事項;可以感受到編寫者對于學生能獲得良好的學習體驗下了一番苦工。

三、對我國STEM教材編寫的啟示

（一）編制真正的STEM教材

美國教材對于STEM課程有明顯體現，每節課涉及的STEM領域都會明確標注出來。而現行的人教版、科教版、蘇教版等個版本的小學科學教材中對STEM的課程只是淺嘗輒止，沒有清晰地表明哪節課是STEM課以及又涉及STEM中的哪些領域。沒有真正的STEM教材又談何STEM課，談何培養學生的STEM能力呢？

（二）教材編寫要注重跨學科性

STEM教育理念最重要的特征就是跨學科性，單一學科的知識與技能不足以滿足學生解決現實問題的需要。“橄欖球安全頭盔”一課是在學生通過之前學習知道常見的力、理解平衡力并初步了解速度和力的關系及力、質量和加速度的關系的前提下進行工程和技術領域的拓展和綜合，從材料和功能的角度對安全頭盔進行分析。而我國現行教材卻以科學為主，不是單純的科學課就是以科學為核心的所謂的“STEM”課或是科學、技術、工程、數學相互割裂的課。

（三）教材編寫要注重學生體驗

STEM教育強調學生的親歷和體驗，希望學生在動手、動腦的過程中發展知識，解決問題。Science Fusion這套教材有專門的配套掛圖指引學生進行實踐探究。每一個活動都是和學習的單元有關，并有開展建議。學生可以根據掛圖上的步驟自己制作一個產品或進行一次試驗。希望我國的STEM教材編寫時能夠考慮學生的學習體驗。

參考文獻：

[1] John "Jack" J. Lynch，Jr.. Science Fusion G5 [M]. Houghton Mifflin Harcourt，2012：：697 -740.

[2] 余勝泉，胡翔. STEM教育理念與跨學科整合模式[J]. 開放教育研究，2015，21（04）：13-22.