STEM教育在初中科學中的融合

摘要：在新課標改革背景下，文章基于STEM理念相關知識，結合初中科學教學內容初步確定STEM教育教學融合的基本原則、實施流程。在此基礎上，以浙教版《植物與土壤》教學為例重構課程內容，設計并實踐出符合學生認知特征與發展能力的STEM項目課程，以期激發學生的學習積極性，提升初中科學課堂教學效率，全面培養學生的探究能力與科學素養。

關鍵詞：STEM;初中科學;教學融合

隨著科學技術發展，復合型人才成為未來社會的重要人才需求。STEM教育是一種跨學科整合的教育理念，涉及科學、技術、工程、數學領域，要求以學科內容為核心，構造具有跨學科融合理念的項目式教學模式。初中科學包含地理、物理、生物、化學等多領域知識，將STEM教育理念融入初中科學教學中，不僅有利于將抽象的理論知識具象化，還促使學生在探究過程運用跨學科工程思想，使學生將理論知識與實際生活緊密聯系，進而實現新時代背景下的初中科學教學目的。

一、 基于STEM理念的初中科學教學原則

查閱國內外STEM理念在中小學教育領域的教學原則，在此將結合我國初中科學課程性質與教學內容對STEM教育原則作出適度調整，分別從教學目標、情境創設、項目設計、教學要求方面闡述基于STEM理念的初中科學教學原則。

（一）教學目標

充分調用所整合學科內容，習得物理、化學、生物方面的理論知識與相關技能。

（二）情境創設

圍繞初中科學教材核心，以技術、工程為背景貼近學生真實生活與經驗，整合基于數學、科學、工程、技術元素的情境主題。

（三）項目設計

項目設計應嚴格遵循跨學科性、真實性與創造性原則。

（1）跨學科性指依托多個學科搭建橋梁，圍繞科學課程探究與學習其他STEM知識;

（2）真實性指STEM教育融入復雜、真實世界，引導學生將課堂知識遷移至現實生活中;

（3）創造性指通過STEM教育激發學生的高階思維能力。

（四）教學要求

（1）以項目任務、問題解決驅動，促使學生在主動探究過程中實現學科融合，完成新舊知識的銜接與架構;

（2）以學生為課堂主體，強調團隊的合作與交流;

（3）多元評價與自我反思，給予學生及時反饋與調整的機會。

二、 教學實踐：《植物與土壤》STEM教學案例

（一）設計思路

“植物生長”是初中科學教學中的一個重要概念，《植物與土壤》是浙教版八年級下冊第三章第1節內容，涉及生物與化學知識，闡述了土壤中的各種元素對植物生長的影響，植物細胞的吸水與失水反應等。學生需要通過實驗對植物生長影響因素作出一步步探究。其中，細胞吸水、失水實驗容易觀察，而元素影響變化不容易觀察，需教師協助引導。結合STEM理念下的初中科學教學原則與框架，建立以問題驅動式的STEM教學活動，要求學生以小組為中心，以工程師視角觀察與記錄表格，分析與歸納植物與土壤的關系。

（二）教學重難點

重點：觀察植物失水、吸水的變化狀態;分析土壤元素對植物生長的影響

難點：植物細胞失水與吸水的原理

（三）跨學科內容

科學：掌握科學分析方法，了解與建構植物與土壤關系的科學知識。

技術：利用小刀、顯微鏡、燒杯、量筒等工具，逐步剖析植物生長與土壤的關系。

工程：反復試驗、分析、推理植物與土壤的關系，并以嚴謹態度記錄表格。

數學：計算并控制相應容積、高度、刻度、濃度等實驗變量。

（四）教學過程

基于STEM理念的初中科學教學主體分為教師（引導者、組織者）與學生（探索者、完成者），在此將以對兩者的教學活動進行綜合處理，整合為四個環節的初中科學STEM教學過程。

環節一：創設情境，確定主題

由于本課需要重點掌握兩個知識點，因此在課堂開始創設兩個教學情境。

（1）針對植物細胞吸水與失水變化，教師準備兩份涼拌黃瓜，一份用鹽腌制過，另一份未放任何佐料。請同學品嘗，并判斷哪份水分更充足？

（2）創設科學情境，借助多媒體工具營造火星表面，提出問題：“火星土壤能種植植物嗎？”

該環節主體為教師，要求教師對教材內容作出全面掌握，通過分析學生認知情況與最近發展區，遵循情境創設原則設計出貼近生活，激發學生興趣的教學情境;而學生在此環節需明確項目主題，為后續知識建構奠定基礎。

環節二：解釋核心概念，講解觀察實驗的基本步驟

為確保學生順利探究STEM項目，將科學知識融入、遷移至項目任務中，教師需在課程伊始向學生解釋核心概念，而學生在此期間能夠從中獲得新舊知識的銜接與建構。

情境創設后，學生依據現場感受與以往經驗思考上述問題，此時教師不必急于宣布答案，而向學生揭示教學內容，解釋細胞吸水、失水，各種無機鹽的核心概念。按照從植物外部到內部、由淺至深的、由簡單至復雜的實驗順序，指導學生對照任務單對植物狀態進行觀察與記錄。

環節三：小組協作，項目探究

該環節強調學生主體，要求學生按照教師下發的項目任務單，圍繞問題明確任務具體要求、各自提出解決方案、觀察分析并記錄實驗現象，進行如下問題的討論：

（1）植物吸水和失水的條件是什么？

（2）植物吸收水分的關鍵部位是哪里？

（3）可否用植物的吸水、失水原理解釋生活、生產中的現象？

（4）土壤中常見的無機鹽有什么？

（5）植物生長除了水外，還需要什么無機鹽？

（6）查閱資料，分析火星土壤成分有什么？

（7）對照上述實驗結果，分析火星土壤可以種植植物嗎？

作為活動輔助者，教師應隨時觀察小組討論動態，及時參與到小組團隊中，與學生共同觀察與分析實驗現象，同時給予落后小組適當指導與幫助。

環節四：成果匯報、強化訓練

以小組為單位將科學項目成果進行展示，不同小組可以互相評價對方的項目成果，并分享實驗觀察與推理過程中的思路。教師對學生探究成果的分析與總結，選取典型的任務成果作出針對性講解，加深學生對科學知識點的正確理解、強化訓練成果。

三、 結語

傳統科學教學多局限于理論知識的單向灌輸，忽略了學科之間的聯系與學生的主觀能動性。STEM教育將多學科零碎知識進行邏輯串聯，使學生在新知學習過程中培養綜合實踐能力與創新能力。本文以《植物與土壤》為例，在培養學生科學素養的基礎上融入STEM教育理念，充分利用STEM理念的開放性、綜合性、實踐性、豐富性特征，將傳統初中科學課程轉變為動態、深層、綜合、人本的教學模式。教師在教學過程中，應充分吸收與借鑒STEM教育理念與方法，為全面培養學生綜合素養作出進一步變革與推動。

參考文獻：

[1]喻丹丹.融合STEM理念的初中科學教學實踐探索[J].科學咨詢：科技·管理，2020（3）：227.

作者簡介：

黃堅鋼，浙江省紹興市，浙江省紹興市柯橋區華舍中學。