STEM理念指導(dǎo)下小學(xué)科學(xué)課堂設(shè)計(jì)的實(shí)踐探究

凌啟煜

STEM理念課堂有別于傳統(tǒng)課堂，它的任務(wù)定義模糊，卻有著明確定義的結(jié)果，即解決問題，以問題驅(qū)動(dòng)來展開教學(xué)。STEM教育給一線教師帶來的挑戰(zhàn)主要有：（1）項(xiàng)目?jī)?nèi)容太大，需要一定的人力和物力，一線教師獨(dú)立開展存在困難。（2）學(xué)習(xí)歷時(shí)久，日常的科學(xué)課堂無法承載。（3）選擇學(xué)習(xí)主題存在難度。如何跳脫出STEM教育的常規(guī)模式，嘗試簡(jiǎn)單地將STEM理念融入教學(xué)？筆者將結(jié)合自編內(nèi)容《放大鏡支架》，從以下五方面進(jìn)行設(shè)計(jì)介紹：

1 關(guān)聯(lián)知識(shí)，確立教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生對(duì)哪里的實(shí)際問題能夠產(chǎn)生共鳴？無疑是那些發(fā)生在課堂上的問題。

科學(xué)課堂上會(huì)有不少小組實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，不同能力水平的學(xué)生會(huì)暴露出各種問題，不同年齡段的學(xué)生也會(huì)表現(xiàn)出不同的能力水平。在三年級(jí)學(xué)生觀察螞蟻過程中，有些學(xué)生把螞蟻弄丟了;有些學(xué)生沒能正確使用放大鏡的功能等。這樣的課堂問題背后暴露出了學(xué)生在觀察螞蟻時(shí)存在問題或困難。同時(shí)，在科教版五年級(jí)《光》單元中涉及到“凸透鏡能把光線會(huì)聚到一點(diǎn)”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，六年級(jí)《微小世界》單元中涉及到放大鏡知識(shí)點(diǎn)以及放大鏡組合成簡(jiǎn)易顯微鏡的知識(shí)點(diǎn)。筆者將這一系列知識(shí)進(jìn)行串聯(lián)，將如何解決該問題變成STEM理念學(xué)習(xí)的目標(biāo)，設(shè)計(jì)了適用于六年級(jí)學(xué)習(xí)的自編內(nèi)容《放大鏡支架》。

2 創(chuàng)設(shè)情境，生成學(xué)習(xí)目標(biāo)

兒童具有一種天生的、強(qiáng)烈的了解世界的愿望。皮亞杰認(rèn)為，兒童生來具有的好奇心是驅(qū)使他們探究事物的基本動(dòng)力。當(dāng)給學(xué)生提供與原有知識(shí)或原有經(jīng)驗(yàn)不同的挑戰(zhàn)性環(huán)境時(shí)，他們的認(rèn)知平衡結(jié)構(gòu)被打破，從而驅(qū)使他們?nèi)ソ鉀Q面臨的認(rèn)知沖突。

在《放大鏡支架》一課中，為了營(yíng)造真實(shí)的問題情境，筆者引用視頻資料，通過學(xué)生間對(duì)話描述三年級(jí)學(xué)生在觀察螞蟻時(shí)遇到的困難：（1）手拿放大鏡時(shí)，不方便記錄觀察結(jié)果。（2）放大鏡晃動(dòng)，不能很好地進(jìn)行觀察。（3）螞蟻亂爬，需要限定環(huán)境。筆者將學(xué)生整理所得的“困難”以表格形式得以呈現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生初步設(shè)想“產(chǎn)品”的理想雛形。在這一環(huán)節(jié)中，目的是讓學(xué)生達(dá)成共識(shí)，在討論過程中生成共同的學(xué)習(xí)目標(biāo)，為接下來的設(shè)計(jì)定方向。

3 關(guān)注思維，激發(fā)頭腦風(fēng)暴

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)有問題與原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生矛盾的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是值得深挖的思維點(diǎn)。我們的課堂需要給學(xué)生足夠的思考空間，包括橫向與縱向，小組內(nèi)或班級(jí)內(nèi)進(jìn)行頭腦風(fēng)暴是有效的途徑之一。在學(xué)生的爭(zhēng)論過程中，他們著手思考如何論證自己的想法是正確的。在這個(gè)過程中，學(xué)生提出了兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：“用什么放大鏡”與“如何讓放大鏡‘浮起來”。問題的提出，證明了學(xué)生對(duì)于“產(chǎn)品”的設(shè)計(jì)有了一定的方向，開始對(duì)于制作材料進(jìn)行篩選，同時(shí)也接下來的設(shè)計(jì)中可能遇到的問題進(jìn)行了猜想。

接下來，學(xué)生在你問我答的過程中解決了上述兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，并選定制作材料為放大鏡和透明塑料杯。學(xué)生們對(duì)于幾款杯子都進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)一些透明塑料杯直徑太大，不能支撐住放大鏡，小的透明塑料杯卻可以。在一致確定使用小的透明塑料杯后，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，各組的設(shè)計(jì)圖呈現(xiàn)的結(jié)果往往不同，主要表現(xiàn)為放大鏡放置的高度不同。學(xué)生們看到這樣的結(jié)果也表現(xiàn)出了訝異，這時(shí)大家意識(shí)到對(duì)放大鏡的高度是不是存在要求，有學(xué)生就提問到：放大鏡應(yīng)該放多高呢？

這一刻學(xué)生的求知欲望是非常強(qiáng)烈的，他們渴望知道關(guān)于放大鏡放置高度，想證明自己的設(shè)計(jì)是正確的。這時(shí)，筆者協(xié)助學(xué)生回顧放大鏡可以匯聚光線到一個(gè)點(diǎn)的知識(shí)，引出“焦距”、“物距”概念，使學(xué)生知道當(dāng)“物距”小于“焦距”時(shí)，可以發(fā)揮放大的作用。經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)塑料杯高度太低，并不合適，于是之前選定小的透明塑料杯作為制作材料的決定被推翻。此刻，學(xué)生對(duì)于“產(chǎn)品”設(shè)計(jì)有了全新的認(rèn)識(shí)，了解了其中所蘊(yùn)含的科學(xué)原理，對(duì)于制作材料的選擇有了更為全面的考量。受到固定思維的影響，學(xué)生對(duì)于制作材料的選擇一直圍繞杯子，于是筆者引導(dǎo)道：“塑料杯不能滿足我們要求。生活中，有沒有哪些物品和塑料杯接近，同時(shí)高度更高，有調(diào)節(jié)的空間？”有學(xué)生面露得意地回答道：“我知道了，農(nóng)夫山泉水瓶正好，拿出了瓶子。你們看，上面小下面大，大小都能調(diào)節(jié)，是不是完美！”

經(jīng)過一系列的推敲和論證，“產(chǎn)品”制作的材料最終決定了下來。在這一環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)的核心在于關(guān)注學(xué)生的每一句話，嘗試著用問題梳理、實(shí)物展示等方法為學(xué)生解決“困境”，保證他們討論的流暢性，并始終圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)。

STEM教育是關(guān)于解決實(shí)際問題，具有真實(shí)性。當(dāng)問題的難度略高于他們現(xiàn)有的知識(shí)水平，往往更能激發(fā)學(xué)生的積極性。在學(xué)生討論過程中出現(xiàn)停頓或激烈爭(zhēng)論時(shí)，教師需要格外留神，因?yàn)檫@時(shí)學(xué)生思維遇到了困難。面對(duì)這樣的狀況，教師除了在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)做足預(yù)設(shè)外，還需要準(zhǔn)備相應(yīng)的材料，使得學(xué)生不必憑空猜想，以免產(chǎn)生天馬行空的設(shè)計(jì)。

4 落實(shí)細(xì)節(jié)，融入STEM理念

工程設(shè)計(jì)步驟是每一節(jié)STEM課的核心。在小學(xué)階段，學(xué)生對(duì)于設(shè)計(jì)還比較陌生，設(shè)計(jì)是需要教師提供有力的支撐，學(xué)習(xí)單就是方法之一。筆者按礦泉水瓶1：1比例繪制了學(xué)習(xí)單，同時(shí)標(biāo)注了高度和寬度，方便學(xué)生對(duì)于礦泉水瓶的設(shè)計(jì)和改造。在設(shè)計(jì)過程中，雖然圖片是平面的，可塑料瓶是常見之物，學(xué)生較為容易進(jìn)行空間轉(zhuǎn)化。由于圖片和實(shí)物是同尺寸的，學(xué)生可以在圖片上直接進(jìn)行模擬裁剪。確定裁剪位置是需要學(xué)生通過測(cè)量知道放大鏡的內(nèi)直徑和外直徑，對(duì)應(yīng)到礦泉水瓶的直徑。此外，學(xué)生在前面學(xué)習(xí)到“焦距”的概念，也需要一并考慮進(jìn)去。這就要求學(xué)生對(duì)于自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的思考。

在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生腦海中的產(chǎn)品模型逐漸清晰，這為后面的個(gè)性化設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。有些小組站在使用者的角度開始進(jìn)行思考：[組內(nèi)討論1]：我記得三年級(jí)的時(shí)候，老師要求我們觀察螞蟻的頭、胸、腹三部分，還有足。我們都是從上面看，能不能從下面看呢？[組內(nèi)討論2]：視頻里，小妹妹用尺子量螞蟻長(zhǎng)度，螞蟻哪里會(huì)配合，她太天真了。師：那你們有沒有什么辦法可以讓螞蟻一放上去就能知道多長(zhǎng)呢？生1：放一把尺子在底下就好了。師：其他人覺得呢？生2：它爬到尺子外面就不行了。生3：底下全是尺子就好了呀！師：大家可以想想數(shù)學(xué)課上老師是怎么教大家比較長(zhǎng)方體的大小的？生1：一立方厘米的正方體。哦！我知道了，全部畫出一厘米的格子就好了。（興奮狀）生3：螞蟻又沒有這么長(zhǎng)，我覺得一毫米就夠了。

學(xué)生們一開始制作的是“產(chǎn)品”的基礎(chǔ)模型，可學(xué)生完全不會(huì)滿足于完成一件毫無新意的“產(chǎn)品”，他們認(rèn)為自己完全可以設(shè)計(jì)出更適合解決三年級(jí)學(xué)生觀察螞蟻的“產(chǎn)品”。有了這一驅(qū)動(dòng)力，學(xué)生開始站在使用者的角度思考設(shè)計(jì)，回顧自己在觀察螞蟻時(shí)遇到的具體問題，有針對(duì)性的改造“產(chǎn)品”。于是，有的小組設(shè)計(jì)了兩個(gè)支架，方便觀察螞蟻腹部;有的小組設(shè)計(jì)了可以放置兩個(gè)放大鏡的支架;有的小組在支架上增加了刻度紙，可以直接測(cè)量出螞蟻的長(zhǎng)度和寬度。當(dāng)學(xué)生們開始思考如何讓自己的“產(chǎn)品”更具特色、更受低年段學(xué)生喜愛時(shí)，STEM的設(shè)計(jì)理念才真正得以落實(shí)。

5 多元評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生登臺(tái)秀

評(píng)價(jià)是STEM教育的重要環(huán)節(jié)之一，它檢查了學(xué)生的設(shè)計(jì)，同時(shí)也給他們展示設(shè)計(jì)的平臺(tái)。在《放大鏡支架》一課中，“產(chǎn)品”優(yōu)劣的評(píng)定有著一套詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，小組成員相互試用“產(chǎn)品”進(jìn)行互評(píng)。有了“產(chǎn)品”展示，各小組爭(zhēng)相上臺(tái)介紹自己“產(chǎn)品”設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)和巧思，還有小組特意創(chuàng)作了宣傳標(biāo)語。同時(shí)，有了評(píng)定細(xì)則，臺(tái)下的學(xué)生會(huì)對(duì)展示的“作品”提出具有正對(duì)性的問題，如“你們?nèi)绾未_定兩個(gè)放大鏡之間的高度”等問題。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，每個(gè)學(xué)生都變成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟门袉T，圍繞產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每件產(chǎn)品進(jìn)行了全方位的檢驗(yàn)，給予公正的評(píng)分。STEM理念的的融合，使得科學(xué)課堂變得妙趣橫生，學(xué)生真正地成為了課堂的主角。

或許STEM項(xiàng)目課程太“宏偉”，但打造融合樂STEM理念的科學(xué)課堂定是力所能及的。當(dāng)在教學(xué)中努力踐行新理論、新知識(shí)，通過精心設(shè)計(jì)課程，把新理論逐步滲透到每一次、每一步的教學(xué)活動(dòng)中，科學(xué)課堂將煥發(fā)新生。

（作者單位：浙江省杭州市蕭山區(qū)赭山小學(xué)）